超白浮法玻璃質(zhì)量缺陷研究

辛燕飛

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司,上海 200063)

超白浮法玻璃是指采用浮法工藝生產(chǎn)的、玻璃成分中總鐵含量不大于0.015%的平板玻璃，通?？刂圃?.012%左右，也稱低鐵玻璃、無色玻璃、高透玻璃。超白浮法玻璃是一種高品質(zhì)、多功能的新型玻璃，透過率達(dá)91.5%以上，具有晶瑩剔透、高檔典雅的特性，同時也具有優(yōu)越的物理性能、機(jī)械性能和光學(xué)性能，可像其它優(yōu)質(zhì)浮法玻璃一樣進(jìn)行各種深加工，如鋼化、鍍膜、彩釉、熱彎、夾膠、中空裝配等。由于視覺效果優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于建筑工程、汽車、太陽能、精密電子等領(lǐng)域。

由于超白浮法玻璃主要應(yīng)用于高端建筑工程產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)，因此對超白浮法玻璃的質(zhì)量要求較高，對玻璃的缺陷控制較為嚴(yán)格。玻璃的缺陷種類主要分為點狀缺陷、線道、裂紋、劃傷、光學(xué)變形和斷面缺陷等，主要表現(xiàn)為氣泡、結(jié)石、光變、沾錫、錫石、錫印、灰斑等質(zhì)量缺陷。按形成部位分類可分為原料缺陷、熔化缺陷、耐火材料缺陷、成形缺陷等。生產(chǎn)高品質(zhì)的超白玻璃，需要從原料、熔化澄清、成形等各工段提高工藝操作水平，提高質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制鐵含量，控制玻璃缺陷的種類、大小和數(shù)量。

1 玻璃原料質(zhì)量控制

玻璃原料容易遭到污染從而引起質(zhì)量缺陷，原料引起的質(zhì)量缺陷主要有結(jié)石、波筋、氣泡、條紋、節(jié)瘤等。控制原料成分、粒度、水分，尤其是鐵含量和粒度，是保證超白玻璃質(zhì)量的關(guān)鍵。同時應(yīng)加強原料儲存、輸送和配料系統(tǒng)及碎玻璃系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化，所有的料倉、溜子、提升機(jī)、混合機(jī)設(shè)計高分子聚乙烯板內(nèi)襯，防止二次污染，在皮帶機(jī)、下料溜子、料倉底部出口等部位，設(shè)置懸掛式除鐵器和金屬探測器，用于去除機(jī)械雜質(zhì)鐵[1]。超白浮法玻璃對原料質(zhì)量要求如表1、表2所示。

同時各類原料還應(yīng)滿足以下要求：硅砂中不得有大于0.2 mm的鉻鐵礦或其它重礦物顆粒，小于0.2 mm的顆粒須小于0.001%；相鄰兩批硅砂的主要氧化物含量應(yīng)均勻穩(wěn)定，成分波動不得超過允許范圍的50%；各種原料在滿足玻璃成分要求的前提下，有益氧化物含量可適當(dāng)增減，有害氧化物含量應(yīng)嚴(yán)格控制。

表1 超白浮法玻璃原料質(zhì)量要求 %

表2 超白浮法玻璃各種粉狀原料的粒度及含水量要求

如果硅砂顆粒過大，會形成未熔石英，表現(xiàn)為玻璃板上表面配合料結(jié)石缺陷，配合料調(diào)和不均勻，會在玻璃局部形成硅砂富集，同樣表現(xiàn)為結(jié)石缺陷(見圖1、圖2)。應(yīng)嚴(yán)格控制原料的粒度和水分，加強進(jìn)場檢驗和抽查，加強配合料的混合和控制，嚴(yán)格控制配合料水分，防止形成料團(tuán)造成結(jié)石。另外需嚴(yán)格控制芒硝含率，避免形成芒硝泡(見圖3)；嚴(yán)格控制碳粉含率，保證含量穩(wěn)定，避免產(chǎn)生微氣泡和超白玻璃顏色不均；保證玻璃氧化還原性的穩(wěn)定，避免產(chǎn)生微氣泡。

2 熔化工藝控制

氣泡是最常見的玻璃缺陷，氣泡不僅影響玻璃制品的外觀質(zhì)量，還會影響玻璃的透明性和機(jī)械強度。超白玻璃相比普通玻璃，更容易在澄清區(qū)域出現(xiàn)氣泡。因為在超白浮法玻璃的生產(chǎn)過程中，因玻璃的鐵含量低、玻璃液的透熱性好，池底溫度更高、不動層更薄、玻璃液流更不穩(wěn)定等問題，上下溫差減小，玻璃液對流減弱，熔化工藝控制難度更大，容易產(chǎn)生澄清氣泡類缺陷[2]。

超白玻璃的控制缺陷的熔化工藝主要是熔化溫度和操作精度等方面的控制。

1)在設(shè)計超白玻璃熔窯時，將池底加深，加強玻璃液的對流和控制玻璃液回流，加大澄清部面積，適當(dāng)提高熔化溫度，同時增加澄清劑的用量，穩(wěn)定熔化氣氛，保證燃料穩(wěn)定[3]。

2)對生產(chǎn)時的熱負(fù)荷進(jìn)行合理調(diào)整，有效降低玻璃熔化過程中的熱負(fù)荷。比如某條6對小窯爐的超白玻璃生產(chǎn)線，通過降低1～3號爐子的熱負(fù)荷，適當(dāng)提高4～5號爐的熱負(fù)荷，滿足了超白浮法玻璃對澄清質(zhì)量的要求，生產(chǎn)出的超白浮法玻璃質(zhì)量較好，缺陷數(shù)量下降較為明顯[4]。

3)提高玻璃澄清過程中最高玻璃帶的表面溫度，增加鼓泡區(qū)域后面小爐熱負(fù)荷可以有效提高玻璃澄清排泡能力，進(jìn)而降低玻璃板中的氣泡缺陷。

3 耐火材料引起的缺陷控制

玻璃液對池壁和池底的侵蝕、燃燒火焰發(fā)飄、熔化溫度過高、堿性飛料侵蝕，容易造成耐火材料結(jié)石，如鋯質(zhì)結(jié)石、硅質(zhì)碹滴、硅質(zhì)耐火材料結(jié)石等，留在玻璃液中形成結(jié)石缺陷。

同時玻璃和耐火材料間的物理化學(xué)作用會引起許多氣泡的產(chǎn)生。超白浮法玻璃生產(chǎn)中由于池底溫度的升高，水平方向上玻璃液流速度增大，對池壁、池底耐火材料的侵蝕也進(jìn)一步加劇，極易造成耐火材料封閉的氣孔被打開。耐火材料氣孔中通常含有空氣，在還原條件下熔化的耐火材料，氣孔中的O2會轉(zhuǎn)化成CO2或者CO2和CO的混合物。由于孔隙的毛細(xì)管作用，吸入玻璃液，而氣孔中的氣體又被排擠到玻璃液內(nèi)，兩相作用，產(chǎn)生耐火材料侵蝕泡。這部分氣泡主要產(chǎn)生于澄清區(qū)末端到卡脖之間。

根據(jù)某條生產(chǎn)線運行初期的缺陷統(tǒng)計分析，大部分缺陷為核心尺寸小于0.3 mm的氣泡及部分0.3～0.5 mm的氣泡，根據(jù)人工取樣進(jìn)一步檢測化驗分析，氣泡成分主要為N2和CO2，及部分Ar，經(jīng)過分析該氣泡主要為耐火材料被侵蝕產(chǎn)生的空氣泡(如圖4所示)。

為解決玻璃液對澄清帶耐火材料的侵蝕，應(yīng)針對性地降低澄清帶玻璃液的流動，減少侵蝕。該條生產(chǎn)線通過適當(dāng)降低熔窯末對小爐的熱負(fù)荷比例，來降低澄清帶池底玻璃液溫度，并減少玻璃液流動，從而降低玻璃液對耐火材料的侵蝕作用，減少耐火材料侵蝕氣泡。

同時通過降低鼓泡器流量大小，減少卡脖深層水包的插入深度，減小澄清帶玻璃液回流，降低玻璃液與耐火材料界面處的溫度和流速，減緩玻璃液對澄清區(qū)池底耐火材料的侵蝕。經(jīng)過一段時間的觀察，玻璃缺陷數(shù)量有較明顯的減少。

除此之外，控制耐火材料缺陷的措施還有保證正常熔化溫度和玻璃液溫度制度穩(wěn)定，液面和窯壓穩(wěn)定，調(diào)整好燃燒器火焰長度和角度，避免火焰發(fā)飄。另外在耐火材料選型時，優(yōu)先選用吹氧徹底的電熔耐火材料，杜絕還原物質(zhì)的污染，也能有效減少耐火材料引起的缺陷[5]。

4 成形操作工藝控制

根據(jù)超白浮法玻璃成形工藝的特點，氣泡、光變、沾錫、錫石、鋼化彩虹等質(zhì)量缺陷是主要的成形缺陷。

4.1 氣泡

成形過程中形成的氣泡主要有閘板泡、唇磚泡、槽底泡等，這些氣泡有一定的規(guī)律，一般出現(xiàn)在玻璃板的表面，部分呈開口狀。某條超白浮法玻璃生產(chǎn)線投產(chǎn)初期，在玻璃板左側(cè)下部規(guī)則出現(xiàn)2～10 mm的大氣泡，經(jīng)分析為槽底大氣泡，通過調(diào)整擋邊器有效的解決了槽底泡。成形過程中出現(xiàn)的閘板泡一般通過做好錫槽密封和定期吹掃解決，嚴(yán)重時需更換閘板；唇磚泡一般通過降低流道溫度或更換唇磚解決；槽底泡可通過加強槽底冷卻，降低槽底溫度解決。

4.2 光變

光變?nèi)毕菔怯捎阱a液被污染后蒸發(fā)到上層空間，冷凝積聚后掉落到玻璃板上而形成的缺陷。光變?nèi)毕莸奶幚硇韪鶕?jù)光變的大小、形狀和位置具體分析和處理。消除光變?nèi)毕菪杼岣卟蹓翰⒈３址€(wěn)定，定期吹掃流道、水包、頂罩等，尤其注意錫槽的密封。

4.3 沾錫

沾錫產(chǎn)生的原因主要是保護(hù)氣體氮氣不純，錫槽密封不好，使錫槽中含有氧化亞錫，在錫槽出口端玻璃帶溫度過高。解決沾錫需保持錫槽尤其是出口端的密封，使用直線電機(jī)排除錫灰等雜質(zhì)，盡量降低出口溫度，同時根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整過渡輥臺輥子的高度，減少過渡輥和玻璃帶之間的接觸壓力。

4.4 錫石

錫石在玻璃板上呈現(xiàn)為白色點狀缺陷，在顯微鏡下呈珊瑚狀，是由于錫蒸氣蒸發(fā)后冷凝形成的。消除錫石主要靠徹底清理閘板，在錫槽入口端放置純氮箱解決。

4.5 鋼化彩虹

鋼化彩虹是指玻璃原片在鋼化加工時，玻璃板面呈現(xiàn)虹彩，是由于玻璃板下滲錫量高形成的。解決措施是加強錫槽密封，降低錫槽窄段的玻璃板溫度，或提高保護(hù)氣體中氫氣的含量，以降低玻璃板的滲錫量。

成形是浮法玻璃生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵，必須加強錫槽各熱工設(shè)備的操作，加強錫槽的密封，定期進(jìn)行吹掃并及時更換損壞的閘板和唇磚等，以控制成形缺陷。

5 玻璃缺陷檢測

提高超白浮法玻璃除了控制原料質(zhì)量，控制熔化澄清和成形工藝外，還應(yīng)特別注重玻璃缺陷的檢測，有效利用檢測設(shè)備，及時判別不合格的玻璃，并通過取樣分析缺陷產(chǎn)生的原因，提出合理有效的解決措施。玻璃缺陷檢測主要有人工離線檢測、人工在線檢測和機(jī)械自動化檢測。目前應(yīng)用較多的是基于機(jī)器視覺的缺陷在線檢測裝置，在線檢查浮法玻璃各類點缺陷和線缺陷等。

5.1 人工離線檢測

人工取樣使用顯微鏡、側(cè)面光檢測儀、外觀檢測儀等設(shè)備進(jìn)行離線檢測，檢測玻璃的氣泡和夾雜物的種類、大小和數(shù)量等。人工離線檢測的目的是確保玻璃產(chǎn)品嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制;及時驗證在線檢測儀器的可靠性;通過人工抽樣檢驗確定玻璃質(zhì)量的問題，反饋給原料、熔化和成形等操作崗位，及時采取相應(yīng)的措施消除缺陷。

5.2 人工在線檢測

質(zhì)檢人員在線根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對玻璃進(jìn)行目測檢驗，并做好標(biāo)記，下游人工落板。目前人工在線檢測較少，僅作為機(jī)器視覺檢測的補充。

5.3 機(jī)器在線視覺檢測

目前常見的機(jī)器在線視覺檢測儀主要為應(yīng)用數(shù)字化圖像掃描與識別技術(shù)的自動缺陷檢測系統(tǒng)，目前國際上比較成熟的有ISRA和申克博士檢測設(shè)備。在線自動檢測儀的精度一般為結(jié)石夾雜物可以檢測出最小為0.2 mm，氣泡可以檢測出最小為0.1 mm。在線檢測儀具有速度快、精度高、重現(xiàn)性好、漏檢低的優(yōu)點。使用在線檢測儀可以較好地觀察當(dāng)前玻璃的缺陷，并可以統(tǒng)計一段時間內(nèi)如一個班次、24 h、一周甚至一個月的缺陷數(shù)據(jù)，包括缺陷大小及占比，也可以統(tǒng)計一段時間合格玻璃的成品率，以便觀察玻璃質(zhì)量變化，分析原因，及時做出調(diào)整。

目前中國企業(yè)玻璃一般根據(jù)《GB11614—2009平板玻璃》國家標(biāo)準(zhǔn)或各自企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢查玻璃的質(zhì)量，并按每平米玻璃缺陷的數(shù)量和大小不同將玻璃產(chǎn)品分級，利用全自動在線缺陷檢測儀可以便捷檢測玻璃缺陷的種類大小和數(shù)量，在計算機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)置產(chǎn)品分類參數(shù)后，可以對每塊玻璃進(jìn)行等級分類，同時給下游的冷端設(shè)備發(fā)送信號，經(jīng)冷端線控系統(tǒng)處理，實現(xiàn)優(yōu)化切割、自動落板和自動取片等，從而實現(xiàn)生產(chǎn)線的流水作業(yè)。

需要注意的是中國標(biāo)準(zhǔn)是檢測玻璃點缺陷的核心尺寸，而一些采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)《EN572-2 2012基本的鈉鈣玻璃制品 第2部分:浮法玻璃》的國家，一般檢查玻璃點缺陷并且包括光環(huán)的尺寸。這相比之前的版本《EN572-2 2004》有較大變化，且與中國標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，如果產(chǎn)品需要出口執(zhí)行歐洲標(biāo)準(zhǔn)的國家，需注意玻璃缺陷的具體要求，并在缺陷檢測儀設(shè)備上進(jìn)行產(chǎn)品參數(shù)設(shè)定。

為了保證檢測設(shè)備正常檢測以及檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需要定期校驗檢測設(shè)備，人工取樣檢測玻璃缺陷在玻璃板位置是否與設(shè)備檢測位置相符，玻璃缺陷的大小是否與設(shè)備檢測的大小相符。

同時須對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)，包括對光源系統(tǒng)的清理、擦拭，用高級試鏡布小心仔細(xì)擦拭光柵，直到?jīng)]有灰塵和雜質(zhì)為止，一般每月一次；檢測相機(jī)玻璃的清理、擦拭，用高級試鏡布小心仔細(xì)擦拭相機(jī)鏡頭和鏡頭罩，直到?jīng)]有灰塵和雜質(zhì)為止，一般每半年一次[6]。

6 結(jié) 論

超白浮法玻璃質(zhì)量要求較高，在生產(chǎn)過程中要處理好原料、熔化澄清和成形退火等環(huán)節(jié)的設(shè)計和操作。嚴(yán)格控制鐵含量，保證超白玻璃的質(zhì)量，合理設(shè)計窯爐保證澄清效果，選用優(yōu)質(zhì)耐火材料，不斷減少氣泡等缺陷數(shù)量。同時，重視超白玻璃缺陷檢測，加強對缺陷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，定期對缺陷檢測設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，保證檢測精度，為控制超白玻璃缺陷提供依據(jù)。