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浮法玻璃成形设备,内容提要,概述浮法玻璃及特点浮法玻璃成形原理浮法玻璃的拉薄及堆厚锡槽锡槽的保护气体锡槽的生产操作及控制,1.平板玻璃的定义 指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的板状玻璃制品。2.分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、双层中空玻璃、有色玻璃、吸热和反射玻璃、光致变色玻璃、釉面玻璃、玻璃空心砖、波形玻璃。槽形玻璃、镀膜玻璃等。,8 浮法玻璃成形设备,3.平板玻璃生产工艺综合图,概述,有槽垂直引上,概述,无槽垂直引上及对辊引上,概述,平拉成形,浮法玻璃成形,浮法玻璃的制造过程示意图,概述,狭缝引下法（薄玻璃）,概述,溢流引下成形成形（薄玻璃）,概述,8.1 浮法玻璃及其特点 1952年英国皮尔金顿观察水中漂浮的油滴，产生浮法生产玻璃设想。1953年开始实验，1959年成功并申请了专利（Float Process）。浮法玻璃可与研磨抛光的玻璃表面相比。工艺特点：建设快、投资省、质量好、产量高、成本低、品种多。,8 浮法玻璃成形设备,（1）国内外发展概况 皮尔金顿公司1960年建成世界第一条浮法生产线，规模300t/d，只能生产厚6.36.5mm玻璃，表面有疵点，质量并不高。1962年开始转让专利，美国匹茨堡首先申请购买。60年美国1条浮法线，65年全世界17条，70年30条，77年62条，81年83条线。,8 浮法玻璃成形设备,各国平板工艺由有槽，无槽，平拉等逐渐转向浮法，机械研磨抛光的平板线几乎全部消失。全世界平板年产量：60年434万吨，90年2300万吨。目前浮法生产产量占世界80%以上。,8 浮法玻璃成形设备,19671977年工艺及产量均是全盛发展时期 规模：500600715 t/d 产品规格：板宽3.34.06m，最大达5.6m。2mm板拉速度900m/h，230mm 4mm板1300m/h。利用计算机控制生产，全线生产自动化。1978年后美国owens公司907t/d，前苏联1000t/d，日本1200t/d。,8 浮法玻璃成形设备,国内情况：自力更生研究开发，60年代中曾去英国购买专利未成，1965年实验室研究到1971年的生产性试验线取得成功。1972年可稳定生产49mm的玻璃，以后又生产3mm玻璃。1981年通过国家级鉴定，定名为“中国洛阳浮法”。有其独特之处。,8 浮法玻璃成形设备,目前洛阳浮法技术可控制1.3mm板，对其它板厚的拉制速度、锡耗等指标也达较高的水平。1993年国内浮法生产线统计有25条线生产至今估有200条线以上（包括外资及合资）我国是世界上浮法玻璃产量最大的国家。（不是人均）。浮法玻璃用于建筑用、车辆用窗玻璃。对于铅玻璃以及用As、Sb等氧化物做澄清剂的玻璃不能用浮法来成型。锡槽内的锡要求强还原气氛，N2+H2，由于H2及Sn的还原作用会导致玻璃中的Pb、As、Sb等还原，使玻璃出现问题。,8 浮法玻璃成形设备,（2）浮法成型工艺特点 成型时不需克服玻璃的自重 传统成型拉引力需克服重力及玻璃液粘滞力,用辊子夹住，玻璃表面易产生压痕。平拉法用一辊承重，玻璃温度700长时间使用辊子表面平整度差时在玻璃表面形成不平整面。而浮法靠锡液承托玻璃重量，拉引力只克服粘滞力。玻璃在过渡台处温度在600，且与辊子为线接触。,8 浮法玻璃成形设备,抛光（充分利用了表面活力）引上法中为不掉炉须使玻璃温度从940迅速降至600以下，因粘度变化迅速，表面张力抛光作用显不出来。而浮法中玻璃在较长锡槽中通过，温度下降较慢，在抛光区玻液温度1000，粘度小使玻璃表面得到充分抛光，表面平整，无波筋条纹。,8 浮法玻璃成形设备,成型中横向温差小 配合料均化及良好的熔化澄清是先决条件，要保证玻液粘度均匀使成型玻璃带横向厚度均匀，成型横向温差小是一重要因素。垂直引上或平拉一般其板中与板边的温度差均大于50左右。而浮法在长4060m锡槽内完成，槽内横向温差在10以内。,8 浮法玻璃成形设备,可生产特薄及特厚板 国外:0.5525mm的高质量玻璃 利用其它方法成型中要克服重力，对1mm 或12mm板困难很大。而在较长锡液面上无需克服重力而做水平拉引，可充分发挥玻璃表面张力作用，不影响抛光质量。,8 浮法玻璃成形设备,成型中温降小，牵引速度快 引上、平拉法：玻液引上到成型在1m左右距离内完成，温度由940迅速降至600，粘度迅速上升，否则掉炉，设水包使玻璃急冷，还会带来更多问题。浮法：在锡槽内玻璃温度分区控制，槽长依据规模而定。对一种厚度玻板其拉引速度可相差很大，120m/h360460m/h。,8 浮法玻璃成形设备,浮法的作业操作周期长 引上，平拉：成型室玻璃液层厚，上下温差大，易出现析晶，其成型作业期短一般一个月需停拉，加热成型室挖去有析晶的玻璃，以免掉炉等问题和玻璃缺陷。浮法：玻液1100由流槽进入锡槽，其流量靠流槽及闸板控制，玻液在流槽内流动快而且层厚很小，上下几乎无温差，其成型作业期主要由流槽及流量闸板的质量及冲刷程度决定，一般在一年左右。,8 浮法玻璃成形设备,可生产大板宽、大板面的玻璃 玻液重力由锡液承托及水平拉制，且锡槽横向温差小，可制备大板宽玻板，大于600t/d线板宽4m。特大面积板材19mm3.5m15m,可浮法生产切裁。,8 浮法玻璃成形设备,可在线镀膜 在槽装设镀膜装置，通入需蒸镀的金属有机物，用化学沉积蒸镀如Si，Al，Cu，Sn等膜，成本远比线外镀膜要低。,8 浮法玻璃成形设备,易实现切装自动化 由于水平拉制，且玻璃经退火炉退火，便于玻璃的检验、纵横切裁，铺纸喷粉等。而引上不这么方便。,8 浮法玻璃成形设备,应用于TiO2薄膜自洁净玻璃生产的溶胶凝胶镀膜生产线,浮法的缺点：基建投资高，一条线（350t/d）需总投资3.54.5亿，按产量计要低。浮法线规模大，不适宜小批量生产。锡槽内还原气氛（N2+H2）。玻璃中Fe3+Fe2+颜色加重，要求原料质量严而高。配料少用芒硝，避免生成硫化锡粘附在玻璃表面增加锡耗、使玻璃表面不光泽。,8 浮法玻璃成形设备,（3）浮法玻璃的化学组成及特点 化学组成特点“高钙中镁低铝微铁”成型在104108P粘度区域内呈现出“短料性”的特点。（器皿生产人工吹制要求“长料性”。）,8 浮法玻璃成形设备,SiO2：熔点1713，Al2O3：2050，SiO2取代部分Al2O3有利玻璃熔制、澄清，可克服Al2O3快凝给玻璃带来条纹和小波纹。以RO取代部分R2O（RO指CaO、MgO、BaO等，R2O指Na2O、K2O等）可弥补因Al2O3 减少对玻璃化稳性影响。使浮法玻璃光洁明亮，并提高抗霉性能，降低成本。美国浮法玻璃中Al2O3从早期1.2%减至0.8%，R2O由14%减至13.8%，RO由12.2%增至12.4%，有些国家Al2O3减至0.10.15%。,8 浮法玻璃成形设备,CaO作用:106.8P（温度744.03）时CaO降低玻璃粘度,促进熔制,744.03 时CaO增加粘度,浮法高速拉制提供条件。CaO10%反而增加熔融玻璃粘度且增加韧性。一般控制CaO 10%。MgO:103.31010.7P 1147.76603.72增加粘度。103.3P（1147.76）及1010.7P（603.72）降低粘度,提高玻璃韧性，降低退火温度及失透倾向。一般MgO4%。,8 浮法玻璃成形设备,随耐材质量提高，可对玻璃采取双高（高温熔融及澄清）作业，R2O有降低趋势，提高K2O/Na2O比值，有利提高玻璃化稳性，防止玻璃发霉。一般拉制R2O 14，有13.5或更低。Fe2O3为有害成分，影响透光性，熔制影响透热性，0.1。Fe 2+（兰）着色能力为Fe3+（黄绿）十倍，浮法因还原气氛而使玻璃兰绿色。原料应水洗、浮选、酸洗、磁选。设计浮法玻璃成分，应满足玻璃性能需求，其次考虑原料，不能迁就原料使等级下降。,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,各国浮法玻璃组成,8.2 浮法玻璃成型原理（1）玻璃粘度及表面张力 玻璃的成型是一个流变过程，随粘度的变化而变化，表面张力使玻璃表面平滑光亮。玻璃粘-温特性对浮法生产的成型及退火起十分重要作用。浮法采用富尔切尔计算粘-温特性，也可参考大连王承遇文计算熔化温度。,8 浮法玻璃成形设备,玻璃熔制、澄清、抛光、展薄、冷固退火对应粘度值：(玻璃组成对应前表中国设计),8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,（2）玻璃的表面张力 浮法生产中，玻璃液在锡槽中的抛光成型过程受多个力作用支配，其中玻璃液与保护气、锡液三相共存，相邻两相间均有一个表面张力分别记为g,t,gt。表面张力是形成单位新表面所需的表面能，又称为表面能。指最大有效功：dZ=d 式中，d为新增表面积，dZ为生成1cm2表面积等压位的变化。新生表面积的过程不是自动进行的，必须对系统做功才行，因而消耗能量。,8 浮法玻璃成形设备,A、玻璃的表面张力g 钠钙硅玻璃表面张力与温度的关系为一直线，其计算可用加和法计算。B、锡液表面张力t 每升高100减少810-3N/m（8erg/cm2）,232表面张力53110-3N/m。C、玻璃与锡液界面的表面张力gt均为液相而又互不相溶，至今未测出。,8 浮法玻璃成形设备,玻璃的抛光温度：玻璃抛光需在高温且均匀温度场内；玻液与浮托介质不润湿、不反应；有足够时间进行抛光。培养皿断口利用火焰断口同时对口部进行火焰抛光。利用了玻璃的粘-温特性及表面张力-温度特性；,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,抛光区间在103.7104.2（P），在该粘度区间的温度下，相应的表面张力与温度成线性关系，其两者的图如下：,（3）玻璃与锡液的接触 自由厚度：,上图中H为玻璃液在锡液面上的自由厚度，,8 浮法玻璃成形设备,在锡槽中为液、液、气三相：,由表面张力表示液滴在固体上的浸润状态有下式：（气、液、固三相）,8 浮法玻璃成形设备,若tg+gt，玻液由表面张力展薄。tg+gt，玻液展薄有限。用FS表示铺展系数FS=t-（g+gt）FS=g（cos-1）前面分析=175，FS为负值，若不施加外力时，玻璃在锡液上不可能自动展薄，而是一个较厚的板。,8 浮法玻璃成形设备,分析其在锡液面上的受力平衡。FX=0,FY=0,FZ=0可得式：（P231）,8 浮法玻璃成形设备,H受表面张力值、锡液及玻璃密度值影响。850以上各值均为一常数，因而平衡厚度为一定值，计算得约为7.0mm，实际测定值为6.77.0mm。,8 浮法玻璃成形设备,玻璃抛光的时间 玻璃液从流槽流下进入锡槽（50100mm落差）然后摊平并向前漂移，从其断面看上表面如一个正弦曲线，其数学式：（P232）,通过一些假设及数学推导可求出：2.4cm(取a=0.01cm时),8 浮法玻璃成形设备,玻璃液流入锡槽开始阶段表面波以重力波为主，重力作用下的表面波能量逐渐消耗衰减，其振幅及波长逐渐减少，此时毛细压强逐渐加强。在表面张力作用下毛细压强引起的表面波逐渐衰减，直至消失。此时玻璃得到抛光。但粘度越大表面波衰减越难。液体表面在毛细压强作用达到动平衡时的速度为V=/（cm/s）。由此自身抛光时间,8 浮法玻璃成形设备,可算出=72.3s。,流槽进入锡槽玻璃在均匀温度场（抛光区内）玻璃停留11.5min可得光洁平整的抛光表面。玻液进入锡槽流速过大，下落高度过大对抛光不利，应调整流槽宽度及玻璃液的自由悬落高度。产量300450t/d线，流槽宽8501100mm，自由悬落高度5070mm。,8 浮法玻璃成形设备,由前述有以下结论：A、抛光区粘度：103.74.2P表面张力（对应温度下）可充分发挥作用，温度区间tStR为“抛光区”；B、抛光区应保证是一个均匀温度场才能得各处均匀抛光；C、表面张力是玻璃自动抛光的核心，玻璃液在降低其表面能的自发过程中，由于表面张力作用使玻璃表面变得光洁平滑；,8 浮法玻璃成形设备,D、抛光区玻璃液与锡液是互不浸润，接触角为175；E、平衡厚度仅受锡液、玻璃液密度及其表面张力影响；F、玻璃抛光需足够时间。,8 浮法玻璃成形设备,8.3 玻璃的拉薄及堆厚（1）拉薄工艺原理：平衡厚度为7mm，稍施外力可拉成66.5mm。拉引速度纵向拉伸厚度宽度减小 板厚在56mm左右时很容易拉制。欲拉更薄板，难度提高，越薄越难，但反映工艺水平。,8 浮法玻璃成形设备,拉薄适宜粘度 玻璃粘度越小，越可拉薄，可结果厚度减少不多宽度却大减。（如拉面）。=103Pas拉薄（单纯向前拉薄）厚度H：7mm6.17mm H1/Hn=1.13 宽度W：3m 0.85m W1/Wn=3.54。,8 浮法玻璃成形设备,平衡厚度，FX=0，使厚度横向加FC力，其随玻璃减薄而增大，拉薄的程度也就依FC大小而定。因随温度变化小，而随温度变化却较大，因而FC克服的力一是玻璃本身的粘滞阻力，另一是玻璃增厚的力。增厚力：表面张力所致，由于其随温度变化小，因而温度对这一部分力影响也小。另一方面温度则对玻璃粘滞力影响较大。,8 浮法玻璃成形设备,高温下小，增厚所需克服的粘滞力小，增厚速度大，使得在拉薄过程中增厚作用显著，而在低温下106P时就比104P的拉薄速度显著，其粘滞阻力增大而增厚力变化不大，拉薄就有效。通常拉薄粘度范围为：105.25106.75P。此时拉引力克服力为100N/m2，而克服粘滞力为10000N/m2。在前面粘-表-温曲线图中,tQtP段为拉薄段。,8 浮法玻璃成形设备,（2）拉薄方法：强冷重热拉薄工艺（P233）皮尔金顿最初方法，先将抛光后玻璃700750（108P），T107P展薄。玻璃带侧边放拉边机实现横、纵向拉伸展薄，可有效减少玻璃带宽度收缩。,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,存在问题：1）抛光质量降低，急冷与重热产生不均匀的冷、热冲击，造成应力；2）能耗大：冷却后又加热需多耗能量；3）生产水平低：3mm板或提高机速受宽度收缩、产量质量及槽长限制。3mm玻璃与57mm比减产1525%，多耗400600kWh，破损率715%，板宽收缩率2832%；4）最薄只能到3mm。,8 浮法玻璃成形设备,缓冷拉薄工艺（PB法）单向展薄 皮尔金顿1970年拉制2mm玻璃成功，1973年后完全采用。玻璃抛光后缓冷至850（106泊）用若干拉边机展薄高速拉制，生产出表面质量比机械磨光更优良薄板 其宽度收缩28%，2mm板速度914m/h1200m/h。破损率13%，不减产，玻璃质量好。,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,双向拉薄工艺（美国PPG公司）LB法 前述两种工艺是单向展薄工艺，板宽收缩率相当大，且薄玻璃表面质量差。测试结果认为：表面的微观起伏度即小波纹（又称斑马纹）存在着“纵向重横向轻，两边重中间轻，上表面重下表面轻，薄板重厚板轻”的普遍规律。,8 浮法玻璃成形设备,小波纹产生原因：1）玻璃液化学不均匀；2）玻璃液温度不均匀；3）玻璃液流股不均匀；4）机械干扰。如：纵向拉引力变化，拉边机速度变化，机杆跳动，拉边机与拉引速度速比不协调，挡边轮、冷却器、八字砖（PB法），限流器（LB法），切割掰板振动；锡液振动等导致玻璃带的应力折皱、波纹。,8 浮法玻璃成形设备,PB法波纹波长：6.3525.4mmLB法波纹波长：30.4835.56mm。双向拉薄工艺：美国PPG公司专利 PPG.Co将锡槽分为缓和区、纵向拉薄区、横向拉薄区及冷却区。对PB法记作A、B、C、D四区，对LB法（PPG.Co）为Q、R、S、t四区。,8 浮法玻璃成形设备,8 浮法玻璃成形设备,1）缓和区 PB法：A区，玻璃温度1093927 玻璃粘度103.6104.9P 平衡厚度7mm，此后开始抛光，粘度较低流动性好的玻璃液可逐渐减弱其动量干扰，其动量正弦波得到了收敛。LB法：Q区，不允许玻璃液横向伸展，采用侧向限位器控制，进入锡槽的玻璃带即宽又薄，温度均匀，无悬空下落的两个90转弯，极大减轻动量干扰。,8 浮法玻璃成形设备,2）纵向拉薄区 PB法：B区 玻璃温度927815玻璃104.9106.5P，最好899843（105.2105.9P），最佳105.5P（871）。玻璃厚度：5.76.3mm，维持带宽，玻带两边安装四对拉边机（摆角510），加大纵向拉引力。拉薄至最终厚度的1.5倍，总拉薄值50%60%。LB法：R区 维持玻带宽度不变。,8 浮法玻璃成形设备,3）横向拉薄区 PB法：C区 玻璃温度877788,玻璃粘度 105.5106.65P 最好温度843788，粘度105.9106.65P 最佳843（105.9P）装设5对拉边机，增大摆角，加强横向分力作用。,8 浮法玻璃成形设备,拉边机之间位于玻璃带边部上空设置水冷却器，边部温度比中部低28 使边部粘度为中部的40倍，相对较“硬”的边子，可稳定玻璃带，同时可保证纵向拉引力有效的传递到B区去。,8 浮法玻璃成形设备,该区有纵向展薄，主要横向展薄。玻璃带的横向扩展：WC=（1.051.10）WB WB为B区玻璃带宽,WC为C区玻璃带宽。最好 WC=1.5WB LB法：S区 WS=（1.051.5）WR 4）冷却区 PB法：D区 玻璃粘度106.651011P玻璃带已不再展薄，降温达到可拉离锡槽的粘度。LB法：T区 玻璃粘度106.651011P。,8 浮法玻璃成形设备,为建立各区的温度制度，在纵向、横向、拉薄区之间，横向拉薄及冷却区之间的锡槽部位应设置分隔堰，阻止锡液的纵向返流。分隔堰高处离锡液面有9.53mm距离，留得过小会擦伤玻璃，太大起不到控制锡液纵向返流的作用。锡槽内设冷却水包，使玻璃带逐步降温。双向展薄工艺不但使玻璃表面质量得到提高，还可获得更宽的玻璃带。,8 浮法玻璃成形设备,（3）堆厚生产 有两种工艺及我国秦皇岛院DT法。拉厚玻璃板恰好与拉薄相反，在堆厚的同时如何克服其摊薄是关键。温度降至805以下时玻璃带的铺展速度已很小，其厚度实际上已经稳定。,8 浮法玻璃成形设备,倒八字拉边机法（Rwverse Assisted Direct Stretch）简称RADS法：工艺:通过倒八字角度的拉边机给玻璃带施加向内的分力，将已摊薄的玻璃带堆积至大于平衡厚度。,8 浮法玻璃成形设备,优点：不需其他辅助设备，调节灵活。缺点：生产范围较小，过厚的玻璃难以生产。（12mm以下）在锡槽成型部位设置若干对机杆朝向玻璃带上游的拉边机，通过拉边机头对玻璃带施加一个向内的旋转力，将玻璃堆厚。关键是建立适合堆厚的温度制度以及不同厚度时的拉边机工艺制度。,8 浮法玻璃成形设备,挡边法（Fender System）简称FS法：皮尔金顿公司专有技术，锡槽高温区设置一组12米长的石墨水冷挡墙，在挡墙口处设置两个水包，使在挡墙内摊平堆厚的玻璃带通过水包的强制冷却保持其厚度成型。,8 浮法玻璃成形设备,优点：生产稳定可靠，质量好，厚度范围宽，可生产825mm各种厚度玻璃，由于没有拉边机齿痕，玻璃板横向应力均匀，而且切裁边部也少可获得较大拉引率。缺点：安装时需打开12米的两侧边封,锡液严重氧化,同时槽内要设置自动测厚仪以控制流量.生产关键是解决玻璃液与挡墙的粘连。拉引时中间流速大于两侧，影响光学性能，采用水冷结构挡墙可防止粘连，但过冷会影响锡槽的横向温差。,8 浮法玻璃成形设备,DT法（秦皇岛院法）:工艺：在锡槽高温区放置一组短接墙，玻璃液在其内堆厚，玻璃液流出挡墙后再铺以若干对倒八字拉边机阻止玻璃液摊薄。既有FS法的优点，又有RADS法的特点。技术关键是如何充分有效的发挥挡墙堆厚及拉边机堆厚的作用.挡墙结构,长度,冷却强度是其工艺关键.,8 浮法玻璃成形设备,浮法现已用于制备特种玻璃。1）超薄板：0.41.6mm液晶基板玻璃 2）特种玻璃：Al2O3-B2O3-SiO2系统 比钠钙硅玻璃粘度要高（操作温度提高100）用于电子用基板（集成电路用），高平坦度且批量大。规模几十几百t/d。玻璃可为派莱克斯玻璃，液晶显示用无碱玻璃，磁盘用可离子交换增强的玻璃等。但锡槽需做一些特殊改造。,8 浮法玻璃成形设备,作 业 1、试述浮法玻璃的拉薄工艺原理。2、试绘制PB双向展薄工艺示意图，并填写A、B、C、D各区相应的温度（或粘度）。3、浮法成形中自由成形的板厚约为多少？厚板生产有几种方法？,