CN105621872A - 一种节能玻璃钢化炉机组及其钢化玻璃的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能玻璃钢化炉机组及其钢化玻璃的制备工艺。玻璃钢化炉机组，包括钢化炉，钢化炉连接风机，该风机为高压离心通风机，该钢化炉加热炉上炉体内的若干电阻丝竖直平行排布，下炉体内的若干电阻丝水平平行排布，电阻丝依次连接保护电阻、独立开关、继电器、热电偶，钢化炉外包Q235钢板，内衬硅酸铝层。本发明通过加热点的布置、加热控制方式对加热均匀性的影响，改进热平衡系统，提高玻璃在加热炉内的加热均匀性，通过提高风嘴出口气体的速度，提高热交换系数，通过套接在低压风嘴内的高压风嘴与风机一起提供淬冷风压，满足所需要的风压，减少风机的配置功率，降低玻璃的内应力，减小玻璃废品率。
Description
（一）技术领域
本发明涉及钢化玻璃，具体涉及一种节能玻璃钢化炉机组及其钢化玻璃的制备工艺。
（二）背景技术
现有的钢化玻璃工艺厂一般采用物理方法---风冷淬火法生产钢化玻璃，其原理是将普通玻璃在加热炉内加热到接近软化温度，保温一段时间，然后将此玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流对玻璃进行均匀淬冷，使玻璃内层产生张应力，外表面产生压应力，这样形成的钢化玻璃具有抗冲击强度高，比普通平板玻璃高4倍至5倍、抗弯强度大，比普通平板玻璃高5倍、热稳定性好以及光洁、透明、可切割等特点。
在实践过程中发现，钢化炉的上下限温度需要根据具体的玻璃参数进行适当调整，例如：生产的小盘子尺寸大约在16mm左右，厚度约4mm，所需钢化炉的上限温度和下限温度为664℃和690℃。使用的钢化炉的功率为10kW；而生产的较大盘子尺寸大约为35mm×20mm，厚度约6mm，所需钢化炉的上下限温度为650℃和670℃，使用的钢化炉的功率为15kW。并且根据玻璃板厚度的不同，具体的钢化炉参数还需进一步调整。风机在冷却玻璃过程中是不断移动的，可使玻璃冷却均匀，风机内风嘴的排列密度和排列方式须根据不同玻璃参数进行调整，当生产小盘子时，风机功率为4kw，而生产大盘子时，风机功率为7.5kw。
在观察生产大盘子过程中发现，废品率较高可达到20%—30%，废品一般在出钢化炉时产生，整个盘子瞬间破碎成几块，其碎片边缘较为光滑。
其废品产生的主要原因：
（1）玻璃厚度较小，玻璃局部应力过大导致破损；
（2）钢化炉加热炉丝分布不均，导致玻璃受热不均引起玻璃破碎；
（3）风压达不到要求值，风压不稳，风机风门不能及时打开，风栅高度失控，吹风管道漏风，风栅吹风孔堵塞，传动系统故障，淬冷时玻璃部分冲出风栅。
而上述废品的产生均为玻璃自爆所致，故解决玻璃自爆问题是降低废品率的首要问题。
经研究发现钢化玻璃自爆是由玻中硫化镍相变引起的体积膨胀所导致。引起自爆的硫化镍（NiS）直径在0.04—0.65mm之间，平均粒径为0.2mm，硫化镍在玻璃中一般位于张应力区，大部分集中在板芯部位的高张应力区，钢化程度及钢化均匀度都是通过影响临界直径数值继而影响自爆率。
NiS是一种晶体,存在二种晶相高温α—NiS和低温相β—NiS相变温度为379℃。玻璃在钢化炉内加热时因加热温度远高于相变温度，NiS全部转变为α相。然而在随后的淬冷过程中α—NiS来不及转变为β—NiS，从而被冻结在钢化玻璃中在室温环境下α—NiS是不稳定的有逐渐转变为β—NiS的趋势，这种转变伴随着约2%—4%的体积膨胀使玻璃承受巨大的相变张应力从而导致自爆。典型的NiS引起的自爆碎片呈放射状分布，放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块，俗称“蝴蝶斑”，NiS结石位于二块“蝴蝶斑”的界面上。从自爆后玻璃碎片中提取的NiS结石的扫描电镜图图1中，可知其表面起伏不平、非常粗糙。
因此其刚化程度可归结与于玻璃内应力的大小。应力越大，临界直径就越小能引起自爆的NiS颗粒也就越多，自爆率相应就越高。
（三）发明内容
本发明提供了一种节能玻璃钢化炉机组及其钢化玻璃的制备工艺。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种钢化玻璃的制备工艺，其特殊之处在于：包括以下步骤：
（1）玻璃原片切割：将尺寸较大的原片（普通玻璃）根据所需产品的尺寸用金刚石切割开，将初步切割好的原片进一步用金刚石切割成所需形状后将多余的部分用工具剪掉以备后用；
（2）磨边：将切割好的玻璃用磨头双圆边机把玻璃的边缘打磨光滑，在此过程中，随着磨头的转动，并用水流冲洗玻璃以起到降温和清洗的作用，将磨好的玻璃进一步进行抛光处理，使原来不透明的磨边的透明度提高；
（3）开孔：根据产品需求，将玻璃进行开孔处理，开孔大小根据具体要求设定，在开孔的同时，需要用清水不断冲洗，不需要开孔的玻璃则不需要此步骤；
（4）清洗烘干：将加工至此的玻璃进行清洗处理，清洗干净的玻璃紧接着烘干处理；
（5）玻璃钢化：将清洗干燥好的玻璃放入所需模具中，根据玻璃参数设定钢化炉工艺参数，当钢化炉温度上升至某一温度后，将玻璃送至炉中进行加热，玻璃进入炉中之后，温度开始逐渐下降，当下降到下限温度后，钢化炉开始逐渐升温，等上升到合适温度范围，由操作人员将玻璃拉出，在此过程中，需由操作人员不断观察炉内玻璃情况，根据玻璃变形情况适当调整玻璃出炉时间；
（6）玻璃定型：将出炉后的玻璃迅速用机器进行定型处理；
（7）进入风机冷却：将定型好的玻璃迅速移入风机进行冷却，时间根据具体产品进行调整；
（8）包装：将加工好的产品进行最后一步的包装处理。
步骤（5）中，钢化炉内温度为600-800℃。优选650-690℃。
步骤（7）中，冷却时间为15-25秒。
风机的采用复合型风嘴，即通过套接在低压风嘴内的高压风嘴与风机一起提供淬冷风压，既能满足所需要的风压，又能减少风机的配置功率，玻璃板上表面和下表面承受相同的热交换和相同的气流冲击，风嘴和玻璃表面之间的距离为10—20mm。
一种节能玻璃钢化炉机组，包括钢化炉，钢化炉连接风机，该风机为高压离心通风机，该钢化炉加热炉上炉体内的若干电阻丝竖直平行排布，钢化炉加热炉下炉体内的若干电阻丝水平平行排布，电阻丝依次连接保护电阻、独立开关、继电器、热电偶，钢化炉外包Q235钢板，厚3.5-4.5cm，优选4cm，内衬硅酸铝层厚4.5-5.5cm，优选5cm。
钢化炉加热炉内腔宽度为1245-1255mm，优选1250mm，上炉体电阻丝排布结构长700mm，宽600mm，下炉体电阻丝排布结构长700mm，宽500mm。
本发明的有益效果：本发明通过加热点的布置、加热控制方式对加热均匀性的影响，改进热平衡系统，提高玻璃在加热炉内的加热均匀性，通过提高风嘴出口气体的速度，提高热交换系数，通过套接在低压风嘴内的高压风嘴与风机一起提供淬冷风压，满足所需要的风压，减少风机的配置功率，降低玻璃的内应力，降低玻璃自爆率，减小玻璃废品率。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为自爆后玻璃碎片中提取的NiS结石的扫描电镜图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的钢化炉上炉体电阻丝排布结构示意图；
图4为本发明的钢化炉下炉体电阻丝排布结构示意图；
图5为本发明的电阻丝独立开关设置示意图；
图中，1钢化炉，2高压离心通风机，3电阻丝，4保护电阻，5独立开关,6继电器，7热电偶，8Q235钢板，9硅酸铝层。
（五）具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括钢化炉1，钢化炉连接风机，该风机为高压离心通风机2，该钢化炉1加热炉上炉体内的若干电阻丝3竖直平行排布，钢化炉1加热炉下炉体内的若干电阻丝3水平平行排布，电阻丝3依次连接保护电阻4、独立开关5、继电器6、热电偶7，钢化炉1外包Q235钢板，厚3.5-4.5cm，优选4cm，内衬硅酸铝层厚4.5-5.5cm，优选5cm。钢化炉1加热炉内腔宽度为1245-1255mm，优选1250mm，上炉体电阻丝3排布结构长700mm，宽600mm，下炉体电阻丝3排布结构长700mm，宽500mm。
针对玻璃自爆问题要降低废品率从设备方面提出的改进措施有：
⑴关于加热问题的改进方法：
①对波长3.2～4.9μm波长的辐射光而言，玻璃在电炉中辐射加时的热交换可以根据下公式进行计算：
Q=C0×[(T1/100)4-(T2/100)4]×1/[(1/ε1+1/ε2)-1]
式中:
Q——辐射换热量；
C0——黑体辐射系；
ε1——电加热元件的总黑度；
ε2——玻璃的黑度。
从式中可以看出，对于确定的加热电炉来讲，一旦设备加工制造完成和现场调试安装完毕后，T2、C0、ε1就成为固定的常数，而要提高换热量，就必须提高电炉加热温度T1数值。这就意谓着要增大电加热功率。
②如图是加热炉的上下炉体俯视图。对炉内玻璃的辐射热主要来自上部加热元件,部分辐射来自下部加热元件和炉体。对玻璃的热传导，主要在输送辊表面和玻璃下表面间发生。对流则主要在炉内热空气与玻璃表面间发生换热。由于玻璃的导热性较差，所需的换热时问较长，因此，热辐射成为加热炉内玻璃快速加热的主要途径。提高玻璃在加热炉内的加热均匀性。关键是加热点的布置、加热控制方式对加热均匀性的影响，改进热平衡系统，故对电阻丝3的排布及加热炉内腔尺寸进行了合理设计，如图2、3所示。
具体的改进方法如下：
①使加热元件保持一定的温度，通过控制通过电阻丝的电流和负载电压。电阻丝应该采用功率可调控制。使用功率可调方式后，电阻丝在持续加热一段时问后，电阻丝温度迅速升高，辐射波长超出玻璃最大吸收范围。此时，降低电阻丝的功率，电流减小，电阻丝温度降低，使辐射光波长得到有效控制，从而提高了对玻璃的辐射效率。
②加大上部电阻丝的加热功率。从水平钢化炉的结构可知，玻璃的辐射加热主要来白上部加热元件。因此，在保持加热总功率不变的情况下，增大上部电加热功率，相应减少下部加热功率。增大了单位时问内加热的辐射热量，玻璃吸收热量增大，因而，将会有效提高加热效率，缩短加热时间。
对此，我们在电路上进行合理设计，炉内的温度由热电偶测出，然后通过热敏电阻，电磁继电器，以及独立开关对温度进行自动控制。电路如图4所示。
此外，还有其他一些措施，比如增大加热元件的辐射面积。采用间接加热的电加热元件，充分加大了其外表面积，增加了热元件的辐射面积。增大单位面积上玻璃的辐射光强度，加大了玻璃的换热量，有效提高了加热效率；设置强制对流。在加热炉内设置强制对流，提高空气的流速、温度，改变空气的流动状态，会极大地改善电炉对流加热的效率。利用电炉本身的加热特点，充分预热冷空气，提高空气温度则是非常有益的工作。炉内压缩空气管的吹风管，建议做成大、小孔问隔结构，便于使加热炉内空气产生湍流而不是现在的层流状态，将会大大提高对流换热效果。
⑵钢化炉保温层
钢化炉保温层主要由内部的保温棉和外部的保温砖构成，可以通过改进保温材料，增加保温厚度来提高钢化炉的保温性能。搜集大量的资料后，我们采用如下方式增强保温效果：外包Q235钢板8，厚4厘米，内衬硅酸铝层9，厚5厘米，可耐1000—1200℃高温。硅酸铝是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，此外，在高温下抗拉强度高、外型尺寸稳定、抗震动和耐冲击等特点；在等其干燥之后，其理化性能和保温性能即可恢复如初。使用时安全可靠、节能效果显著，还可降低维修、保养时间和频率，是目前工业领域中较理想的保温绝热制品。硅酸铝比隔热砖与浇筑料等传统耐材节能达10-30%，因此我们选取了硅酸铝为保温材料。如图2所示：
⑶风嘴的改进主要有以下几点
①提高风嘴出口气体的速度，提高热交换系数
在风嘴喷出孔直径一定的情况下，提高风嘴出口气体速度意味着增加风压。大的风嘴出口气体速度，需要配置功率很大的风机，耗能较大。采用复合型风嘴，即通过套接在低压风嘴内的高压风嘴与风机一起提供淬冷风压，既能满足所需要的风压，又能减少风机的配置功率。
国产机组风冷却系统中，采用的都是高压离心通风机，此类风机工作时流量Q和全压P及转速n之间的关系为:
ns=n×Q(1/2)/P(3/4),
ns为比转速。
②改进风嘴系统设计
由于玻璃在淬冷区急冷时玻璃在辊道上做往复运动，其必造成玻璃板的上下表面具有不同的气流条件。玻璃板上部空气流的回流从切面吹向玻璃表面。这就增加了玻璃板边部的热传递，引起边部快速的冷却和强烈的收缩，导致钢化玻璃碎块大小不均匀。因此，上部和下部的淬火风嘴系统可做成不同的形状，使得玻璃板上表面和下表面承受相同的热交换和相同的气流冲击。
③喷嘴至玻璃的距离
为了获得很高的热交换喷嘴和玻璃表面之间的距离要缩短，一般在10—20mm之间可调。
④炉体与淬冷区间距
在炉体与淬冷区之间安装吹风挡帘，并尽量缩短两者之间的距离。
5.结语
在实际生产中，不仅需要对设备方面进行改进，还需要对温度、风压、风量等工艺方面的参数进行改进，改进后，废品率减低至2%左右。
Claims (8)
1.一种钢化玻璃的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）玻璃原片切割：将尺寸较大的原片根据所需产品的尺寸用金刚石切割开，将初步切割好的原片进一步用金刚石切割成所需形状后将多余的部分用工具剪掉以备后用；
（2）磨边：将切割好的玻璃用磨头双圆边机把玻璃的边缘打磨光滑，在此过程中，随着磨头的转动，并用水流冲洗玻璃以起到降温和清洗的作用，将磨好的玻璃进一步进行抛光处理，使原来不透明的磨边的透明度提高；
（3）开孔：根据产品需求，将玻璃进行开孔处理，开孔大小根据具体要求设定，在开孔的同时，需要用清水不断冲洗，不需要开孔的玻璃则不需要此步骤；
（4）清洗烘干：将加工至此的玻璃进行清洗处理，清洗干净的玻璃紧接着烘干处理；
（5）玻璃钢化：将清洗干燥好的玻璃放入所需模具中，根据玻璃参数设定钢化炉工艺参数，当钢化炉温度上升至某一温度后，将玻璃送至炉中进行加热，玻璃进入炉中之后，温度开始逐渐下降，当下降到下限温度后，钢化炉开始逐渐升温，等上升到合适温度范围，由操作人员将玻璃拉出，在此过程中，需由操作人员不断观察炉内玻璃情况，根据玻璃变形情况适当调整玻璃出炉时间；
（6）玻璃定型：将出炉后的玻璃迅速用机器进行定型处理；
（7）进入风机冷却：将定型好的玻璃迅速移入风机进行冷却，时间根据具体产品进行调整；
（8）包装：将加工好的产品进行最后一步的包装处理。
2.根据权利要求1所述的钢化玻璃的制备工艺，其特征在于：步骤（5）中，钢化炉内温度为600-800℃。
3.根据权利要求2所述的钢化玻璃的制备工艺，其特征在于：步骤（5）中，钢化炉内温度为650-690℃。
4.根据权利要求1所述的钢化玻璃的制备工艺，其特征在于：步骤（7）中，冷却时间为15-25秒。
5.根据权利要求1所述的钢化玻璃的制备工艺，其特征在于：风机的采用复合型风嘴，即通过套接在低压风嘴内的高压风嘴与风机一起提供淬冷风压，既能满足所需要的风压，又能减少风机的配置功率，玻璃板上表面和下表面承受相同的热交换和相同的气流冲击，风嘴和玻璃表面之间的距离为10—20mm。
6.根据权利要求1所述的钢化玻璃的制备工艺，其特征在于：在加热段采用耐热橡胶带传动。
7.一种根据权利要求1所述的节能玻璃钢化炉机组，包括钢化炉，其特征在于：钢化炉连接风机，该风机为高压离心通风机，该钢化炉加热炉上炉体内的若干电阻丝竖直平行排布，钢化炉加热炉下炉体内的若干电阻丝水平平行排布，电阻丝依次连接保护电阻、独立开关、继电器、热电偶，钢化炉外包Q235钢板，厚3.5-4.5cm，内衬硅酸铝层厚4.5-5.5cm。
8.根据权利要求6所述的节能玻璃钢化炉机组，包括钢化炉，其特征在于：
钢化炉加热炉内腔宽度为1245-1255mm，上炉体电阻丝排布结构长700mm，宽600mm，下炉体电阻丝排布结构长700mm，宽500mm。
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