熱浸自爆產(chǎn)生機理及其影響因素分析

張勇

（吳江南玻玻璃有限公司，江蘇 蘇州 215222）

0 引言

玻璃是介于穩(wěn)定固體和液體之間的一個不穩(wěn)定體，易炸裂，而經(jīng)過鋼化后，其機械強度大幅提升，但由于生產(chǎn)過程中含鎳物質(zhì)影響，部分在鋼化交付使用后產(chǎn)生自爆，造成人員傷亡問題，因此控制好玻璃自爆非常重要。

文章從熱浸自爆產(chǎn)生的機理著手，重點分析了浮法玻璃生產(chǎn)過程中能夠引入Ni元素的區(qū)域和設(shè)備，并建立相應的管控措施，進而為鋼化玻璃提供優(yōu)質(zhì)原片，根本上降低熱浸自爆產(chǎn)生的概率。

1 熱浸自爆產(chǎn)生機理

對熱浸自爆點跟蹤取樣，做好標記，送中科院上海硅酸鹽研究所，用FEI公司的場發(fā)射電鏡Magallen400與牛津儀器公司的X-Max 80 mm2能譜儀對缺陷進行微區(qū)能譜定量分析，分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 熱浸自爆點微區(qū)能譜定量分析

由圖1可知：熱浸自爆產(chǎn)生的原因為玻璃本體中含有NiS缺陷所致。其產(chǎn)生的機理如下：

高溫正六面體ɑ-NiS轉(zhuǎn)換成低溫斜方六面體β-NiS，體積膨脹2%~4%，使玻璃承受巨大的相變張應力，從而導致自爆。研究表明：引起自爆的NiS結(jié)晶物大約在0.04~0.65 mm，平均在0.2 mm，處于玻璃厚度方向25%~75%。

2 影響因素分析

2.1 設(shè)備影響

熔化和原料區(qū)域能夠引入Ni的主要設(shè)備為混合機、擋火板、噴槍、推料板和卡脖水包等，由于推料板和卡脖水包為指定品牌，因此對近期更換過的混合機底板、轉(zhuǎn)子底座、擋火板和噴槍材質(zhì)送上海材料研究所檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 更換設(shè)備Ni含量檢測

由表1可知：除擋火板和國產(chǎn)風帽外，其余設(shè)備的Ni含量均較低。分析認為：擋火板和國產(chǎn)風帽的Ni超標是產(chǎn)生熱浸自爆的因素之一。因此，更換了玻璃生產(chǎn)中噴槍擋火板，對所有擋火板的材質(zhì)進行送檢化驗，保證其Ni含量在公司控制指標之內(nèi)，同時，對所用的國產(chǎn)風帽進行排查，對比發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)風帽較進口風帽燒損嚴重，12月份逐步完成燒損噴槍的更換，更換過程中對所有噴槍使用情況、燒損情況進行統(tǒng)計對比，并且對燒損比較嚴重的再次進行化驗，找出Ni含量偏高材質(zhì)的生產(chǎn)廠家，杜絕使用其產(chǎn)品，達到降低熱浸自爆風險概率。

2.2 碎玻璃影響

隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提升，浮法玻璃的成品率均有較大幅度提高，在線回收的碎玻璃量已無法滿足生產(chǎn)需求，為保證生產(chǎn)穩(wěn)定、熔化質(zhì)量受控，必須引入外購碎玻璃。外購碎玻璃主要為碎玻璃貿(mào)易商提供，但由于其來源多為鋼化自爆(含Ni)，以及存在鋁鎳金屬雜質(zhì)等不利因素，后續(xù)生產(chǎn)過程中易生成NiS和單質(zhì)硅缺陷，導致熱浸自爆概率上漲。

控制碎玻璃的質(zhì)量，關(guān)鍵在于控制鋼化自爆碎玻璃的量和混入的金屬雜質(zhì)。針對鋼化自爆碎玻璃，除要求外購碎玻璃廠家嚴禁使用熱浸自爆碎玻璃外還修訂了碎玻璃的進料粒度標準，鋼化自爆過的碎玻璃粒度均勻較小，如表2所示。

表2 碎玻璃顆粒度控制標準

而對于金屬雜質(zhì)，采用三級管理機制，碎玻璃由于粒度大小不一，部分含鐵金屬被壓在玻璃底部，無法被常用的除鐵器吸出，因此采用加裝強磁（銣磁鐵），強磁的磁性遠遠大于普通磁鐵，加裝過程中強磁塊盡量合并成較大面積磁性區(qū)，讓其能夠充分發(fā)揮作用，同時從碎玻璃廠家、庫區(qū)和碎玻璃回收系統(tǒng)增設(shè)13臺金屬探測儀，目的是減少碎玻璃中混入金屬雜質(zhì)的概率，利用玻璃生產(chǎn)的連續(xù)性，在線分選碎玻璃，一旦發(fā)現(xiàn)含有金屬的碎玻璃通過金屬探測儀后，系統(tǒng)立刻采取措施，在線將這1 m之內(nèi)的碎玻璃外排，杜絕含有金屬的碎玻璃進入玻璃生產(chǎn)間，通過上述措施，單質(zhì)硅缺陷同比下降了90%，同時，也降低了后續(xù)鋼化玻璃熱浸自爆的風險。

2.3 原材料影響

浮法玻璃生產(chǎn)選用的礦物原材料均伴有Ni，與玻璃本體和天然氣中的硫反應，產(chǎn)生NiS缺陷，從而在玻璃加工、熱浸以及后續(xù)使用過程中發(fā)生自爆。表3為某司3月所用原材料Ni含量檢測。

表3 原材料Ni含量檢測

由表3可知：由于Ni含量的控制標準≤5 ppm，因此所用硅砂超標，導致4月份自爆率上漲較快，達到2.81%，如圖2所示，后續(xù)隨硅砂Ni含量的降低，熱浸自爆率開始逐步下降；9月份熱浸自爆率的反彈，主要是由于采購使用的石灰石重金屬超標，Ni含量由1.9 ppm突漲至13.7 ppm，化驗問題后及時更換原材料生產(chǎn)廠家，10月份恢復后，熱浸自爆率快速下降，12月份基本恢復正常。期間下游客戶投訴較多，影響玻璃品質(zhì)形象。

圖2 Ni含量與熱浸自爆趨勢

由圖2可知，除硅砂外，仍需對所有礦物質(zhì)原料進行監(jiān)控，如玻璃日常生產(chǎn)使用到的白云石、石灰石等，同時，控制原材料Ni含量的標準≤1.5 ppm，可有效降低熱浸自爆率。

3 結(jié)語

綜上所述，通過控制熔化區(qū)域設(shè)備Ni含量≤0.5%、大宗原材料重金屬含量≤5 ppm加強碎玻璃顆粒度管理，并利用金屬探測儀和強磁除鐵器相結(jié)合降低金屬雜質(zhì)對浮法玻璃質(zhì)量的影響，可達到控制后續(xù)鋼化玻璃熱浸自爆率≤0.25%的目的，最后，對原料配方進行研究，增加抑制NiS產(chǎn)生的元素，根本上解決鋼化玻璃的熱浸自爆問題。