浮法玻璃成型技术

浮法玻璃成型技术

1、浮法玻璃成型的定义

浮法玻璃成型工艺过程为熔化、澄清、冷却的优质玻璃液在调节闸板的控制下经流道平稳连续地流入锡槽，在锡槽中漂浮在熔融锡液表面，在自身重力的作用下摊平、在表面张力作用下抛光、在主传动拉引力作用下向前漂浮，通过挡边轮控制玻璃带的中心偏移，在拉边机的作用下实现玻璃带的展薄或积厚并冷却、固型等过程，成为优于磨光玻璃的高质量的平板玻璃。

玻璃液在前进的过程中经历了在锡液面上的摊开、达到平衡厚度、自然抛光以及拉薄或积厚四个过程。

浮法玻璃的成型设备因为是盛满熔融锡液的槽形容器而被称作锡槽，它是浮法玻璃成型工艺的核心，被看作为浮法玻璃生产过程的三大热工设备之一。

2、浮法玻璃成型工艺过程

池窑中熔化好的玻璃液，在1100℃ 左右的温度下，沿流道流入锡槽，由于玻璃的密度只有锡液密度的1/ 3 左右，因而漂浮在锡液面上，完成玻璃的平整化过程，然后逐渐降温，在外力的作用下冷却成板。玻璃带冷却到600～620℃ 时，被过渡辊台抬起，在输送辊道牵引力作用下，离开锡槽，进入退火窑，消除应力，再经质量检测，纵横切割，装箱入库。为了防止锡液在高温下的氧化，通常通入弱还原性的保护气体，以提高玻璃质量。

玻璃带成型时的作用力有两种，即表面张力和自身重力，前者阻

止玻璃液无限摊开，对玻璃表面的光洁度影响极大；后者则促使玻璃液摊开。当表面张力与自身重力平衡时，漂浮在锡液面上的玻璃带就获得自然厚度。

3、浮法玻璃成型工艺因素

对浮法玻璃成型起决定作用的因素有玻璃的粘度、表面张力和自身的重力。在这3 个因素中，粘度主要起定型的作用，表面张力主要起抛光的作用，重力则主要起摊平作用。但是三者对摊平、抛光和展薄都有一定作用，这三者结合才能很好的进行浮法玻璃的生产。 玻璃液刚流入锡槽时，处于自身重力和液-液-气三相系统表面张力的作用下。随着玻璃液的不断流入，在自身重力影响下，玻璃液沿锡液表面摊开，并在锡液面上形成了玻璃液的流体静压，作为玻璃带成型的源流。在1025℃左右的温度范围内，在自身重力和表面张力的作用下，玻璃液以自然厚度（7mm 左右）向四周流动摊开，此过程称为玻璃的摊平过程。

在玻璃的摊平过程中，主要涉及玻璃液的平整化，亦即摊得平不平，这是生产优质浮法玻璃之关键。生产实践证明，欲得到平整的玻璃带，必须具备下述条件。

（1）适于平整化的均匀的温度场。玻璃液在锡液面上摊平必须有适于平整化的温度范围。适于浮法玻璃自身摊平的温度范围为1065～996℃ 。只有在此范围内，才能使玻璃带摊得厚度均匀、表面平整。

（2）足够的摊平时间。玻璃的平整化除必须有一定的温度范围，以达到一定的表面张力外，还必须具备足够的摊平时间，以保证表面

张力充分发挥作用。即1050℃ 时，玻璃液在锡液表面上约需用1min 稍多的时间，即可消除波纹而摊平，达到平整化的要求。

由于玻璃液在成型过程中被逐渐地冷却，也就是温度逐渐降低粘度不断增大，所以在锡槽设计和生产过程中，适当延长高温区长度或延长高温区作用时间，都对玻璃的平整化有利。但是，提高玻璃液和高温区温度，以降低玻璃粘度，虽然有利于加速玻璃带平整化过程，但若玻璃粘度降低过多，不足以克服玻璃本身的惯性，就可能拉不走，这样就会降低产量。

4、浮法玻璃成型原理

浮法玻璃的成型过程原理主要是描述玻璃液在锡液面上的摊开过程、平衡厚度、抛光时间、玻璃液的拉薄或增厚。

（1）玻璃液在锡液面上的摊开过程

自然界的液体自由表面是最光滑平坦的，所以密度大的液体就可以起到理想的成型模具的作用。借鉴玻璃液和锡液不起化学反应以及互不浸润原理，同时后者的密度大于前者，因而玻璃液可浮在锡液面上。玻璃液只是有限度地摊开，当摊开到一定程度时，玻璃液的表面张力和重力充分起作用并达到平衡，玻璃液就形成一定厚度的表面光滑平整的液层。

（2）平衡厚度

浮在锡液表面的玻璃液，在没有外力的作用下，它的厚度取决于两个因素: 一是表面张力，它力图使玻璃液收缩增厚，从而使其表面积最小; 二是重力，它力图使玻璃液变薄摊开，从而使其位能最低。

当这两种相反的力达到平衡时的玻璃液的厚度就被称为平衡厚度。

（3）玻璃液在锡液面上的抛光时间

浮法玻璃的抛光过程主要依靠玻璃液的表面张力的作用来实现。浮法玻璃在锡槽中的抛光过程是通过控制较小的降温速度和均匀的温度场等，使形成表面张力充分发挥其展平作用的理想条件。浮法玻璃抛光过程的温度范围与摊平过程的相同（1065～996℃），这样在该温度范围内，能够使玻璃液保持适宜的粘度，并保证有足够的时间，以备抛光作用。

实践证明，若流入锡槽的是均质玻璃液，则它在均匀的温度场（抛光区内）停留1min 左右的时间，就可以获得光洁平整的抛光表面。

（4）玻璃液的拉薄

浮玻璃液在重力和表面张力平衡时，在锡液面上形成自然厚度约7mm 的玻璃带。拉引厚度小于自然厚度的玻璃时，必须对玻璃带施加一定的拉力。但是当增加拉引速度时，随着拉引力的增加，玻璃宽度和厚度就成比例地减小，因为在玻璃带被拉薄的同时，表面张力的作用使得玻璃带增厚或使带宽有所收缩，因此要使拉薄过程有效地、顺利地进行，必须选择适宜的温度范围、采用合理的工艺参数和拉薄措施。实践证明，温度范围883～769℃，有利于玻璃带的拉薄，同时，玻璃带在拉薄区内获得了展薄。为了得到并维持玻璃带在拉薄区内所获得的宽度，在拉薄区玻璃带的两边，可根据工艺要求安置若干个拉边机。

5、影响成型质量的因素

浮法玻璃成型需要多方面的配合，任何一方面出现问题均会造成玻璃质量的下降，严重者可导致停产，其中影响成型质量的因素主要包括 锡槽温度制度、气氛制度、压力制度等项。

（1）温度制度

温度制度指的是沿锡槽长度方向的温度分布。锡槽的温度制度也可用锡槽内平面上各区的温度来表示。温度制度是锡槽成型作业基础，对玻璃带的拉引速度、锡液的对流状态、玻璃的品种、规格及产量、质量等都有一定的影响。温度制度的确定取决于所生产的玻璃成分、带厚及拉引速度。

①流道温度过高时，玻璃液粘度降低，进入锡槽后摊开面积变大，造成玻璃带过薄、过宽，这样容易引起沾边、满槽等事故。而且在拉边机处会感到成型困难。

②流道温度过低时，玻璃液粘度增大，摊平和抛光的条件不充分，玻璃表面质量会受到影响，并容易引起脱边、断板等事故，同时存在成型时不易拉薄或积厚的困难。

③流道温度波动时，玻璃带的板根会忽大忽小变化不稳定，玻璃带薄厚也会随之变化，这样容易引起脱边、沾边等事故。

④流道温度不均匀时，摊开的玻璃带在横向上会由于温度的不均匀而造成粘度的不均匀，这时生产出来的玻璃产品容易出现“条纹”等质量缺陷。

（2）气氛制度

锡的氧化物（SnO2、SnO ）严重污染玻璃，使玻璃出现雾点、锡滴、沾锡等缺陷，严重时玻璃甚至不透明，热处理（如钢化）呈现虹彩，因此，浮法玻璃生产要求锡槽内必须保持中性或弱还原气氛，以防止锡液氧化。现在锡槽中都采用N2+H2混合气体做保护气体。

H2对SnO2的还原能力与温度有关。实验证明H2对SnO2的还原能力随温度升高而增强，随温度降低而减弱。在锡槽中为了弥补低温区段H2对SnO2（或SnO ）的还原能力，常采用增加H2含量的做法。

（3）压力制度

锡槽内的压力制度比之玻璃熔窑要严格得多，因为锡槽内压力过高，保护气体散失就越多，增加了保护气体的耗量，这就会破坏保护气体的生产平衡，给生产带来不利影响，同时也会增加电耗。若锡槽处于负压状态，就会吸入外界空气，使锡槽内氧气含量超过允许值（10cm3/ m3），就会有锡的氧化物产生，这样一则增加锡耗，增加玻璃成本; 二则严重污染玻璃，产生各种由锡氧化物造成的缺陷，如沾锡、雾点、钢化虹彩等等。

正常生产情况下，锡槽内应维持微正压，一般以锡液面处的压力为基准，要求其压力为3～5Pa ，有时甚至维持在10Pa 左右。 影响锡槽压力制度的因素：

① 锡槽的温度制度锡槽。对保护气体而言属高温容器，因此保护气体在锡槽中对温度非常敏感，温度波动对压力制度有明显的影响。

② 保护气体量及压力。锡槽空间应充满保护气体，若保护气体

量不足，必然导致锡槽处于负压状态。保护气体量与其本身的压力成正比，压力降低，同样会导致保护气体的量不足, 锡槽就会处在负压状态。

③ 锡槽的密封情况。直接影响压力制度，密封得好，保护气体的泄漏量就少，压力稳定。

6、锡槽结构

锡槽是浮法玻璃的关键成型设备，其结构大致分为三部分: 进口端、出口端、主体部分。

①进口端是连接熔窑末端和锡槽的通道，它由流道、流槽、安全闸板、调节闸板、顶碹、侧墙、挡焰砖、盖板砖、挡气砖等部分组成。

②锡槽和退火窑之间的一段热工设施，叫出口端，也称过渡辊台，其结构在很大程度上决定了锡槽气密性的好坏。

③锡槽的主体分为等宽型和前宽后窄型两种，现在一般使用后者。主体部分即锡槽的主体结构包括槽底、胸墙、顶盖、钢结构、电加热、保护气体、冷却装置等部分。为了避免锡液氧化，从顶部或侧壁导入保护气体。锡槽顶部还设有电加热装置，以便满足投产前的烘烤升温，临时停产的保温以及正常生产时的温度调节等需要。锡槽底部应有一定的空间高度，以便布置风管冷却槽底，减少槽底钢壳的热变形。

7、锡槽的附属设备

锡槽在操作过程中, 还需要配备拉边机、挡边轮、冷却器、电加热、

槽底风机、摄像头、监视器等一些必要的附属设备相辅助。 ①拉边机

拉边机是浮法玻璃生产的主要装备之一，它起着节流、拉薄、积厚和控制原板走向的重要作用。

依靠拉边机最前端的拉边轮牵引浮在锡槽液面上的玻璃带前进，并通过调节拉边轮的线速度以及拉边轮的水平摆角、平面倾角等，达到控制玻璃带厚度及稳定玻璃带宽度的目的。

拉边机按结构可分为落地式拉边机和悬挂式拉边机两种形式。 对拉边机的基本要求是辊头前后伸缩调节灵活，上下控制方便，能做水平回转运动，速度调节精度高，在高温还原性气氛下能长期连续使用。

拉边机的“四度”是指：

（a ）拉边机的机头压入玻璃带的深度；

（b ）拉边机与玻璃带走向所形成的角度；

（c ）拉边机自身的速度；

（d ）拉边机机杆伸入玻璃带的长度。

②挡边轮

挡边轮设置在锡槽内两侧适当位置上，防止玻璃带摆动跑偏。挡边轮的材质选用石墨, 因而和玻璃带不黏结，与锡液也不浸润，且旋转灵活，避免使玻璃带边部产生剪应力。

③冷却器

冷却器就是在锡槽内随时横向穿插的冷却水管，又称冷却水包，

主要作用是降低玻璃带的温度。冷却器结构简单，多采用方型套管，根据使用的部位不同，工艺要求不同。

④电加热

电加热的主要作用是合理控制锡槽内各区温度，使温度达到成型要求。

电加热有铁铬铝电热丝和硅碳棒两种。

⑤槽底风机

锡槽槽底风机的作用主要是为了防止因锡槽槽底过热，而引起漏锡事故。其调节方法是通过风机闸板开度来控制进风量，以便控制槽底温度。