热工设备玻璃部分-第六章退火窑

退火工艺
退火工艺流程
退火原理分析
退火原理
只有使玻璃温度在塑性变形温度范围才能 将其内的热应力减少或消除，此塑性变形的温 度范围被称为：退火温度区域。 玻璃在锡槽成型后离开锡槽的温度约为 600℃，玻璃板能被冷端操作者接受的温度约 为70℃左右，在这个温度区间，玻璃经历了从 塑性体到弹性体的变化过程。
退火工艺制度
（2）重要冷却区(B区)（550—475℃） 所谓重要冷却区是指玻璃在退火过程中最 关键的区域，因为玻璃处在退火温度区域， 经退火后的玻璃中的永久应力的大小及其 分布状况， 主要决定于玻璃在此区的冷却 速度和温度的分布情况。 所以必须正确地确定其冷却速度，精心 地进行退火，以保证玻璃的退火质量。
此温度下玻璃的特性？ 在应变点Ts以下，玻璃完全为弹性体，质点不能移动， 但此时有弹性变形。如在此温度以下存在温差，则由于 弹性变形而产生应力(暂时应力)，但温差消除，则弹性 恢复，即以弹性松弛的方式消除应力。 暂时应力只存在于弹性变形温度范围内，也就是在玻 璃应变温度以下,存在温度梯度时才能产生，它的大小取 决于玻璃内的温度梯度和玻璃的膨胀系数。
退火工艺制度
（1）加热均热预退火区(A区)（600～550℃） 在正常生产情况下，玻璃带从锡槽拉引出来经过过渡 辊台，进入退火窑的温度一般为(590+10)℃，此温度高于 玻璃的最高退火温度，是可以不用再加热的。 但由于玻璃带从锡槽出来通过过渡辊台时， 玻璃带的 上下表面和带中与带边往往存在着温度差，有时甚至还比 较大。为使玻璃带进入退火区创造良好的温度场条件，提 高玻璃的退火质量，必须适当加热，尤其是边部。 同时，使玻璃带通过此区，逐步预先均匀地冷却到玻 璃的最高退火温度。对某一厚度的玻璃带，在此区可以用 比在退火区快 50％的速度进行冷却。 根据统计数据，对于 6mm 玻璃，其冷却速度C=22～ 27℃／min。
浮法玻璃的热应力
永久应力与玻璃结构 玻璃在退火上限温度和退火下限温度之间的每一 温度均有其相应的平衡结构
在冷却过程中，随着温度的降低，玻璃的结构 将连续地、逐渐变化。 在玻璃中存在温度梯度时，各温度所对应的结 构也不相同的，即出现了结构梯度。当温度急冷 到应变点以下时，这种结构梯度也被保存了下来。
退火工艺制度
（4）热风循环强制对流冷却区（RET区）（380～230℃） 玻璃带在退火窑中的退火过程，是控制冷却的过程， 它是以对流和辐射的方式，把自身的热量传递给其周围介 质和壳体，而使玻璃自身逐步冷却下来。 为了使玻璃的热量能散发出来，但又不能用室温空气 直接冷却玻璃，以免玻璃冷却温度过大而引起炸裂。因此， 采取控制循环热风的温度，对玻璃带进行直接吹热风对流 冷却， 以使玻璃能以比其在后退火区稍大或相同的冷却 速度进行对流冷却， 使玻璃带的表面温度由370 ～ 380℃降到 220～240℃。 退火窑在此区之后，就没有壳体了，一般有一过渡的自然 冷却段，其长度约 3m左右，再后面就是直接室温空气冷 却区。
问题探讨
玻璃中的残余应力的减少或消除， 只有将玻 璃重新加热开始塑性变形时才可能。此塑性变形 时的温度范围，称为玻璃的退火温度范围。 高于退火温度上限时，玻璃会软化变形， 低于退火温度下限时，玻璃结构实际上已经固 定，内部质点已不能移动，也就无法分散或消除 应力，玻璃中的永久应力不再随温度的变化而变 化。 玻璃从退火温度下限冷却到室温，必须控制一 定的冷却速度，冷却过快时，产生的暂时应力大 于玻璃本身的极限强度，玻璃也会炸裂。
浮法玻璃的热应力
浮法玻璃的热应力
浮法玻璃的热应力
一、端面应力
产生原因： 是由玻璃表面与板芯在冷却时所产生的 温度差所引起。 危害： 后续深加工的影响：不易切割，钢化炸炉。
浮法玻璃的热应力
暂时应力虽然会随玻璃中温度梯度的消失而消失，但 对其数值也须加以控制。如果暂时应力超过玻璃的抗张强 度极限，同样也会产生破裂。 暂时应力只存在于弹性变形范围内，也就是在玻璃应 变温度以下存在温度梯度时才能产生，它的大小取决于玻 璃内温度梯度和玻璃的膨胀系数。 永久应力产生的温度区间 退火温度区域时(退火上限温度和退火下限温度之间) 永久应力的特点 表面为压应力，内部为张应力，这种应力为永久应力或 残余应力。这种玻璃内的热应力当温度降低到室温时，也 不会消失。
浮法玻璃的热应力
平面应力 产生原因 平面应力是由横向温度不均引起。各种 在线应力仪测出的就是这种应力。 对玻璃的影响 此应力对玻璃带掰断、掰边影响很大。
浮法玻璃的热应力
应力松弛理论 如果玻璃在较高的温度下（塑性状态）冷却，同样， 由于它的传热较差，表面温度低，内层温度高， 在内外 层间产生温度梯度。 但在塑性状态下，玻璃内层质点可以作若干位移，内 应力由于这种位移而抵消，因而内应力并不产生，这个过 程称为应力松弛。 由于应力松弛，此时虽有温差，但无应力。 当外层已 冷却到硬化，处于弹性状态，而内层也逐渐由塑性状态向 弹性状态过渡，由于内层温度降低要发生收缩，但是已经 硬化的外层阻碍内层的收缩，再加上表层温降少、收缩少， 内层降温多、收缩多，这样外层就受到压应力，内层 就 受到张应力。 这种玻璃内的热应力当温度逐渐降低， 直至室温时， 也不会消失， 称为永久应力或残余应力。 永久应力产生的原因是应力松弛的结果。
与退火有关的几个粘度值
2、退火上限温度（最高退火温度或称退火点，相 当于玻璃的转变温度）：能在15min内消除其全部应力 或3min 内消除95%内应力的温度，此时的粘度为1012.4 Pa· s左右。通常用Tg表 示；
此时玻璃的特性？
在玻璃的转变点，玻璃中的应力能够迅速消除，这 是由于结构可以变化，因此，质点移动很快，可以从 不平衡位置移动到平衡位置，使结构之间质点作用力 消失或减弱。 这时，冷却速度要慢些，使质点有时间 移动到平衡位置，从而消除质点之间的作用力即应力。 如果冷却速度过快，质点来不及移动，而使变形保留 下来，使不平衡位置保留下来， 于是造成质点之间结 构的应力，称为永久应力， 退火的目的就是减弱这种永久应力。
问题探讨
•减少永久（残余）应力的分析
减小温度梯度最简单的方法是降低冷却速度，但 这会增加退火时间，须要加长退火窑，尤其是浮法 工艺的拉引速度本身就很大，所以这并不是好办法。 原则： 生产出残余应力尽可能小的玻璃，只有通过制定 最佳退火工艺制度才能达到目的。 对形成残余应力影响大的温度范围，冷却速度要 慢，而影响小的温度范围可适当加快冷却速度。 对于暂时应力，当退火结束后就自行消失，所以 原则上玻璃不会炸裂的前提下，应变点后的退火过 程中应尽量加快速度。
与退火有关的几个粘度值
1、退火下限温度（最低退火温度，或应变点） 退火上限温度和退火下限温度之间的温度称为退火温度 范围（退火区域）。 退火下限温度（最低退火温度，相当于应变温度 ）： 在16h内才能全部消除或3min内仅消除5%应力的温度，此 时的粘度为1016.5 Pa· s左右。
退火工艺
退火温度范围（退火区域） 退火上限温度和退火下限温度之间的温度称为退火温度范 围（退火区域）。 退火上限温度（最高退火温度或称退火点，相当于玻璃的 转变温度Tg）：能在15min内消除其全部应力或3min 内消除 95%内应力的温度，此时的粘度为1012.4 Pa· s左右。 退火下限温度（最低退火温度，相当于应变温度 Ts）： 在16h内才能全部消除或3min内仅消除5%内应力的温度，此时 的粘度为1016.5 Pa· s左右。 浮法玻璃在转变温度 Tg 至应变温度 Ts 范围内即在退火 温度范围内,玻璃中的质点仍能进行位移，可以产生应力松弛， 消除玻璃中的热应力和结构状态的不均匀性。 浮法玻璃退火温度的范围一般介于50～100℃。（具体的 与玻璃成分有关），浮法玻璃的退火上限温度约为 540～
退火工艺制度
(5)室温风强制对流冷却区(F区)（230～70℃） 玻璃带经过热风直接冷却，使玻璃表面温度 降到230℃以下。为了使玻璃在此区能比以前区 (Ret区)大10％或相同的速度进行冷却， 必须进 一步加大玻璃带与介质的温度差，使△t≥200℃， 以使玻璃的热量能散发出去。因此，可以采用室 温空气进行直接喷吹强制对流冷却。 玻璃带在此区的后半部，由于玻璃带的表面温 度已降低约 100℃，玻璃表面和室温空气的温度 差△t 大大减少，单位时间内的散热量亦随之降 低，这就意味着玻璃实际冷却速度已不可能太快。 通常F定义
退火是运用适当的温度制度，适当控 制温度降低速度，将玻璃带中产生的热应 力控制在允许的范围内，连续地把成型后 的玻璃原板降到室温，将残余应力减少到 最低限度，以增强玻璃的机械强度和热稳 定性。
退火基本知识
退火的目的
热应力 ： 玻璃本身是热的不良导体，导热性较差，其内 外层温度梯度、硬化速度不一样，将引起玻璃产 生不均匀的内应力， 这种内应力称为热应力 热应力的危害： 会降低玻璃制品的强度和热稳定性，也会影响 玻璃的光学均一性。 如何消除热应力的危害？ 退火就是最大限度地防止或均衡这种热应力而 进行的热处理。
退火工艺制度
高于退火温度上限时，玻璃会软化变形。 低于退火温度下限时，玻璃结构实际上可认为已固定， 内部质点已不能移动，也就无法分散或消除应力，玻璃中 的永久应力不再随加热和冷却而变化。 玻璃制品从退火温度下限冷却到室温，必须控制一定 的冷却速度，冷却过快时，产生的暂时应力大于玻璃本身 的极限强度， 制品会炸裂。 退火温度确定之后，还要确定退火的工艺制度，也就是 确定退火分区。 玻璃退火分区是为玻璃在退火窑中，根据不同情况和要 求进行退火，以便分区加以控制，以达到提高玻璃退火质 量的目的。
退火工艺制度
（3）冷却区(C区)（475～380℃） 冷却区(亦称后退火区),玻璃处在退火区域以 下，即在玻璃退火的下限温度以下的冷却，可以 以较快的速度进行，但冷却速度也不能太快。如 冷却速度太快，则会引起暂时应力过大而使玻璃 破裂。 一般暂时应力不得大于玻璃破坏强度的1／4。 根据生产实践经验和理论计算，玻璃在C区的冷却 速度，对于同一厚度的玻璃，可以用比其在退火 区大1.5倍左右的速度进行冷却，只要玻璃板的上 下表面和横向的温度差不太大，是不会引起玻璃 炸裂的。
退火工艺
退火工艺
退火工艺概述

形态转变角度----玻璃成型后从高温可塑状态
向室温弹性 （固态）状态转化的过程。 控制应力过程----玻璃是不良导热体，由于温 度梯度的存在，使玻璃实体热收缩量产生偏差， 而产生内应力。 玻璃内应力超过极限----玻璃破裂，影响切裁 及深加工。
第六章
退
火
窑
玻璃退火的目的是什么？ 玻璃热应力的的类型？ 玻璃退火有哪几个阶段？
退火基本知识
浮法玻璃退火：是最大限度地减小玻璃热应力的过程。 热应力的概念：玻璃内部因温度差而产生的应力称为 热应力。

玻璃在成型过程中，由高温可塑状态的玻璃液变为室 温固态的玻璃制品，在这个过程中，由于玻璃本身是热的 不良导体，其内外层温度梯度不一样、硬化速度不一样， 将引起玻璃产生不均匀的内应力；这种内应力如果超过了 玻璃的极限强度， 就会导致玻璃破裂。 为了最大限度地防止或均衡这种内应力而进行的热处 理，称为退火。
退火工艺制度
玻璃退火过程也是冷却过程，但要根据玻璃的不同厚 度及不同要求，控制其冷却速度，使经退火后的玻璃中的 残余内应力符合要求；同时，玻璃在退火中产生的暂时应 力不能过大，否则会引起玻璃在退火窑中炸裂。 浮法玻璃退火的目的是使永久应力减弱并控制永久应 力在允许范围内。 在退火过程中，温度梯度的大小是产 生内应力的主要原因。冷却速度愈慢，温度梯度愈小，产 生的应力就愈小。 因此，玻璃在退火窑中，按退火工艺分加热均热预冷 区(又称预退火区)、重要冷却区(又称退火区)、冷却区 (又称后退火区)和急速冷却区。急速冷却区又分直接热风 和直接冷风冷却区。现将以上5个区段的作用分述如下。