熱力學計算研究浮法玻璃的生產工藝過程研究

程 輝 李 博

(河北南玻玻璃有限公司，河北 廊坊 065600)

浮法玻璃在整個生產過程中，工藝流程較多，在流水線上玻璃要通過上百米的冷端輸送軌道來進行橫向和縱向的切割等等生產流程。從原理來看，化學熱力學作為一個研究工具，通過它可以較為全面地分析浮法玻璃生產工藝，能夠在較少數(shù)據(jù)的情況下，研究材料生產制備的熱加工過程和過程中材料的相結構及其性能的嬗變規(guī)律。

一、浮法玻璃特征

（一）浮法玻璃概念

浮法玻璃這個概念成名于玻璃液漂浮在熔融的金屬表面而拋光成型的生產過程。浮法玻璃屬于平板玻璃，它生產成型相較于其他類型玻璃而言是通過在錫槽內通入保護氣體后完成的。生產時，玻璃原材料按照計算好的比例調配后倒入熔窖中使其融化成玻璃液，再將熔融的玻璃液從熔窖倒入錫槽，隨后玻璃液漂浮在金屬錫表面，通過攤平和剖光等操作生產出厚度均勻且表面平整、平行的平板玻璃。

（二）浮法玻璃特點

相較于其他類型玻璃工藝，浮法玻璃的優(yōu)勢在于其生產的產品質量高且玻璃表面十分平整，透光度高。劣勢在于建設場地面積要求很大，所需要投資金額很高。浮法玻璃有以下三大特點，第一點，原材料簡單。在整個制造過程中涉及到的原材料不是很復雜，且浮法玻璃在成型時不需要過多的人工操作，直接在錫液層的作用下自然而然呈現(xiàn)平整的表面。第二點，生產線較短。浮法玻璃的生產線比較容易進行適當?shù)恼{整，規(guī)模不受成型方式的約束。第三點，自動化操作。浮法玻璃可以進行科學化和科技化的管理達到全線機械化與自動化，因此浮法玻璃的生產效率很高，生產很穩(wěn)定。

（三）浮法玻璃生產缺陷

雖然浮法玻璃的制造工藝相對來說是技術水平較高的玻璃生產工藝。但是在生產過程中也出現(xiàn)了一些問題，一方面是熔制的溫度很高且時間較長，使得能源和原材料的消耗十分大而造成浪費，另外產生的余熱和廢氣對環(huán)境的污染較嚴重，極度破壞了當?shù)丨h(huán)境；第二方面，在浮法玻璃生產后必須依靠高溫、長時間的保溫和穩(wěn)定的保護氣來確保熔窖和錫槽的穩(wěn)定運行；最后一方面就是浮法玻璃的質量問題，即錫缺陷，所謂錫缺陷就是浮法玻璃生成線中作為成型設備的錫槽，在生產成型過程中，因為浮托介質錫液和保護氣體氮、氫氣被污染導致玻璃質量出現(xiàn)了與錫相關的缺陷問題。

二、浮法玻璃的生產工藝程序

（一）配料

配料的目的是將其熔化制造原材料。雖說浮法玻璃所需配料沒有其他類型玻璃的配料那么復雜，但是基本的配料是必須的，包括石灰石、白云石、砂、芒硝和純堿。料房中的控制系統(tǒng)主要負責運輸浮法玻璃的生產原材料，同時控制著配合料的均勻混合。配料房內部的平傳送帶主要是按照順序將配料輸送到斗式提升機并運送到稱重裝置進行稱重復合重量。最后人工將干燥的材料放入混合機中攪拌形成配合料，再經(jīng)過配料房送到窯頭料倉存儲，利用加料機來有控制地將配合料放入熔窖里。

（二）熔化

熔窖的主要部分包括熔化池、澄清池、工作池和蓄熱室以及小爐。當加料機將配合料放入熔窖的熔化池，通過天然氣噴槍將溫度加熱到1650度后熔化玻璃原料，熔化的玻璃通過澄清池均勻攪拌，再經(jīng)過工作室將溫度降到1100以增加玻璃液的粘度，而蓄熱池和小爐可以保持玻璃液的溫度處于1100度，使得玻璃液粘度不至于太黏，達到粘度正合適。

（三）成形

經(jīng)過熔化的玻璃液在一定的降溫后，通過閘板來控制浮法玻璃液的流量使得浮法玻璃液能夠順著流道區(qū)自然流出。當經(jīng)過錫液的時候，浮法玻璃并不會與錫液發(fā)生化學和物理反應且在分子的作用下使得浮法玻璃的表面十分光滑。

（四）退火

浮法玻璃由于在高溫下生產成形，如果直接將成形的浮法玻璃放在空中冷卻會導致玻璃板的表面在內應力的作用下壓縮，所以退火這一步驟十分重要。退火就是將浮法玻璃放置于已經(jīng)設置好溫度梯度的退火窖中使得玻璃的溫度逐漸降至大氣溫度而不會形成強烈的溫差。

（五）切割與包裝

經(jīng)過退火窖的處理浮法玻璃已經(jīng)制造完成，緊接著將被送到切割區(qū)域。在切割之前會進行缺陷檢測，檢測完成后將按照實際需要的規(guī)格用金剛石進行切割。為了便于堆積存放，一般都會在浮法玻璃的表面撒一些粉末介質。最后就是包裝階段，包裝可以用人力也可以使用自動機器來完成，通過分垛來包裝。

三、治理浮法玻璃錫缺陷措施

（一）控制錫的氧化和硫化

導致錫缺陷的主要污染源是錫的化合物，這種情況產生的原因是當錫液被污染（也就是錫液不純）后錫槽內所發(fā)生的化學反應產生的。所以唯有控制好錫的氧化和硫化才能夠提升浮法玻璃的質量。保護氣體的純度在一定程度上能夠抑制錫的氧化和硫化以此來確保浮法玻璃的質量，因此通過增加保護氣體中還原氣體的比例且減少氧化氣體能夠抑制錫液中發(fā)生氧化反應。另外，錫槽的壓力也是一項判別保護氣體純度的指標，因此要嚴格監(jiān)控并及時調整。

（二）提高槽壓

提高槽壓的目的是防止外界氣體進入到錫槽中以此來提升保護氣體的純度。但是由于技術的局限到目前為止最佳槽壓值還不為人知，另外空壓機設備相對而言較落后且生產者并不太關注錫槽的槽壓導致保護氣體的純度達不到標準，因此只有提高錫槽的槽壓才是解決錫缺陷的根本手段。

（三）定期排氣和清掃

錫槽內的氣流結構由熱梯度和氣體量組成，由于一切工作程序都將引發(fā)熱梯度和氣體量的改變以至于使得氣流結構變化，通常保護氣體的流動方向是由冷端流向熱端，為了促進氣體流動可以裝置排氣孔且定期地進行排氣，氣體流動將加速保護氣體中的氣體雜質的排除，提升純度。

結語

作為基礎材料的浮法玻璃在實際生活中運用廣泛，與許多行業(yè)息息相關。浮法玻璃的生產工藝不僅影響著玻璃的質量與效益，而且牽連著許多行業(yè)的發(fā)展，推動著國民經(jīng)濟良好發(fā)展。

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