超白玻璃熔窯卡脖處異形水包的開(kāi)發(fā)使用

曾敏 仝爭(zhēng)利 周楠

（中建材（宜興）新能源有限公司 宜興 214200）

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)新能源材料的需求進(jìn)一步提高，光伏玻璃的市場(chǎng)也快速增加［1］。超白壓延玻璃作為一種先進(jìn)的封裝蓋板材料用于太陽(yáng)能電池中，在太陽(yáng)能電池中能起到保護(hù)組件、機(jī)械支撐和透光散射的作用，是太陽(yáng)能晶硅組件中不可或缺的關(guān)鍵材料。但超白壓延玻璃具有極高的生產(chǎn)難度和科技含量，在玻璃生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)很小的缺陷都會(huì)對(duì)生產(chǎn)出的玻璃質(zhì)量和等級(jí)造成極大的影響。

本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工況，通過(guò)多次試驗(yàn)并且結(jié)合超白壓延玻璃溫度與黏度的關(guān)系，研究探討生產(chǎn)超白玻璃板存在的化學(xué)線道缺陷與玻璃熔窯卡脖處水包的關(guān)系，并提出一定的解決方法，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和穩(wěn)定的超白壓延玻璃提供一定的參考。

1 研究現(xiàn)狀及方法

1.1 研究現(xiàn)狀

目前，超白玻璃窯爐的保障和維護(hù)以及窯爐內(nèi)部各方面的協(xié)調(diào)處理是生產(chǎn)高質(zhì)量超白太陽(yáng)能光伏玻璃的關(guān)鍵，Beknazarian DV等［2］提出了在燃燒玻璃窯的現(xiàn)代建設(shè)中，采用優(yōu)質(zhì)耐火材料和多種隔熱材料，將其復(fù)合成多層隔熱板，減少熱損失。然而，由于高溫物理和化學(xué)腐蝕，在使用保溫隔熱材料時(shí)，提高墻體的溫度，會(huì)使其使用壽命大大降低。這就要求在選定的爐況操作條件下，選擇一套最優(yōu)的保溫材料，以最大效率保證窯爐的最大運(yùn)行壽命。V.Ya.Dzyuzer［3］研究了一種使用空氣流出的穿孔表面冷卻熔化罐的巴氏-剛玉磚砌體的方法。劉縉等［4］研究了在玻璃熔窯上層液面池壁磚處內(nèi)貼水包的可行性，并且表明該項(xiàng)技術(shù)可以延長(zhǎng)池壁磚的使用壽命，增加爐齡及玻璃質(zhì)量。張紅軍等［5］研制出了窯爐兩側(cè)擋料水包并且成功的減少了偏料，穩(wěn)定了生產(chǎn)，還有效地減緩了池壁的侵蝕。

1.2 研究方法

本次研究是基于我司現(xiàn)存的250 t/d的超白全氧玻璃熔窯上所進(jìn)行的，結(jié)合文獻(xiàn)［6］以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)在超白玻璃窯爐卡脖處的多次實(shí)驗(yàn)的影響進(jìn)行研究分析。

2 研究?jī)?nèi)容與分析

2.1 化學(xué)線道的出現(xiàn)及分析

2.1.1 化學(xué)線道的出現(xiàn)

化學(xué)線道是指玻璃中存在著的尚未均化的、黏度高、表面張力大的玻璃態(tài)夾雜物在拉制成形時(shí)所形成的明亮、細(xì)長(zhǎng)的線條缺陷，存在于玻璃表面或玻璃內(nèi)部。產(chǎn)生原因有使用不同成分的碎玻璃、配合料混合不均勻、配合料成分出差錯(cuò)、大窯中死角處的玻璃液卷入工作流等。我司超白全氧玻璃熔窯經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的運(yùn)行以后，發(fā)現(xiàn)原片生產(chǎn)線冷端處生產(chǎn)的玻璃原片出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)線道。通過(guò)一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)該化學(xué)線道的位置基本都處于窯爐兩條原片生產(chǎn)線的邊側(cè)，故排除了化學(xué)線道是因?yàn)椴Ａ褂貌煌煞值乃椴ＡА⑴浜狭匣旌喜痪鶆?、配合料成分出差錯(cuò)等原因引起的玻璃缺陷，經(jīng)取樣化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)邊部樣品一兩取樣點(diǎn)SiO2含量分別為73.692%、73.995%，較正常位置SiO2含量超出1.41%和1.71%；樣品二兩取樣點(diǎn)SiO2含量分別為75.069%、75.130%，較正常位置SiO2含量超出2.79%和2.85%，可見(jiàn)化學(xué)線道處玻璃成分與正常位置有所不同，SiO2含量偏高，化學(xué)線道的成分為硅的聚集物，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多天的排查，最終發(fā)現(xiàn)化學(xué)線道可能是窯爐中的卡脖水包與池壁間隙處的玻璃液流動(dòng)帶走了水包上凝固的玻璃液所造成的。

2.1.2 化學(xué)線道的分析（超白玻璃液黏度與溫度的關(guān)系）

根據(jù)武林雨等［7］所研究的超白浮法玻璃熔化溫度與黏度特性對(duì)液流影響的分析，可以得出鐵含量0.0096%的超白玻璃與鐵含量0.122%的普通玻璃，其在玻璃液表面黏度相同的情況下（假設(shè)為10），隨著深度的提高，溫度的下降，玻璃的黏度大不相同，見(jiàn)表1、圖1。

表1 兩種玻璃在不同玻璃液溫度的黏度［7］

從表1以及圖1中可以看出，隨著玻璃液深度的加大、溫度的下降，兩種玻璃液的黏度均會(huì)上升，但超白玻璃液的黏度梯度遠(yuǎn)小于普通浮法玻璃，且隨著其玻璃液溫度的下降，玻璃液的黏度的上升趨勢(shì)亦不明顯。

2.2 卡脖處水包的尺寸與擺放位置

在玻璃窯爐的卡脖處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常會(huì)在卡脖水包和池壁間留有一定的間隙，約25 mm，其作用是避免卡脖水包因?yàn)橹車牟Ａб翰粍?dòng)層的凝結(jié)而與卡脖處的池壁磚黏在一起，導(dǎo)致卡脖水包需要清洗時(shí)因?yàn)槟屉y以提起，且當(dāng)提起卡脖水包時(shí)可能因?yàn)樗统乇诘哪Y(jié)問(wèn)題而對(duì)卡脖池壁造成難以預(yù)計(jì)的傷害。但這種設(shè)計(jì)方式在超白玻璃熔窯中存在很多隱患，因?yàn)槌撞Ａб旱酿ざ冗h(yuǎn)小于普通玻璃液，所以超白玻璃液在卡脖水包處并不會(huì)形成牢固的玻璃液不動(dòng)層，隨著卡脖處玻璃液高溫及流動(dòng)的侵蝕，會(huì)導(dǎo)致該位置池壁受侵蝕變薄致使卡脖水包與池壁之間的間隙擴(kuò)大，且會(huì)因間隙的擴(kuò)大，卡脖水包側(cè)面的玻璃液流過(guò)時(shí)會(huì)帶走一些水包上聚集的富硅相凝聚物（不動(dòng)層）形成化學(xué)線道。

故在生產(chǎn)出的原片長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)化學(xué)線道時(shí)，經(jīng)過(guò)多方面的研究考慮，決定在卡脖水包前方兩側(cè)放置兩個(gè)內(nèi)貼小水包，如圖2所示，其優(yōu)點(diǎn)是小水包和大水包配合，既容易清洗卡脖水包又可以阻擋大水包與池壁磚的間隙，維護(hù)窯爐安全。

2.3 卡脖水包處的漏洞

通過(guò)卡脖處小水包的應(yīng)用，窯爐平穩(wěn)生產(chǎn)了一段時(shí)間。但是，窯爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，化學(xué)線道重新出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)還是因?yàn)槌撞Ａб旱酿ざ容^低，所以在小水包與卡脖池壁間隙處依舊會(huì)存在玻璃液的流動(dòng)，從而造成卡脖池壁被玻璃液侵蝕的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象尤其存在于玻璃液面處（圖3）且因超白玻璃液的黏度低，流動(dòng)的玻璃液依舊會(huì)帶走水包上凝聚的不動(dòng)層（其主要成分為硅），致使玻璃因?yàn)楦鞑糠殖煞植痪鶆?，從而繼續(xù)出現(xiàn)化學(xué)線道的現(xiàn)象。

2.4 卡脖小水包的改進(jìn)

玻璃原片中化學(xué)線道產(chǎn)生的原因是由于窯爐常年使用，池壁（尤其為液面處）被嚴(yán)重侵蝕，導(dǎo)致卡脖水包與池壁處間隙變大，間隙處玻璃液流動(dòng)從而帶走了原附在卡脖水包上的玻璃液不動(dòng)層，致使玻璃各部分成分不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)的玻璃板硬度存在差異，從而出現(xiàn)了化學(xué)線道且打邊不良落板的現(xiàn)象。根據(jù)探討研究考慮調(diào)整兩側(cè)小水包的形狀，在其下部制作半圓型凸起以配合被腐蝕的池壁磚，如圖4所示。

在使用了異形水包后，生產(chǎn)出的玻璃原片的化學(xué)線道缺陷明顯好轉(zhuǎn)并消失。在使用異形水包一段時(shí)間后，實(shí)測(cè)了卡脖邊部受侵蝕部位的池壁磚厚，發(fā)現(xiàn)受侵蝕部位池壁磚厚度幾乎和使用前一樣。由此進(jìn)一步證明在卡脖水包邊部加異形水包能夠起到保護(hù)池壁磚減緩其受玻璃液侵蝕且阻斷邊部玻璃液流動(dòng)的目的，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)際的生產(chǎn)情況以及多次的窯爐試驗(yàn)，可以得出：

（1）超白玻璃窯爐生產(chǎn)原片出現(xiàn)化學(xué)線道缺陷可能是因?yàn)槌撞Ａб旱酿ざ冗h(yuǎn)小于普通玻璃液黏度，故其在卡脖水包處難以形成穩(wěn)定的不動(dòng)層，而且有可能隨著玻璃液的流動(dòng)帶走卡脖水包周圍一些凝固的冷玻璃，致使玻璃液局部成分不均勻，導(dǎo)致生產(chǎn)的玻璃板硬度存在差異，造成了化學(xué)線道的現(xiàn)象。

（2）隨著窯爐長(zhǎng)時(shí)間的使用以及玻璃液的流動(dòng)侵蝕池壁磚，窯爐維護(hù)工作十分重要，要調(diào)整使用最優(yōu)的方案以應(yīng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的各種情況。

（3）在卡脖水包兩側(cè)前加裝小型異形水包的確可以改善并解決此處導(dǎo)致的化學(xué)線道的發(fā)生，但需要根據(jù)窯爐的實(shí)際情況研究并改進(jìn)異形水包，來(lái)達(dá)到維護(hù)窯爐安全且平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。