浮法玻璃退火技术

浮法玻璃退火技术
1、浮法玻璃中热应力的类型与形成原因
浮法玻璃的退火是指熔融玻璃液在锡槽中成型后，于退火窑中通过适当控制温度降低速度，以消除或减少玻璃中热应力到允许范围内，保证玻璃制品的机械强度、热稳定性、光学均匀性以及其他各种性质。

浮法玻璃在退火过程中可能产生的热应力有永久应力和暂时应
力两种。

永久应力是当高温玻璃经退火到室温并达到温度均衡后，玻璃中
仍然存在的热应力,也称为残余应力。

暂时应力是随温度梯度的存在
而存在，随温度梯度的消失而消失的热应力。

永久应力一般产生于转变温度和应变温度范围之间，暂时应力则
伴随着整个退火过程。

①暂时应力
当浮法玻璃处于弹性形变范围内（应变温度Tg′以下）进行加
热或冷却过程时，由于其导热性较差，在其内外层之间必然产生一定的温度梯度，因而在内外层之间产生一定的热应力。

如: 当玻璃从Tg′以下逐渐被冷却时，玻璃内外层产生了温差。

玻璃外层温度低于内层，故外层收缩大于内层，这样，外层的收缩受到内层的膨胀作用（拉伸作用），内层膨胀受到外层的压缩作用，因此玻璃在冷却时表
面受到张应力，内部受到压应力。

如果在外层玻璃冷却到一定温度而使整块玻璃进行均热时，玻璃外层已不再收缩，内层却随着温度的不断降低而继续收缩。

这样外层
受到压应力，内层受到张应力。

它们的大小和冷却过程中所产生的应力大小相等，方向相反，所以当玻璃的温度均衡后，玻璃中的应力也就消失了。

但必须注意，当暂时应力超过玻璃的极限强度时，同样会产生破裂。

相反，玻璃在加热时表层受到压应力，内部受到张应力。

由于玻璃属于脆性材料，能够承受的抗压能力是抗张能力的10 倍，因此，玻璃能够承受的加热速率可以比冷却速率大一些。

②永久应力
当浮法玻璃由高温（转变温度Tg 以上）塑性状态下，急剧冷却时，外层首先冷却并硬化至弹性状态，而内部仍处于塑性状态，继续冷却和收缩，这样，外层受到压应力，内层受到张应力，当内层也硬化后，这种应力就随之残留下来，而成为永久应力。

过大的永久应力会使浮法玻璃在储存、运输、加工、使用过程中炸裂。

2、玻璃退火的定义和目的
在玻璃工艺中，所谓玻璃的退火主要是指将玻璃置于退火窑中经
过足够长的时间通过退火温度范围或以缓慢的速度冷却下来，以便不再产生超过允许范围的永久应力和暂时应力,或者说是尽可能使玻璃
中产生的热应力减少或消除的过程。

玻璃退火的目的是消除浮法玻璃中的残余内应力和光学不均匀性，以及稳定玻璃内部的结构。

浮法玻璃的退火可分成两个主要过程: 一是内应力的减弱和消失，二是防止内应力的重新产生。

3、退火温度和退火工艺制度
玻璃中残余内应力的减少或消除，只有将玻璃重新加热到开始塑性变形时才有可能。

玻璃在此塑性变形时的温度范围，称为玻璃的退火温度范围。

最高退火温度是指在此温度下保温2min ，应力可以消除95% ，一般对应于玻璃的转变温度; 最低退火温度是指在此温度下保温2min ，应力可以消除5% ，一般对应于玻璃的应变温度。

这两个温度构成了玻璃的退火温度范围。

退火的工艺制度也就是退火分区。

玻璃退火分区是为为玻璃在退火窑中，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。

实际上，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。

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（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。

①加热均热预退火区（A 区）
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（600±3 ）℃，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。

②重要冷却区（B 区）
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。

在退火区域中，玻璃的内应力的产生决定于两个因素: 首先是玻璃的冷却速度,其次是玻璃在退火温度区域中冷却过程热弹应力的松弛速度。

玻璃在退火过程中，既会产生暂时内应力，也会产生永久内应力（在玻璃完全冷却到室温后出现）。

只要冷却速度大于零，则暂时的热弹应力（即暂时应力）在任何温度下都会产生，而永久应力的产生，是由于在高温下玻璃中热弹应力松弛的结果。

热弹应力松弛的部分越大，则冷却后玻璃中的永久内应力就越大。

退火理论表明，玻璃中永久应力等于退火中松弛掉的应力的总和，但符号相反。

玻璃只有在低于退火下限温度下冷却，永久内应力才不再产生，因为此时玻璃的粘度已经增大，热弹应力实际上不可能松弛。

③冷却区（C区）
冷却区（亦称后退火区）玻璃退火区域以下，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。

玻璃在低于退火下限温度进行冷却所产生的内应力为暂时应力，暂时
应力沿板厚度方向分布与永久应力相反，其最大的张应力在板的表面。

如冷却速度太快，则会引起暂时应力过大而使玻璃破裂。

④热风循环强制对流冷却区（RET 区）
玻璃带在退火窑中的退火过程，是有控制的冷却过程，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。

玻璃带从后退火区出来时的温度大约为370～380℃，这时，其综合给热系数（对流给热系数和辐射给热系数之和）由于玻璃温度已经较低而大大减少。

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。

⑤室温风强制对流冷却区（F 区）
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Δt≥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Δt 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。

4、退火窑的分区
为了保证浮法玻璃的退火要求，退火窑划分为若干区，按玻璃的
退火要求,每个区的温度不同，区与区之间用挡帘分隔。

在窑体两侧，辊道的上面设有观察孔，下面设有碎玻璃清扫门。

窑体内宽根据被退
火的玻璃带宽度而定。

为便于退火窑的操作和事故处理，玻璃带上下均留有足够的空间。

目前，全钢结构退火窑一般分为5 个区，从前到后分别是A 区、B 区、C区、RET 区和F 区，根据产量的不同，还可将各区再分成几个小区，其作用相同。

如B区可分为B1 区，B2 区等; F 区可分为F1 区、F2 区、F3 区等。

另外，在RET 区前后设有过渡段D 和E 区，其长度一般为2. 4～3. 0m。

5、退火窑辊道及其传动装置
退火窑辊道是借助于玻璃带与输送辊道面之间的摩擦力把连续玻璃带从锡槽拉引出来，经过渡辊道之后，顺序通过退火窑的各区，由于不同区段的温降控制，使连续玻璃带内应力有控制地逐步降低从而达到退火目的，同时把玻璃带连续输送到该生产线冷端。

退火窑辊道是由平行排列的辊子、吊挂轴承座（含带胀套轴承）、吊挂梁、立柱、斜轴承座（含胀套轴承）、传动轴（也叫通轴）、总传动站所组成。

此外还包括由传动站带动的退火窑前面的过渡辊台和出退火窑后到横向掰断为止的一段输送辊道及其传动机构。

6、退火工段生产控制
退火工段的生产控制主要指按照退火曲线对退火窑各区的出口温度进行调控，以保证玻璃质量。

退火窑各区的温度分布：
①均匀加热带
该段温度控制在600～550℃，因过渡辊台的结构以及操作控制
水平等原因，容易造成上下表面、两边和中间的冷却程度不同，产生较大的温差，所以必须进行加热均热，消除温差，把温度逐步预先均匀地冷却到玻璃的最高退火温度。

幻灯片119
②重要冷却带
该区的温度控制在550～450℃，是产生和消除永久应力的主要区域。

必须采用均匀而缓慢的冷却速度把玻璃由上限温度550℃降到下限温度450℃。

③缓慢冷却带
该区的温度控制在450～300℃，是产生暂时应力的重要区域。

在此区域冷却速度不能太快，以防暂时应力大而导致玻璃炸裂。

④快速冷却带
该区的温度控制在300～200℃，这段虽然有温差应力，但由于温度较低，也不会产生过大的暂时应力，可以敞开，利用自然冷却降温。

⑤急速冷却带
该区的温度控制在200～60℃（室温），是退火窑的最后一段，不易产生暂时应力，但为了便于切割掰断，要降温，可吹风强制冷却。