热工设备玻璃部分-第四章浮法玻璃成型原理分析

4.2浮法玻璃成型原理
1.浮法玻璃成型机理
浮法玻璃的成型是在锡槽中进行的。玻璃液由熔 窑经流槽进入锡槽后，其成型过程包括自由展薄、 抛光、拉引等，为此讨论以下四个相应问题： (1) 玻璃液在锡液面上的浮起高度。 玻璃液与锡液互不浸润、互无化学反应。锡液的 密度大于 玻璃液，因而玻璃液浮于锡液表面，如 下图所示。其浮起高度为h1 ，沉入深度为h2，玻 璃的自然厚度为h，他们之间的关系可用下式表示 经计算及生产实践表明：玻璃带沉入锡液中的 深度只有玻璃带厚度的 1／3。
(3) 玻璃在锡液面上的抛光时间
玻璃液流到锡液面上形成正弦状波纹
通过公式估算浮法玻璃的抛光时间为 68.5秒 。 生产实践表明，若流入锡槽的是均质玻璃液，则它在抛光 区内停留时间为 1min 左右，就可以获得光亮平整的抛光 面，所以上述估算与生产实践相符。
（4）玻璃的拉薄
A、拉薄方法：高温拉薄法与低温拉薄法 。 后者更适合拉 制薄玻璃
4 .1 概
述
4.1 浮法玻璃的工艺概况
1、英国的皮尔金顿PB法 （PB） 英国Pilkington兄弟在20世纪50年代对浮法玻璃生产技术 的发明和为之所付出的坚持不懈的努力，自1953年开始到 1959年取得成功，共耗时7年，投入了400万英镑巨额费用。 2、美国的PPG法（LB） 除了英国 Pilkington公司的浮法 技术之外，还有美国 Pittsburgh技术比较有名。1975年， 美国 Pittsburgh 平板玻璃公司宣布，他们在 Pilkington 工艺基础上，采用把玻璃液流道和流槽相结 合的 宽玻璃液输送系统，使流入锡槽的玻璃液带
2.保护气体
使用锡液作浮抛介质的主要缺点是 Sn 极易氧 化成 SnO 及 SnO2 ，它不利于玻璃的抛光，同时 又是产生虹彩、沾锡、光学畸变等玻璃缺陷的主 要原因。 为了适应玻璃成形的需要，必须保持锡槽内锡 液面的光洁，因此锡槽空间要导入还原的保护气 体，以防止空气进入锡槽内使锡发生氧化反应。 锡液的性质决定了需在锡槽内通入大量的高纯 氮气（N2）和高纯氢气（H2）组成的保护气体。 在生产中，严格控制保护气体成分、用量，稳 定压力，采用正确的进气方法和锡槽的密封方法， 防止保护气体的外逸是提高浮法玻璃质量的重要 工艺之一。
浮抛液在玻璃成型过程中的主要作用是托浮和 抛光玻璃，在选用的各种金属及合金中， 尤以金 属锡液最符合浮法工艺的成型条件。 由下表可知，锡中所含各种杂质都是组成玻璃 的元素， 它们可以在玻璃成型过程中夺取玻璃中 的游离氧成为氧化物，这种不均质的氧化物成为 玻璃表面的膜层；当金属锡中的含铁量 达 0.2％ 时会在锡液表面形成铁锡合金 FeSn ，它增加锡 液的“硬度”；Al2O3 含量过多会在锡 液表面生 成 Al2O3 薄膜使锡液表面呈现不光滑；杂质 S 能 生成 SnS ，是形成浮法玻璃缺陷 的原因之一。 以上都会影响玻璃的抛光度，因此，对于浮抛玻 璃用锡液其纯度要求在 99.90 ％以上，为此常选 用特级锡。
（5）拉边器的配置
A、原理：通过调节拉边器安装位置、角度、运转 速度、压入深度等方法调节玻璃带的厚度。 B、数量：与厚度有关。

（5）拉边器的配置
挡墙拉边机法
（6）厚玻璃的生产方法
（1）拉边机法（简称 RADS法，也叫倒八 字拉边机积厚法） （2）挡墙拉边机法 （简称DT法）
4.3 浮抛介质的选择
4.锡液液面位置和锡液深度
锡槽中的锡液是用来承托玻璃带的。因为锡液 的密度几乎比玻璃大两倍，玻璃带沉入锡液中的 深度只有玻璃带厚度的 1／3，所以锡槽不需要很 深。 当然，在确定锡槽深度时， 不只是从能漂浮 玻璃带这一角度来考虑的， 还必须考虑到生产中 在局部区域向锡液中插入冷却水包和扒渣的需要， 以及锡液均匀冷却玻璃带，玻璃液流入锡槽时免 于沉底等因素。为了节省锡的用量，根据生产工 艺要求，在锡槽的不同部位做成不同的深度。
dt = 6.7g /cm3 、dg = 2.5g /cm3 ， 把上述各
值代入公式 ，得 H= 7mm ，它与实测相近。
(3) 玻璃在锡液面上的抛光时间
玻璃液由流槽流入锡槽的过程是在重力场中发生 的，除玻璃液在流槽上具有的动能外，位能也转 变为动能，流到锡液面上玻璃液的动能部分地被 锡液所吸收，剩余的动能激起了玻璃液的表面波， 它同一般的液体表面波相似，是一种正弦波纹。 玻璃液在进行横向扩展的同时向前漂移，此时正 弦状波形纹将逐渐减弱, 处于高温状态下的玻璃 液由于表面张力的作用下，表面波逐渐消失，也 就是玻璃带得到了抛光，其过程所需时间即为抛 光时间。
（4）玻璃的拉薄
徐冷拉薄法的优缺点
徐冷法取消了急速冷却带和重新加热区，纵向温度曲线 没有马鞍形，而是平缓地下降 特点是： 为了使纵向拉引力均匀地传递到抛光区，并减轻拉边机 和其它器件对玻璃抛光区的影响，在抛光区后设立了徐冷 区，温度由抛光区末段1000℃降至 850℃以下，玻璃液的 黏度大约为104.35Pa· s。这时黏度已经很大，由于表面张 力的作用而产生的横向增厚力明显下降。在受拉力后，玻 璃带容易伸展变薄。拉薄主要在此区进行，因此，称为主 要拉薄区。在主要拉薄区设置拉边机，利用拉边机的节流 作用，阻止拉力向抛光区传递。由于避免了热冲击，玻璃 温度比较均匀，拉薄过程对表面质量没有明显的影响。 我国浮法生产均 采用徐冷拉薄法。
4.2浮法玻璃成型原理
浮法： 是指熔窑熔融的玻璃液在流入锡槽后在熔融金属 锡液的表面上成型平板玻璃的方法。
配合料在熔窑经熔化、澄清、冷却成为 1150 ～ 1100 ℃ 左右的玻璃液，通过熔窑与锡槽相连接 的流槽，流入熔融的锡液面上，在自身重力、表 面张力以及拉引力的作用下，玻璃液摊开成为玻 璃带，在锡槽中完成抛光与拉薄，在锡槽末端的 玻璃带已冷却到 600 ℃ 左右，把即将硬化的玻 璃带引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窑。
宽度与成品玻璃的宽度相近，这样可以缩 短玻璃液在锡槽锡液面上的横向摊平和展 薄时间，使玻璃具有更好的内在质量和横向平直性。
4.1 浮法玻璃的工艺概况
3、中国洛阳浮法工艺 1981 年，我国科技人员在经历了十多年试验 和探索之后宣布，“洛阳浮法技术”作为世界第 3 种浮法玻璃工艺技术诞生。 4、浮法玻璃成型工艺的特点 浮法玻璃与普通玻璃的成型工艺，有共同点， 也有特殊点。其共同点都是要掌握玻璃液的一定 粘度，当玻璃的化学成分一定时，就是要掌握其 成型温度；其次是要借助外加引力，即控制其拉 引速度来达到生产不同厚度的玻璃。
玻璃液
(2)浮法玻璃的自由厚度 自由厚度的概念： 当玻璃液浮在锡液面上，除重力和表面张 力外，不受到任何外力作用时所形成的厚 度（H）。 它决定于下列各力之间的平衡：玻璃液的表面张力
σg
、锡液的表面张力σt 、玻璃液与锡液界面上的
表面张力
σgt，以及玻璃液与锡液的密度
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dg 、 dτ 。
2.保护气体
3.锡槽内压力制度
3.锡槽内压力制度

锡槽内应维持微正压，一般以锡液面处的 压力为基准3--5Pa。有时甚至维持在10Pa 左右， 进出口在实际生产中要控制到20-30Pa.
影响锡槽压力制度的因素
影响锡槽压力制度的因素
(3)锡槽的密封情况 直接影响压力制度， 密封的好，保护气体泄漏的量就少，压力 稳定。
2.保护气体
氮、氢保护气中的氢用量：在 4％～8％之间。 保护气体用量随锡槽的密闭性，锡槽的不同部位 及操作水平而异。 锡槽密闭性好，漏入的空气、烟气少，含氢量可 少些； 操作水平高，操作孔开的次数少，时间短，漏入 的空气少，也可少用氢； 锡槽首 尾二端，操作孔口较多，漏入空气可能性 大，保护气体中的含氢量要高些，其他部位可低 些。 密闭及操作较好的锡槽的保护气中 氢的含量如下： 首、尾部 6％-8%，中部 4％～6％，常用最大为 8%，事故最大10％。
2
1、锡的物理性质
1、锡的物理性质
1、锡的物理性质
由上表可知，锡的密度大大高于玻璃的密 度 ( 2.7g /cm 3 )，有利于对玻璃托浮； 锡的熔点 (231.96) ℃ 远低于玻璃出锡槽 口的温度 (650～700 ) ℃ ，有利于保持 玻璃 的抛光面；锡的导热率为玻璃的 60～70 倍有利于玻璃板面温度的均匀等； 锡液的表面张力 [(462～502)×10-3 N/m] 高于玻璃的表面张力 [(220～380)×10-3 N/m]，有利于玻璃的拉薄。
其间的关系可用下式表示 ： g ——重力加速度。
(2)浮法玻璃的自由厚度
计算举例： 应用上述公式可对浮法玻璃的自由厚度 H 作如下 估算： 当成型温度为 1000 ℃ 时，
σg =340 × 10-3 N/m 、 σt =500 × 10-3 N/m 、 σgt=550 × 10-3 N/m 、
4.锡液液面位置和锡液深度
锡槽抛光区的玻璃液入口处要深一些，因为玻璃液从流槽 流下时对锡液有冲力，使玻璃液有往下沉的趋势。在这里 玻璃液尚未摊开， 其厚度要比玻璃带大得多。 为了避免 玻璃液沉底， 根据生产实践经验， 此处的锡液深度不得 小于 90mm，锡液面到槽壁顶面的距离为 20mm左右。所以 抛光区锡槽的深度为 110mm。 徐冷区在生产中有可能在锡液中插水包，锡液深度为 60～65mm，槽深 80～85mm。 为了节省用锡量，抛光区的后半部深度也可以与徐冷区的 深度相同。拉薄成型区和冷却一区的锡液深度为 40mm 左 右，锡槽深度为 60mm 左右。冷却二区即锡槽尾部， 在 生产中可能要扒渣， 其深度要大于冷却一区， 一般与徐 冷区相同， 锡液深度为 60～65mm， 槽深 80～85mm。

高温玻璃液的粘度小，流动性好，有利于拉薄，但拉 薄的结果是厚度变化很小，宽度却大大收缩，例如:在 103Pa· s的粘度时拉薄厚度从7mm减薄到6.17mm，宽度却从 3m收缩至0.85m，宽度的变化远大于厚度的变化，事实证 明，高温拉薄不可能生产出更薄的玻璃。
（4）玻璃的拉薄
B、强冷重热拉薄 方法：玻璃在离开抛光区后，进入强制冷却区， 使其温度 降到700℃，粘度为107Pa· s；而后玻璃 进入重新加热区，其温度回升到850℃，粘度为 105Pa· s，在使用拉边器情况下进行拉薄，其收缩 率达30％左右。 C、徐冷拉薄法 方法：玻璃在离开抛光区后，进入徐冷区，使其 温度达850℃，粘度为105Pa· s，再配合拉边器进 行高速拉制。这种方法的收缩率可降到28％以下。
中国洛阳浮法
我国浮法生产工艺从 1965 年开始实验室试验， 到 1971 年生产性试验线建成投产并取得成功， 用了近 7 年时间。 在试验线投产时只能生产 6mm 厚的玻璃。 1972 年能够比较稳定地生产出 4~~ 9mm玻璃，并 试拉了 3mm玻璃； 1978 年，对试验线进行了熔窑改烧重油、扩大生 产能力的扩建； 1980 年，国内仅有的一条试验线已能稳定地生产 出 3 ~~10mm 厚度的 浮法玻璃； 1981 年 4月，试验线采取的生产技术通过国家级 技术鉴定，获国家银质发明奖。 由于该生产试验 线是在原洛阳玻璃厂试验成功，故命名为中国 “洛阳浮法玻璃工艺技术”。
4.锡液液面位置和锡液深度
从理论上讲，锡液面位置应尽可能和锡槽沿口 平齐，实际上为了避免锡液的溢出和 生产时被玻 璃带带出锡槽，通常锡液位置低于沿口 20mm 左 右。因此要求锡槽在设计、施工甚至在烧烤后上 沿口应很整齐且保持水平，不得出现不平整或缺 口，以防止锡液从缺口处溢出。 锡槽内锡液深度，一般在 50～100mm范围内。 槽内锡液深度常采用阶梯形深度。根据玻璃成型 需要，增设槽底挡坎，控制锡液液流，底结构较 复杂，但减少了用锡量，减少了锡槽各部位锡液 深度。