浮法玻璃錫槽保護氣體對錫缺陷的影響研究

劉宜忠

（東莞南玻太陽能玻璃有限公司 東莞 523141）

0 引言

某集團浮法線根據(jù)其差異化生產(chǎn)經(jīng)營戰(zhàn)略，主要以生產(chǎn)高端產(chǎn)業(yè)玻璃為主（AG玻璃、高端制鏡、電子掃描級玻璃等），高等級玻璃對產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，目前制約高端產(chǎn)品玻璃生產(chǎn)的主要因素之一是錫槽中常見的錫缺陷，即浮法玻璃在錫槽內(nèi)成形過程中由于浮托介質(zhì)錫液和保護氣體氮氣、氫氣受到污染而使玻璃產(chǎn)生了與錫有關的缺陷。主要有沾錫、錫石、彩虹、光畸形變等。錫缺陷嚴重影響高端玻璃產(chǎn)品質(zhì)量，造成差異化比例下降，不但影響企業(yè)利潤，也對企業(yè)的聲譽構(gòu)成威脅。

在原有錫槽保護氣體系統(tǒng)的基礎上，結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，通過對錫槽保護氣體進行重新分配和調(diào)整，并建立一套錫槽保護氣體管理程序，使與錫槽保護氣體有關的錫缺陷得到控制。

1 錫缺陷現(xiàn)狀

該浮法線自投產(chǎn)以來，熔化缺陷一直穩(wěn)定受控，但錫缺陷頻發(fā)，嚴重時錫缺陷占比達50%以上。如圖1所示。

圖1 浮法線缺陷占比

該線錫缺陷嚴重時占比高達53%，嚴重影響了該線的產(chǎn)成品率。受其表面錫灰印的影響，差異化比例被嚴重制約。

把錫槽作為一個動態(tài)平衡系統(tǒng)，由錫槽結(jié)構(gòu)（入口端、出口端和本體）、錫液、保護氣體、玻璃帶等幾個要素來構(gòu)成。構(gòu)成要素的變化，如保護氣體氮氣、氫氣的引入以及水的引入等是造成錫缺陷的主要原因。

2 錫槽保護氣體

該浮法線運作著一個獨立規(guī)模的制氮氣設備，為錫槽提供保護氣體氛圍。合適的保護氣體以高純氮氣為載體，基本上不含氧氣和水分，只含一定量的氫氣，用以還原氧氣雜質(zhì)，預防生成錫液面漂浮的灰渣和玻璃帶下表面的霜霧。錫槽中Sn、SnO和SnS等蒸汽的存在使得保護氣體管理極為重要。保護氣體中各成分需保持一定的比例，氧氣過高或者氫氣比例不適，都會引起一系列問題。

（1）保護氣中氧氣含量過高時，過量的氧將錫氧化成氧化錫SnO2和SnO

SnO2的熔點為1630 ℃，比錫熔點（231.9 ℃）高，密度6.5 g/cm3低于純錫高于玻璃的密度，不溶于錫液，在錫槽的溫度和氣壓條件下為固相，往往以浮渣形式出現(xiàn)在中、低溫區(qū)的錫液面上，引起玻璃帶下表面的霜霧和灰渣。污染后的錫灰渣也是引起沾錫的一個主要因素。長期過量氧的存在還可能促使O2滲透進入槽底耐火材料，與從玻璃中轉(zhuǎn)移出來的鈉共同改變底磚的表面化學組成。導致槽底耐火材料中部分晶相向霞石轉(zhuǎn)變，引起底磚表面層的增大和分離，甚至會浮起，破壞了耐火材料原有的結(jié)構(gòu)和性能，影響其正常使用。

（2）SnO的滲透

SnO的滲透導致SnO與槽底磚發(fā)生反應，形成棕色高黏度的玻璃相。這個玻璃相能造成底部的液滴狀缺陷，以及引起底磚的層狀分離。

（3）保護氣體中H2含量高可能有雙重作用

H2與玻璃中的硫反應，生成H2S，H2S和錫進一步反應生成SnS或SnS2。由此可知，氫存在得越多，最終形成的雜質(zhì)SnS或SnS2就越多。SnS也可直接由錫跟保護氣體中的硫反應而生成。然后SnS/SnS2凝聚于錫槽水包的表面，成為上表面滴落物的來源之一。

保護氣體中高含量的氫也能把氣氛中的SnS還原成金屬錫，導致玻璃上表面出現(xiàn)錫缺陷。閘板區(qū)高濃度的氫也會造成玻璃上表面氣泡和很小的上表面錫石。這種表面氣泡是由于錫槽保護氣體的排氣在閘板后造成一個局部的再沸騰區(qū)域所致。而很小的錫石則可能是H2通過相對多孔的閘板的擴散所致。

氧和硫在內(nèi)的槽內(nèi)化學反應始終都在進行著。良好的錫槽保護氣體管理的目標是降低這些副化學反應的速率，并且在反應產(chǎn)物產(chǎn)生缺陷之前，運用排氣裝置及時排出錫槽。

3 保護氣體合理分配和控制目標

合理的保護氣體分配和控制需要滿足以下條件：

①良好的錫槽密封；

②合適的保護氣體（H2+ N2）分配和充足的流量；

③錫槽中合適的H2百分含量水平；

④錫槽中正確的排氣位置和合適的排氣量。

4 錫槽維護、保護氣體分配使用以及管理措施

錫槽的維護保養(yǎng)是一項長期堅持不懈的工作，如何防止外界的氧和硫進入錫槽是錫槽維護的首要工作。而錫槽的密封則是最基本的工作之一，如何做好錫槽密封此時就顯得尤為重要。

4.1 良好的錫槽密封

錫槽按特性分為三個區(qū)域：進口區(qū)、出口區(qū)和周邊區(qū)。

（1）進口區(qū)密封

前閘板的兩個側(cè)面都必須切成斜面，在自由吊起時閘板和側(cè)壁磚之間的縫隙不超過4.76 mm，實際上最好是3.18 mm。在前閘板和下游平碹之間應當有一大于（12.7 mm）的縫隙，使得閘板的背面有玻璃時閘板能被推向下游，使閘板與側(cè)壁間保持密封。閘板兩端的密封磚以及閘板下游側(cè)沿閘板的密封磚條應當跟閘板嚴密緊靠。

（2）出口區(qū)密封

必須將全部提升輥的下面做成一個接觸式的密封（這一點不能用于熔鑄石英輥），并且應對輥子加上壓力，確保整個長度上的緊密接觸。至少要有4道擋簾，最好能跟玻璃表面相接觸。因為即使擋簾緊貼玻璃帶能產(chǎn)生足夠高的槽壓，但是仍有相當數(shù)量的O2通過擴散侵入到錫槽內(nèi)。

（3）周邊的密封

由于氧能通過擴散侵入，故邊封以及拉邊機孔周邊等都必須有良好的密封。應當用可燃氣體探測器，至少每周三次探測密封處是否漏氣，而在錫槽有重大操作需打開錫槽孔洞和重新密封之后，也應用探測器探測。

（4）錫槽壓力

錫槽壓力是錫槽密封是否良好的一個指示器。能夠接受的最小槽壓是50 Pa。在使用大流量氮氣（氮氣流量大于1840 m3/h）時，應當以槽壓76 Pa作為操作控制目標。錫槽上測壓點三個：進口端、中部和出口端。錫槽壓力應當保持在正負10 Pa范圍內(nèi)作為操作控制目標。

（5）露點

露點是衡量錫槽密封效果的指標之一。露點必須在所有測點都保持在-60 ℃以下。露點至少應當有三個測點：進口端、中部和出口端。采用一個連續(xù)式的露點監(jiān)測儀。

（6）霜霧試驗

霜霧試驗是又一項非直接判斷錫的干凈程度的方法。霜霧試驗應當每班都做。

（7）滲錫系數(shù)

浮法玻璃滲錫量采用X熒光儀法檢測，滲錫量的“錫計數(shù)”是光譜分析中的一個專業(yè)術語，采用滲錫系數(shù)來表示玻璃滲錫量的大小，可以完全反映滲錫的變化趨勢，達到控制和指導生產(chǎn)的目的。

測量過程：用一片玻璃作為參照玻璃樣（設定系數(shù)為1.0），并長期不變，將待測玻璃樣和參照玻璃樣同時進行測量并比較，得到相對的玻璃滲錫系數(shù)。

檢測結(jié)論計算公式為：滲錫系數(shù)= 待測玻璃樣的錫強度（KCPS）/參照玻璃樣的錫強度（KCPS）。

（8）錫分析

應每月進行一次錫液中的鐵、氧和硫的分析，在錫槽的三個不同位置（進口端、中部和出口端）采樣。錫液中的鐵目標含量對透明白玻璃為0.35‰。每天要有檢測N2露點并分析，露點應低于-60 ℃。氧含量應當小于0.001‰。

4.2 適當?shù)谋Ｗo氣體分配和流量

適當增加氮氣的流量，跟日常維護操作結(jié)合在一起，以便減少錫槽錫缺陷。每一平方米槽頂?shù)牡獨饬髁繎敳簧儆?.2 m3/h。最佳的流量應當為6.1 m3/h。要求至少75%的保護氣體流量是經(jīng)槽頂送入，而余下的25%保護氣體流量根據(jù)需要從觀察窗送入。假如槽頂?shù)乃惋L道已被適當?shù)胤指?，那么這個分配在控制上就提供了最大的靈活性。顯然，保護氣體的最佳分配是避免來自錫槽熱端的受污染的保護氣體移到錫槽下游。在錫槽下游，保護氣體中的污染物會凝聚在錫槽的低溫表面，導致缺陷。此外，保護氣體的分配也應當滿足使母排溫度保持低于316 ℃。露點和槽壓測定值應當用作錫槽調(diào)整和設定的參考。

4.3 錫槽中合適的氫氣百分比

氫氣應當只用來控制露點、缺陷、霜霧和灰渣量。在錫槽內(nèi)H2的比例應當為2%或更低一些，最好在1%左右。假如錫槽良好性密封，錫槽低溫區(qū)的氫氣比例應當不超過3%。錫槽中H2流量的研究建議是0.09 m3/（h·m2）。在閘板附近，氫氣流量應當是0.15 m3/（h·m2）或更少一些。

4.4 錫槽的排氣

最理想的排氣位置應當在熱端水包的上游，從邊封或邊封之上和槽頂之下的位置。排氣口的數(shù)量和大小由排氣量的多少決定。排氣量應當為保護氣體流量的15%～25%。

4.5 壓縮空氣的分隔

在氮氣或壓縮空氣用作互相備用的部位，如出口唇板冷卻，提升輥離合器以及應急母排冷卻等，其接口應確保實質(zhì)性的分隔，以防止空氣意外地進入到N2供應系統(tǒng)中。

5 保護氣體調(diào)整實施

5.1 同拉引量情況下，本浮法線與集團其它子公司浮法線錫槽保護氣體等數(shù)據(jù)對比分析

（1）保護氣體量對比（錫槽主體結(jié)構(gòu)長度劃分為23節(jié)，稱“貝”或簡稱“B”）見表1。

表1 保護氣體量對比 Nm 3/h

（2）錫槽結(jié)構(gòu)尺寸分布對比見表2。

表2 錫槽結(jié)構(gòu)尺寸分布對比

（3）錫槽各區(qū)域保護氣體氣量分布對比見表3。

表3 錫槽各區(qū)域保護氣體流量分布對比

5.2 保護氣體調(diào)整方案

調(diào)整總方向：經(jīng)錫槽保護氣體等數(shù)據(jù)對比，保護氣體主要調(diào)整思路為微調(diào)整高溫區(qū)，升中溫區(qū)，降低溫區(qū)。

（1）保護氣體（N2）調(diào)整目標（總氮氣流量：1530 Nm3/h→1700 Nm3/h）見表4。

表4 保護氣體（N 2）調(diào)整目標 Nm 3/h

（2）保護氣體（N2）調(diào)整步驟：（降和升至少分3～5次完成）

①調(diào)整速率：5 Nm3/貝；

②調(diào)整周期（7天），一個周期穩(wěn)定一天；

③如果調(diào)整沒有影響，調(diào)整速度可以適當加快。

（3）保護氣體（H2）調(diào)整目標：（總氫氣量：90 Nm3/h→96 Nm3/h）

調(diào)整速率：總氫氣2 Nm3/次，與氮氣調(diào)整同步進行。

5.3 預備方案調(diào)整

總保護氣體量控制在2100 m3左右，如果以上保護氣體調(diào)整對錫缺陷沒有明顯變化，增加保護氣體總量400 Nm3/h，在吹掃錫槽時增加。

高溫區(qū)：100 Nm3/h；中溫區(qū)：200 Nm3/h；低溫區(qū)：100 Nm3/h。

5.4 保護氣體調(diào)整期間注意事項

①在調(diào)整初期，要分多次完成，避免掉落物；

②多關注掉落物變化情況；

③多關注三角區(qū)變化；

④出口溫度要逐步走高，2 ℃左右；

⑤成形高溫區(qū)溫度升高，改擴板時注意參數(shù)調(diào)整；

⑥槽底泡會增多，注意高溫區(qū)溫度，必要時調(diào)整高溫區(qū)水包；

⑦多關注槽頂溫度變化，加測槽底溫度；

⑧注意工作部壓力、錫槽壓力等；

⑨保護氣體調(diào)整期間，做好相關數(shù)據(jù)記錄（含在線監(jiān)測數(shù)據(jù)），其含氧量越低越好。

6 保護氣體調(diào)整后錫缺陷占比及檢測滲錫系數(shù)數(shù)據(jù)對比

自保護氣體調(diào)整后，經(jīng)過穩(wěn)定運行兩個月，該線錫缺陷占比明顯下降，錫缺陷總占比由調(diào)整前的50%左右下降到了10%左右。其中錫石占比5%，錫灰掉落物占比2%，錫點及沾錫1%，表面錫印跡占比2%，產(chǎn)成品率顯著提升。

其次，經(jīng)過對錫槽保護氣體調(diào)整，滲錫系數(shù)也有明顯的改善，見表5。

表5 3.2 mm玻璃調(diào)整后滲錫系數(shù)變化

從表5中數(shù)據(jù)看出，3.2 mm玻璃滲錫系數(shù)最高由1.63下降到0.89，玻璃板橫向位置同比滲錫系數(shù)均呈明顯下降的趨勢。

7 結(jié)語

通過分析、摸索、總結(jié)，此次保護氣體調(diào)整后，錫槽工況得到明顯改善，該浮法線梳理出一套完整的工藝控制方案和操作流程。玻璃板下滲錫變化，直接關系到錫液的純凈度，滲錫系數(shù)降低，大大減少了錫槽污染，對錫槽產(chǎn)生的錫缺陷：如錫印、錫點、錫斑及沾錫等起到關鍵性治理作用。另外，還可以減少錫耗及吹掃錫槽的頻率，調(diào)整后錫槽吹掃9～12月/次，產(chǎn)品質(zhì)量完全能夠滿足高端產(chǎn)業(yè)玻璃客戶需求。

錫槽工況維持是一項細致的工作，需要相關技術人員持續(xù)跟蹤、檢測，出現(xiàn)問題及時調(diào)整。由于錫槽工況時刻受到保護氣體的沖擊，因此，在日常控制中，要建立起合理的保護氣體管理程序，定期對保護氣體進行監(jiān)測和分析，以便快速察覺保護氣體純度變化、錫槽氧濃度變化、錫液純度變化等，以便快速的找出問題并及時加以解決。