利用玻璃密度進(jìn)行生產(chǎn)質(zhì)量控制

安鋼 秦新鋒 宋學(xué)文 張建禮

（陸軍裝備部駐北京地區(qū)軍代局駐秦皇島地區(qū)軍代室 秦皇島 066000）

0 引言

密度是固態(tài)玻璃的重要性質(zhì)之一。由于玻璃成分、溫度與密度有密切的關(guān)系，因此玻璃密度的測(cè)定常作為生產(chǎn)控制的重要依據(jù)。眾所周知，玻璃生產(chǎn)中一條主要原則就是生產(chǎn)過程的各工序工藝指標(biāo)的穩(wěn)定?？衫妹芏葴y(cè)定值進(jìn)行科學(xué)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)、分析，以此作為玻璃成分穩(wěn)定和溫度作業(yè)指標(biāo)穩(wěn)定性的考核依據(jù)，使生產(chǎn)單位和相關(guān)部門積極采取糾正和預(yù)防措施?？梢园迅》ㄉa(chǎn)線的密度測(cè)定值作為生產(chǎn)過程穩(wěn)定的一項(xiàng)綜合指標(biāo)之一，能夠進(jìn)一步穩(wěn)定生產(chǎn)，為創(chuàng)浮法精品打好有力的基礎(chǔ)。

1 玻璃密度與化學(xué)組成、溫度的關(guān)系

1.1 玻璃密度與化學(xué)組成的關(guān)系

普通鈉鈣玻璃密度為2.5 g/cm3左右，而石英玻璃的密度最小，為2.21 g/cm3，主要是由于石英玻璃的網(wǎng)絡(luò)外空隙沒有被填充而存在較多空隙所至。Na2O、K2O、CaO、MgO加入后，一方面能使硅氧四面體連接斷裂，空隙增加，分子體積增加；另一方面有些氧化物填充在網(wǎng)絡(luò)空隙，使空隙減少，分子體積下降，其綜合效應(yīng)是密度增加。普通鈉鈣硅玻璃密度與成分關(guān)系見表1。

根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，用1% Al2O3代 替SiO2時(shí)，密度變化大約為0.012 g/cm3，以CaO代替1% SiO2時(shí)，密度變化大約為0.017 g/cm3。

1.2 玻璃密度與溫度關(guān)系

熱處理?xiàng)l件不同，玻璃的密度也不同。因?yàn)椴ＡУ酿ざ却?，?dǎo)熱性差，使結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化大大遲于溫度的變化。玻璃從高溫冷卻下來，淬火（急冷）玻璃比退火（緩冷）玻璃的密度低。

通常5～6 mm玻璃密度比2 mm的玻璃密度高0.0010～0.0015 g/cm3，若將同成分不同熱歷史的玻璃進(jìn)行退火，則不同厚度的玻璃也將得到相同的密度，溫度和熱歷史與密度關(guān)系較復(fù)雜，難以以函數(shù)求量的形式進(jìn)行描述。玻璃熔化、泡介線、澄清、玻璃拉引量、成形、退火等因素的變化都會(huì)使密度發(fā)生變化；特別是玻璃熔化不好或均化不好，會(huì)造成密度不均勻，玻璃質(zhì)量會(huì)明顯下降。

2 密度的測(cè)定

2.1 原理

密度測(cè)定通常有阿基米德法和自由沉降法兩種。作為生產(chǎn)控制用密度測(cè)定一般使用自由沉降法。其原理是利用改變外界因素的方法改變作為介質(zhì)的有機(jī)重液混合物的密度；當(dāng)其密度大于玻璃試樣時(shí)，試樣就上浮，相反則下沉。當(dāng)被測(cè)試樣下沉到特定高度時(shí)，將此時(shí)的溫度記錄下來，換算成密度。

2.2 取樣

由質(zhì)檢部門控制好取樣的地點(diǎn)、部位。一般選擇冷端的固定地點(diǎn)，選取板寬中間部位，裁成7 mm×7 mm樣品，每日上午8時(shí)、下午4時(shí)各取一塊裝入做好標(biāo)識(shí)的樣品袋中，由化驗(yàn)室當(dāng)日化驗(yàn)出結(jié)果。

2.3 測(cè)試

配好的密度液要保持干凈，使用一段時(shí)間后應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校正，使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品必須是事先由阿基米德法測(cè)定的密度值。測(cè)定時(shí)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，避免測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

3 利用密度值建立控制圖

3.1 密度值X控制圖的建立

將密度測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果填入X-RS（單值—移動(dòng)級(jí)差）表格內(nèi)，樣品移動(dòng)級(jí)差以RSi＝ |Xi+1i=1-Xi|公式計(jì)算并填表。建立X-RS控制圖，隨時(shí)觀察密度的波動(dòng)情況，不同厚度的玻璃分別做X-RS控制圖。滿一個(gè)月后計(jì)算樣本均值、樣本移動(dòng)級(jí)差均值、控制圖上下界限和中心線。

均值的計(jì)算公式分別為：

X圖、RS圖控制界限和中心線數(shù)值計(jì)算式：

X控制圖：

式中：E2為控制圖系數(shù)，該控制圖選E2＝2.66。

Rs控制圖：

X控制圖用于觀察和控制正態(tài)分布的玻璃密度的單值變化；RS控制圖用于觀察和控制正態(tài)分布的玻璃密度的分散情況及變異情況。為了彌補(bǔ)偶然的單值變化而造成判斷失誤，將X和RS控制圖聯(lián)用結(jié)合分析。

某生產(chǎn)線6月份12 mm厚的浮法玻璃密度見表2。

RS控制圖上下界限和中心線數(shù)值：

建立X—RS圖 ，X—RS控制圖見圖1、圖2。

圖1 密度值X控制圖

圖2 移動(dòng)極差RS控制圖

某生產(chǎn)線10月份測(cè)試二線12 mm厚浮法玻璃密度結(jié)果見表3，X—RS控制圖見圖3、圖4。

圖3 密度值X控制圖

圖4 移動(dòng)極差RS控制圖

表3 10月份測(cè)試二線12 mm厚浮法玻璃密度

RS控制圖上下界限和中心線數(shù)值：

3.2 控制圖分析判異標(biāo)準(zhǔn)

（1）連讀若干點(diǎn)子超出控制界限。

（2）四種缺陷性排列：①成“鏈狀”。在中心線一側(cè)連續(xù)出現(xiàn)7點(diǎn)，連續(xù)11點(diǎn)至少有10點(diǎn)，14點(diǎn)至少有12點(diǎn)，17點(diǎn)至少有14點(diǎn)，20點(diǎn)至少有16點(diǎn)在同一側(cè)，這種情況一般是分布中心偏移所致。②形成“趨勢(shì)”。出現(xiàn)連續(xù)上升或下降的排列7點(diǎn)的連續(xù)就可判定異常。這種情況一般是存在某種趨勢(shì)的因素，如設(shè)備故障、原燃料變化等。③點(diǎn)子成周期性變動(dòng)。點(diǎn)子隨時(shí)間推移發(fā)生具有一定間隙的周期性波動(dòng)，可能存在周期性起作用的因素。④點(diǎn)子靠近控制線。連續(xù)3點(diǎn)有2點(diǎn)在最外側(cè)的1/3帶狀區(qū)域內(nèi)。

從圖1和圖2可以看出，X控制圖成周期性波動(dòng)，說明某工序發(fā)生異常。經(jīng)過對(duì)6月份浮法二線12 mm玻璃生產(chǎn)情況進(jìn)行檢查，玻璃成分化驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)問題，配合料碎玻璃比例有3次調(diào)整，熔化溫度波動(dòng)較大。碎玻璃比例最大調(diào)整幅度為6%，最小為2%，熔化溫度波動(dòng)主要是重油質(zhì)量不好，黏度和熱值波動(dòng)較大，針對(duì)控制圖顯示的異常情況及時(shí)查找原因，采取相應(yīng)措施加以解決。

從圖3、圖4可以看出，密度值處于完全控制狀態(tài)，說明各工序生產(chǎn)過程非常穩(wěn)定。10月份浮法二線12 mm玻璃完成產(chǎn)量比6月份高13.33%，一等品率比6月份高24.03%。

4 用標(biāo)準(zhǔn)偏差值進(jìn)行生產(chǎn)控制

在數(shù)學(xué)理論統(tǒng)計(jì)中，一組數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，其離散程度越小，就越穩(wěn)定，其計(jì)算公式如下：

式中：S——標(biāo)準(zhǔn)偏差；

i——樣本序號(hào)i＝1，2，3，…n；

Xi——某一個(gè)樣本單值；

n——總樣本個(gè)數(shù)。

某生產(chǎn)線6月份浮法二線全月玻璃密度測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 某生產(chǎn)線6月份浮法二線全月玻璃密度測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算結(jié)果

某生產(chǎn)線10月份浮法二線全月玻璃密度測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算結(jié)果如表5所示。

利用Microsoft office軟件中的Excel可以很方便地制作控制圖，還可以求一組數(shù)據(jù)的平均數(shù)、偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差等。

通過每月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到某生產(chǎn)線5～10月份的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，見表6。從表6中可以看出，10月份標(biāo)準(zhǔn)偏差最低，說明生產(chǎn)穩(wěn)定性最好，生產(chǎn)過程中各工序做到了嚴(yán)格控制。

表6 某生產(chǎn)線5～10月份的標(biāo)準(zhǔn)偏差值

從表6可以看出，利用密度控制玻璃的生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性是逐步提高的，相應(yīng)的玻璃產(chǎn)量、質(zhì)量完成情況如表7所示。

表7 某生產(chǎn)線玻璃產(chǎn)量、質(zhì)量完成情況

從表7中可以看出，利用密度控制玻璃生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性對(duì)提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量效果是非常明顯的，確保生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的目的是提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量。

5 利用密度值加強(qiáng)對(duì)浮法玻璃生產(chǎn)過程的控制

將化驗(yàn)室的密度測(cè)試值及時(shí)填入X—RS數(shù)據(jù)表并建立X—RS控制圖，按照上月計(jì)算的UCL、CL、LCL隨時(shí)觀察數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)異常后，工藝部門檢查玻璃成分有無(wú)波動(dòng)，配方有無(wú)問題。原料車間檢查原料水分是否波動(dòng)太大，進(jìn)廠原料的質(zhì)量情況，稱量是否準(zhǔn)確；料垛使用是否合理，原料粒度是否符合要求；混合料均勻度、全分析、水分指標(biāo)是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，混合料輸送是否發(fā)生分層等。熔聯(lián)車間分析各控制溫度與密度的相關(guān)性，對(duì)比檢查玻璃熔化、澄清、成形、退火過程的熱歷史有無(wú)波動(dòng)，是否在指標(biāo)范圍內(nèi)。動(dòng)力車間對(duì)比檢查水、電、保護(hù)氣體、天然氣供給指標(biāo)的穩(wěn)定性。各工序進(jìn)行糾偏控制，工藝管理部門也要跟蹤觀察，根據(jù)控制圖波動(dòng)情況提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

密度控制滿一個(gè)月后，工藝管理部門要根據(jù)X—RS控制圖中的密度波動(dòng)情況，檢查有無(wú)異常。如果有異常，分析出產(chǎn)生異常的原因及需要采取的措施，計(jì)算出一個(gè)月密度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，分析出當(dāng)月的生產(chǎn)過程的穩(wěn)定程度并拿出考核意見，對(duì)下一個(gè)月應(yīng)采取的措施，提出預(yù)測(cè)控制方案。

6 結(jié)語(yǔ)

浮法各生產(chǎn)線對(duì)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定程度應(yīng)每周進(jìn)行一次總結(jié)和分析，查找不穩(wěn)定環(huán)節(jié)。按工藝制度進(jìn)行追蹤，各工序、各環(huán)節(jié)積極采取糾偏措施，按照控制圖建立控制方法和判異準(zhǔn)則，認(rèn)真觀察、分析、自查自糾，確保各工序的穩(wěn)定，將密度值標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在考核范圍之內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線生產(chǎn)過程的穩(wěn)定進(jìn)而提高玻璃產(chǎn)質(zhì)量。