光伏壓延玻璃自爆問(wèn)題分析與控制

張延濤

（海控三鑫（蚌埠）新能源材料有限公司 蚌埠 233000）

0 引言

退火窯是玻璃生產(chǎn)工藝上必備的設(shè)備之一，作用是將壓延機(jī)壓延過(guò)的高溫玻璃，經(jīng)過(guò)退火，由塑性體穩(wěn)定的過(guò)渡到完全彈性體，降低內(nèi)部不均勻應(yīng)力，使之切裁正常。由于光伏壓延玻璃成型工藝的特殊結(jié)構(gòu)，玻璃板完全暴露在成型作業(yè)環(huán)境之中，溫度波動(dòng)大。某生產(chǎn)線的3.2 mm玻璃在入秋之后，成型作業(yè)環(huán)境溫度明顯降低，玻璃板橫向溫差變大，退火困難，使得玻璃在堆垛過(guò)程中出現(xiàn)邊部自爆現(xiàn)象，嚴(yán)重影響深加工。

1 壓延玻璃退火自爆

進(jìn)入秋季之后，成型作業(yè)環(huán)境溫度急劇降低轉(zhuǎn)涼，玻璃在堆垛過(guò)程中出現(xiàn)大量自爆，主要集中在玻璃板邊部。邊部玻璃自爆崩壞，碎玻璃成顆粒脫落，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)擠壓造成玻璃板破壞開裂。自爆的玻璃無(wú)法再深加工進(jìn)一步磨邊鋼化，導(dǎo)致大量玻璃原片報(bào)廢，造成不必要的損失。工藝調(diào)整前玻璃自爆損失數(shù)量見圖1。

圖1 工藝調(diào)整前玻璃自爆損失數(shù)量

2 壓延退火窯溫度控制原理

壓延玻璃在經(jīng)過(guò)壓延成型之后，進(jìn)入退火窯均勻降溫定形。玻璃板由塑性體向彈性體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，玻璃內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)通過(guò)粘滯流動(dòng)和彈性松弛來(lái)消除或減小內(nèi)部應(yīng)力。玻璃的退火過(guò)程中須控制退火上下限溫度。在最高退火溫度下，保溫3 min可以消除95%的應(yīng)力或15 min內(nèi)消除全部應(yīng)力，一般對(duì)應(yīng)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，黏度為1013.0dPa·s；在最低退火溫度下，保溫3 min可以消除5%的應(yīng)力或16 h內(nèi)消除全部應(yīng)力，一般對(duì)應(yīng)玻璃的應(yīng)變溫度，黏度為1014.5dPa·s，在此之后，玻璃處于完全彈性狀態(tài)。

根據(jù)退火窯的工藝技術(shù)要求，一般把退火窯分為主要的5個(gè)大區(qū)和2個(gè)過(guò)渡段。

A區(qū)（均勻預(yù)熱區(qū)）：出口溫度控制為最高退火溫度。主要控制壓延后的玻璃板橫向和縱向、厚度方向的玻璃板溫差，使之能夠均勻穩(wěn)定地冷卻或保溫到退火上限溫度，保證B區(qū)能夠有效消除永久應(yīng)力。

B區(qū)（重要退火區(qū)）：出口溫度控制為最低退火溫度。主要消除和減小玻璃板的永久應(yīng)力，此區(qū)為退火窯最重要的區(qū)域，需要合理地控制退火溫度和退火速度。

C區(qū)（慢速退火區(qū)）：出口溫度控制在350 ℃左右。此區(qū)域不產(chǎn)生永久應(yīng)力，將進(jìn)入彈性體以后的玻璃板進(jìn)行慢速冷卻。

RET（熱風(fēng)循環(huán)強(qiáng)制冷卻區(qū)）：出口溫度控制在230 ℃左右。將室溫和退火窯內(nèi)熱風(fēng)混合后冷卻玻璃板。此區(qū)域產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力。

F區(qū)（強(qiáng)冷區(qū)）：出口溫度控制在70 ℃左右。用室溫強(qiáng)制冷卻玻璃板，使之快速降溫。此區(qū)域產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力。

D和E（兩個(gè)過(guò)渡段）：處于C區(qū)和RET區(qū)、RET區(qū)和F區(qū)之間，長(zhǎng)度1.2～2.4 m，自然冷卻。

3 壓延玻璃退火工藝調(diào)整

3.1 A區(qū)和B區(qū)的溫度控制

入秋之后，成型作業(yè)環(huán)境溫度降低，玻璃板進(jìn)入退火窯的整體溫度相比夏天要低，并且邊部溫度明顯低于中部，橫向溫差過(guò)大。玻璃板帶入到A區(qū)的整體溫度降低，導(dǎo)致玻璃板在進(jìn)入到B區(qū)時(shí)溫度較低，退火困難，殘存應(yīng)力偏大。因此在生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中，調(diào)整A區(qū)和B區(qū)兩個(gè)重要的退火區(qū)段，將退火溫度整體前移，保證退火正常。

3.1.1 A區(qū)和B區(qū)溫度調(diào)整

跟蹤產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)情況，排查出壓延退火過(guò)程中可能導(dǎo)致退火不良的工藝參數(shù)。通過(guò)工藝調(diào)整，就11月份以后對(duì)公司生產(chǎn)的3.2 mm玻璃的退火工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，見表1。

表1 A區(qū)和B區(qū)退火溫度控制 ℃

主要的工藝調(diào)整：

①整體提高了A區(qū)板上熱電偶設(shè)定溫度10～15 ℃；A區(qū)板下熱電偶設(shè)定溫度10 ℃左右。

②整體提高了B區(qū)板上熱電偶設(shè)定溫度5～10℃；B區(qū)板下熱電偶設(shè)定溫度5 ℃左右。

③C區(qū)以后熱電偶設(shè)定溫度保持不變。

3.1.2 橫向和厚度方向的溫度控制

玻璃板進(jìn)入到退火窯，存在橫向和厚度方向的溫度梯隊(duì)變化。在A區(qū)和B區(qū)退火過(guò)程中要控制橫向和厚度方向的溫差在合理范圍之內(nèi)，見表2、表3。

表2 A區(qū)和B區(qū)板面橫向溫差數(shù)據(jù) ℃

表3 A區(qū)和B區(qū)厚度方向溫差數(shù)據(jù) ℃

從表2中可以看出，在經(jīng)過(guò)調(diào)整之后，A區(qū)板面橫向溫差由原來(lái)的10 ℃左右，減小至5 ℃左右，左側(cè)溫度控制略高。表3中A區(qū)和B區(qū)玻璃板厚度方向的溫度差保持在5 ℃左右，板上中部溫度調(diào)整為略高于板下中部溫度5 ℃左右。左側(cè)板上溫度比板下溫度控制高出10 ℃左右，是由于左側(cè)邊部玻璃溫度更低，玻璃自爆現(xiàn)象頻發(fā)。在進(jìn)入A區(qū)退火窯之前，玻璃左邊部板上溫度就低于板下。進(jìn)入退火窯后，板上玻璃降溫速率要更快于板下。因此溫度設(shè)置更高，通過(guò)借助邊部電加熱，更快提高玻璃板邊部板上溫度，降低玻璃板進(jìn)入B區(qū)時(shí)橫向溫差過(guò)大，減小或降低應(yīng)力的分布不均。

3.1.3 退火速度的調(diào)整

B區(qū)是玻璃由塑性體向彈性體轉(zhuǎn)變的主要區(qū)段，永久應(yīng)力在此區(qū)產(chǎn)生。而退火速度的快慢影響轉(zhuǎn)變過(guò)程中永久應(yīng)力的大小。因此，在調(diào)整過(guò)程中控制退火速度在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，如表4所示。通過(guò)公式（1）簡(jiǎn)單計(jì)算出對(duì)應(yīng)區(qū)段退火速度。

表4 B區(qū)和C區(qū)退火速度

式中：C——對(duì)應(yīng)區(qū)段退火速度，℃/min；

DT——對(duì)應(yīng)區(qū)段進(jìn)出口溫度差，℃；

L——對(duì)應(yīng)區(qū)段長(zhǎng)度，m；

V——主傳動(dòng)速率，m/min。

3.2 小結(jié)

①同時(shí)提高A區(qū)和B區(qū)的退火設(shè)定溫度，控制B區(qū)退火速度無(wú)較大變化。合理設(shè)置退火上下限溫度，玻璃板正常由塑性體向彈性體轉(zhuǎn)變，進(jìn)入B區(qū)退火，有效減小玻璃內(nèi)部永久應(yīng)力。

②通過(guò)調(diào)整A區(qū)退火設(shè)定溫度，保證玻璃板在進(jìn)入到B區(qū)時(shí)，橫向溫差和縱向溫差控制在合理范圍內(nèi)，使玻璃板在由塑性體進(jìn)入到彈性體的過(guò)程中，保持應(yīng)力在較小的范圍內(nèi)。

通過(guò)以上調(diào)整，玻璃自爆現(xiàn)象明顯減少，如圖2所示。

圖2 工藝調(diào)整后玻璃自爆損失數(shù)量

壓延玻璃的退火控制除了嚴(yán)格控制退火工藝的溫度外，還有以下幾點(diǎn)能夠影響玻璃板本身的溫度變化，導(dǎo)致退火不良：

①邊部邊風(fēng)槍強(qiáng)冷玻璃板；

②玻璃成分變化；

③主傳動(dòng)速度波動(dòng)過(guò)大等；

④過(guò)渡輥、副輥冷卻水過(guò)大或過(guò)小。

4 結(jié)語(yǔ)

光伏壓延玻璃成型工段，玻璃液在其溢流口到退火窯進(jìn)口段這段距離，完全處于成型作業(yè)環(huán)境當(dāng)中，玻璃板橫向溫度波動(dòng)影響大，控制困難。秋冬季節(jié)尤其明顯。因此玻璃板進(jìn)入到B區(qū)退火之前，要嚴(yán)格控制A區(qū)的溫度，保證玻璃板溫度均勻，利于退火。