熔融石英陶瓷辊道技术特点及应用

中国建材报/2007年/1月/19日/第003版
中国玻璃
熔融石英陶瓷辊道技术特点及应用
赵远涛
编者按
：随着深加工玻璃特别是钢化玻璃的发展，企业和用户更加关注产品质量。

作为钢化玻璃生产过程中重要的部分，陶瓷辊道成为影响产品质量的关键因素之一。

近些年发展较快的钢化炉用熔融石英陶瓷辊道是一种能够满足特殊要求的功能材料，它具有很多优异的特点。

本报今日约请多年从事玻璃深加工的赵远涛先生撰写熔融石英陶瓷辊道的技术特点和应用情况，希望能对正确理解这些技术性能指标并指导生产实践有所借鉴，提高产品质量，减少生产成本。

陶瓷辊道的制造
陶瓷辊道成分——尚纯熔融石英
熔融石英是陶瓷辊道的关键原材料，其中SiO2的含量超过99.5%。

高纯度的SiO2原料的使用可以使陶瓷辊道的颜色均一，没有颜色差异。

在结构和组成上形成均匀同质的陶瓷体。

在炉内辊道能够均匀地吸收热能，同步升高温度。

即便是由于装载率的不同，也不会在有无玻璃的地方引起过大的温差。

含有过多的杂质和不同的浇注工艺会使得辊道表面出现颜色的深浅，这种含有杂质的辊道在使用过程中会由于吸热的快慢导致玻璃下表面产生缺陷。

当然熔融石英陶瓷里对方石英晶相的控制是相当严格的，含量必须小于2%。

含量过高的方石英会导致辊道的变形，而直接影响玻璃的波浪变形。

在实践中通常通过在炉体内加入SO2，使辊道表面形成薄膜，它的作用相当于高温的干润滑剂。

它能够提高玻璃的表面质量。

而过量长时间的使用SO2，会导致辊道表面附着过多的Na2SO2，虽然能够用水清洗，但不能被水彻底清洗干净。

这样的碱金属离子的引入会使得辊道表面有晶型转变，生成方石英。

这样辊道表面会慢慢有小的裂纹出现。

通常并不推荐使用过多的SO2，即便对提高玻璃的质量有好处。

特殊的轴头设计
通常金属轴头和陶瓷辊道的连接都采用硅橡胶。

硅橡胶的一些物理和化学性能介于无机材料和有机材料之间。

它具备无机材料的耐高温性能，又具备有机材料的弹性。

轴头的金属部分和陶瓷的膨胀系数并不一样。

硅橡胶的这种性能完全能够满足高温条件下不同膨胀系数材质间的轴头粘接。

维苏威等公司拥有全部的含盖不同温度条件下使用的轴头专利技术，这些技术不仅能够满足不同钢化炉的工业环境的需求，同时这些轴头技术和辊道的配合又保证了提高玻璃质量所要求的跳动。

陶瓷加工及质量保证
随着客户需求越来越严格以及钢化加工工艺的发展，钢化玻璃越来越变成一种严格的光学制品。

辊道是钢化炉的核心部件，它直接影响到玻璃的质量。

在辊道生产过程中的所有技术指标都严格在内控标准之内。

这些技术数据包括表面质量、尺寸公差、弹性模量等。

同时每根轴头都有惟一的编号，使得生产的所有环节具备可追溯性。

包括ISO9001和ISO14000在内质量体系的严格贯彻执行是上述保证的前提。

陶瓷辊道性能指标
热膨胀系
数熔融石英陶瓷辊道的热膨胀系数为0.6×10－6／(20
℃℃～1000℃)。

相对于钢化玻璃的要求，可以近似认为在上述温度范围内陶瓷辊道几乎没有形变。

这种优良的特性以及合理的辊道长度直
径比例设计，满足浮法玻璃钢化的工业标准和苛刻的客户要求。

事实上，陶瓷辊道的低膨胀系数也对后文中提及高温状态下的辊道清理起了至关重要的作用。

导热系数
熔融石英陶瓷辊道在500℃的导热系数为0.64W／mK，随着温度的升高或降低会略有变化。

这么低的热传导率在实际应用中不仅反映出产品成品率提高，而且对于整个热工系统具有节能作用。

钢化玻璃是通过把预处理的平板玻璃加热到软化点淬火得到的。

平板玻璃从常温进入高温状态会遇到炸裂的情况。

这种情况主要是两个方面的原因。

一个原因是玻璃的退火质量不好，在玻璃平面上存在界面应力，急剧升温会导致玻璃的破裂。

另一个原因就是用于运输和承载的辊道具有过高热传导效率，通过接触式传导传热使得玻璃的下表面获得热量的速度要快，而同时玻璃的上表面获得热量的速度却没有下表面那么高。

这样使得玻璃在厚度方向因为温差过大产生的应力而导致玻璃在加热室里面的炸裂。

而作为熔融石英陶瓷辊道由于其恰到好处的热传导率，有效地克服了后面这种风险。

使得玻璃上下两个方向的传热不至于太大差异，产生异常炉内的异常破裂。

所有辊道通过金属轴头在电机的驱动下来执行玻璃的加热与传送，低的导热系数使得炉内热量很少通过轴头密封处泄露出来，有效地节省了能量。

这种特殊的性能和生产效率的提高是一对尖锐的矛盾。

随着市场需求的增加，大多数客户对在成本增加不多的同时对产能提高要求也越来越高。

不同路线的技术开发都在朝着这个方向努力。

但是这种努力并不是从陶瓷辊道这种材料的传热本身入手的，更多的是从提高炉内对玻璃的热传导效率着手的。

市场实践也证明了这一点。

例如强制对流炉的出现。

这从另一个方面也说明了熔融石英材质的辊道的不可替代性。

使用温度范围
这种熔融石英材质的辊道有多种不同的应用来适应不同的工业环境。

它的最高使用温度为1648℃。

同时也可以在不超过1100℃的情况下往复使用。

而钢化玻璃生产过程中炉膛温度超过800℃。

熔融石英陶瓷辊道这种卓越的耐热冲击特点，赋予它在实际应用中优异特点。

众所周知，玻璃的耐热冲击的温度远远低于熔融石英陶瓷的耐热冲击温度。

由于各种原因，玻璃有可能在炉内炸裂以及不能在正常的工艺时间范围内出炉，任何不恰当的操作会给辊道及轴头带来致命的伤害。

但是利用辊道的高耐热冲击性能的特点，使得这种突发事情的处理变得容易。

通常的做法就是在很好的保护措施的前提下，用湿拖把擦蹭辊道上的玻璃，此时在高温状况下玻璃会从辊道表面剥离开来。

当然这一点也同样基于熔融石英的膨胀系数和玻璃的膨胀系数的不一样。

进一步的处理会保持辊道的表面质量并延长辊道的使用寿命。

从上面的意义来说，熔融石英陶瓷并不是一种简单的耐火材料，它是一种功能性的陶瓷材料。

利用它的可加工性，耐多次热循环，不产生粉尘等特点，可以作成辊道密封成型材料和窑炉内衬和元器件支座以及螺纹形状。

当然它的这种优异性能并不仅仅用在玻璃行业，在冶金行业和太阳能行业也有广泛的应用。

熔融石英陶瓷辊道具有优良的性能，了解这些技术特点以及对它们深刻的理解能够指导实际的生产。

这种实践能够显著地提高玻璃产品质量，延长辊道使用寿命，给客户带来增值服务。