退火窑操作指导理论.doc

退火窑操作指导理论一、 关于热处理的备忘录1 应力和退火玻璃退火区的温度范围大约在540-470之间。当玻璃中每个点的温度与环境温度相同时，玻璃内存在的应力是在退火区内产生的。因此玻璃中的这些应力是永久存在的，所以，我们叫它永久应力。470以下，退火窑用于对玻璃板进行降温，在降温过程中，我们必须尽量保持横向温度良好的均匀性，来避免玻璃板破裂。冷却过程发生的一切都是暂时的，也就是说当玻璃板冷却到室温的时候，在冷却过程中产生的应力不会在玻璃板中残留。因此把在冷却过程中产生的应力叫暂时应力。虽然当玻璃板温度和环境温度一致时，暂时应力会消失，但我们也必须注意暂时应力，因为暂时应力太大也会导致玻璃板破碎。尤其是在生产厚玻璃时。永久应力不能太大，不然在切割或者再切割的时候就会出现许多问题。注意，暂时应力也不能太大，否则玻璃就会炸裂破碎，在线切割也会出现问题。当玻璃的厚度方向和宽度方向还没达到一个相等的温度，即环境温度时，暂时应力和永久应力两者同时存在，即使永久应力有一个比较好的值（在切割1小时后测量冷却的玻璃的结果），如果暂时应力太大，我们仍会遇到在线切割问题。退火理论表明永久应力（保持在玻璃内）等于在退火中松弛掉的应力总量，但符号相反。这意味着在退火中，松弛10毫微米/厘米的压应力，则玻璃在达到外界温度时，就有10毫微米/厘米的张应力。那么：（1）在退火中应力松弛越少，在温度等于环境温度时，存在玻璃中的应力就越少，也就是说退火越好。但退火好的玻璃易碎，因为里面没有应力使得玻璃板保持一整块，当出现薄弱区域如结石、夹杂物或锡时，玻璃就会炸裂。所以在退火区后面的冷却区必须小心操作。（2）反过来说，退火不好的玻璃很结实，在冷却区温度梯度变化很大也没关系。但由于应力太大，切割会很困难。2、玻璃的特性玻璃高于470，玻璃是塑性材料，如图11。如果高于470，窄条“a”比窄条“b”热，那么，窄条“a”就比窄条“b”长，这是因为窄条“b”不能防止窄条“a”的膨胀（玻璃处于可塑状态）。在温度稳定期间（低于470），窄条“a”试图比窄条“b”收缩的大，这是因为它们的收缩与长度成正比。当玻璃低于470时，变化类似的弹性材料，而且窄条“a”和窄条“b”实际上是连接在一起的，所以窄条“b”阻止窄条“a”的收缩。这样，窄条“b”受的是压应力，窄条“a”受的是张应力。简要地说：玻璃板在高于470时1） 较热的窄条到常温后受张应力（永久的）。2） 较冷的窄条到常温后受压应力（永久的）。低于470，玻璃是一种“弹性材料”，如图12。如果温度低于470，窄条“a”比“b”热，则“a”将会比“b”长，两窄条实际上是连在一起的，“b”将阻止“a”的膨胀。这样，“b”受的是张应力，“a”受的是压应力。简要地说：玻璃板在低于470时1） 较热的窄条受的是暂时压应力。2） 较冷的窄条受的是暂时张应力。相同原因下，结果颠倒，就是主要取决于温度区域。由于玻璃炸裂常常发生在冷却区（退火窑和切割之间）。有时很难判断应在退火区还是冷却区调整。3、应力测定在线（用仪器测）这显示玻璃带横向应力曲线偏振光通过玻璃，在玻璃带上进行测定，玻璃带宽度上应力的标准曲线，如图13。全部的压应力总是等于全部的张应力。这意味着如果在边部有大的压应力，那么在玻璃中间就有大的张应力。做热态和冷态的应力曲线测定，这些应力曲线就会显示退火过程中问题出现在那里。举例：在板中间张应力太大的话，则玻璃就不好切割。在板中间，切割的不平齐，你可以观察到许多的小裂口，称之为“糖状物”。见图14。 样品（用仪器Babiet测）这种测定为你显示玻璃厚度方向中的应力曲线。应力曲线如图15所示。太高的板中张应力T（随厚度而定）会给切割带来许多问题，会出现“糖状物”。要始终记住：如果样品中间的张应力太高，也就意味着样品的外表面压应力也很大。那么，玻璃可能不按切痕分开。 注意：玻璃的切割会释放这块玻璃的内部应力，如图16。当在玻璃表面划一刀时，那就释放表面压应力，应力曲线就会从曲线1变化到曲线2。如果玻璃强度不是太大时，那就会沿着切痕裂开；如果在板外表面还存在很大的压应力，那么玻璃就不会沿切痕裂开。二、玻璃的生产1、 主要破损主要有两方面的破损、纵炸边部受到张应力边紧边部很难或者根本不可能从辊道上抬起，这时候说明玻璃板边部受到张应力。当然这种试验对于厚玻璃是无效的，因为板很重，所以即使玻璃应力很正常，要把边部从辊道上抬起也是很困难的。当这个张应力大于玻璃抗张强度时，玻璃就会破裂，这叫做纵炸。如图17。例如，裂缝从一个边部即从A点开始到板的中间，这种破裂会损失很多的玻璃。比如说会损失50米的玻璃。为什么会产生这种破裂呢？不论什么原因，如果边部试图收缩的比中间要短些，那么板中间就会阻碍边部的收缩，为此边部就处于张应力。同时边部也阻碍中间的膨胀，中间处于压应力。玻璃中的理想横向应力变为图18所示： 因为玻璃的抗压强度是其抗张强度的十倍，所以玻璃总是在张应力下先破裂，一旦玻璃存在薄弱区域（结石、夹杂物等），就会发生纵炸，见图19。 在图19a中可以看到在A点开始炸裂，发展到玻璃带的中心，这是图18a的结果。在图19b中可以看到在靠近张应力的边部，A点开始炸裂，一直伸到退火窑内。随着裂纹上升，因为边部温度低，边部就会收缩，所以玻璃带的两部分就会各自分开。为什么边部比中间短（边部处于张应力）呢？是由于中间和边部存在温差。怎样确定产生温差的位置？：1） 在退火区，也就是在高于470低于540的范围内，边部温度太高，就会导致纵裂问题。（永久应力）2） 在冷却区，边部温度太低，也同样会导致纵裂问题（暂时应力）因此如上所述，我们可以看到玻璃在退火窑有两种完全不同的性能。通常冷的物体都尽力收缩，当玻璃低于470情况下是这样的，这个可以解释为什么温度低的边部较短；但是在高于470的情况下，较热的边部同样也使边部较短。如我们所知：纵裂通常在冷却区产生，但是我们很难知道，必须在退火区还是在冷却区进行调整。为此我们必须小心的检查各个区的情况，注意干扰因素，如气流、退火窑中玻璃带的摆动，电加热的位置等，有时会使边部变冷或变热。注意！每个区的情况受制于前一个区。如果玻璃在A区时，边部温度很高，即使在以后的区域内加强冷却，玻璃也许还会发生纵裂。因此为使玻璃沿退火窑方向进行均匀冷却，必须检查所有的设定值。知道退火出现的问题并解决，将使你获得操作经验。当出现纵炸时，我们要损失很多玻璃。纵向炸裂消除是很困难的（需要15分钟或更多时间），这意味着浪费了很多钱，而且我们还要打扫很多的碎玻璃。所以我们说纵炸是很不好的。当玻璃存在退火问题的时候，也会出现较好的一种炸裂情况，损失玻璃较少，这就是横炸。横炸边部受压应力边松当玻璃边容易从棍子上抬起时，则说明边部处于压应力状态。根据经验，很容易知道边部时紧还是松。当边部压应力太高时（有时我们可以看到边部呈现波浪型），玻璃将会产生横向炸裂。炸裂的情况见图110。图110a，第一种情况通常出现在玻璃中有薄弱的地方（由于夹杂物、结石、锡等），这种破裂是正常的，因为你只损失了少量的玻璃。这意味着退火窑制度已经调整好了，可以不必再调了。图110b，当玻璃带一边压应力过高时，就会出现第二种破裂情况。图110c，当玻璃带两边压应力过高时，就会产生最后一种破裂情况。通常情况下，横炸是由于波浪型边部引起的。在玻璃退火过程中，这些波浪型称为纵向弯曲，弯曲将一直处于边部，很松。然而，当玻璃张应力总量等于压应力总量时，如果玻璃中间的张应力高于玻璃的抗张强度时，即使没有夹杂物、结石，玻璃也会横炸。当然，对于厚玻璃，由于玻璃重，不会有变形产生，所以就不能看见纵向弯曲。要知道边部有多大压应力唯一方法是用应力仪进行检测。为什么炸裂？不管什么理由，如果边部试图比中间长，即边部膨胀，这样，中间就试图找到另一种方法膨胀。这就是波浪边的产生。如果波浪边是在退火区内或者在此后产生的，我们称这些波浪形为凹凸变形，如果波浪形边是在退火区之前产成的，我们称之为成型变形或波形弯曲。当边部（一边或两边）是处于压应力状态时，测出中间处于张应力状态，因为边部不允许中间收缩。理想的玻璃横向应力曲线就变成如图111。 图例中两边部的压应力太高了。也可能仅一边的压应力过高，见图112。这种温差在何处？两个完全相反的原因导致玻璃横向破裂，或者玻璃弯曲太严重（理解为小波纹太多了），切割时切割设备敲到了波浪边上。1） 在470以上，如果玻璃边部比中间温度低，玻璃边部就比中间长。2） 在470以下，如果玻璃边部比中间温度高，玻璃边部就比中间长。2、 炸裂的调整纵炸1） 在退火区（470540）内，如果边部温度比中间温度高的多，玻璃将出现纵向炸裂。2） 解决方法：在退火区减少玻璃边部电热量，或者在退火区内减少对玻璃板中间的冷却。在退火区以后，如果边部温度比中间低的多，将出现纵向炸裂。由于下述原因边部可能比中间较冷。 在470以下,边部冷却强度太大。 敞开区厂房的气流太大。我们指的是在RET区和F区之间或在F区内。 在A、B和C区，玻璃板边沿离电加热元件太远，即使在这些区不加冷却，在退火窑内玻璃边部温度仍然很低，以致玻璃进入冷却区时温度更低了。 有时厚玻璃的生产采用拉边机负角度生产，于是这个工艺生产方法，导致了边部比中间薄了很多，由于这个原因，边部比通常情况下要损失更多的热量，因而比较冷。解决方法： 要减少边部的冷却。 关闭厂房的门，在敞开风冷却区周围设置吊帘。在生产厚玻璃时这点尤为重要。 开外侧边部而不是内侧边部的电加热元件，或加强对中间冷却。 为了解决玻璃的边薄问题，在退火窑之前的过渡辊台处，玻璃边部设临时燃烧器（4寸火苗）。燃烧器火苗不能太靠近玻璃带里面，否则边部和中间的温差会变大。注：4寸为火苗的直径。如果很薄的光边在保温的退火窑出口处边部温度仍然很低，可以在退火窑出口和（或者）RET区之间设燃烧器。横炸横炸通常是边部成波浪形弯曲引起的，如果波浪形弯曲是在退火区之前产生的，称为波形弯曲，如果在退火区内或退火区以后产生的，称为凹凸变形。（一）波形弯曲1） 成形问题棍子形状锡槽出口玻璃带温度过高，玻璃硬度不够，在A区受棍子形状影响，玻璃带波形的间距，见图114。整个玻璃板成波浪形 辊道标高在A区一道辊子和其他的不在同一标高上。2） 应力问题波形弯曲由永久应力产生锡槽在锡槽里面，由于边部的锡液温度太低（和中间锡液温度比较）导致边部太冷。见图115。这是一个永久应力问题，因为这些波形永不会消失。解决方法：在锡槽设置一对直线马达，设置的位置应当根据经验和锡槽本身来决定。一般来说，直线马达设置在接近锡槽出口，然后呢，直线马达就会混合温度不一样的锡液，使得在玻璃板的横向方向上，锡液的温度是一样的。然而，即使在边部和中间的玻璃板温度是一样的情况下，你可能会发现还是有波形弯曲。这个时候，可能是在玻璃板的下表面存在温差，因为我们没有办法读出这里的温度。退火窑速度很高时，玻璃带边部和中间的温差就会较大。在一段时间内，增加锡槽出口边部的电加热。这样会使得热锡液混合冷锡液，锡液的流动就会稳定。如果在退火窑的缝隙（位于过渡辊台处）有太强的空气流。这样玻璃板边部的温度仍然很低。解决方法：密封好锡槽出口和退火窑入口的缝隙。在边部安装边火枪。A区边部比中间较冷的原因：蝶阀被中止在打开的位置上；中间热量过多；退火窑内有空气流；等。解决方法：检查冷却阀。在玻璃板横向方向上进行加热或冷却玻璃带（通过退火窑控制）。（二）凹凸变形凹凸变形看起来和波形弯曲一样，但是来源于玻璃的热应力。是由于在退火窑中不恰当的冷却造成的。永久应力退火区边部过冷，在边部就产生很大的压应力（凹凸变形）。解决方法：减少边部冷却，增加中间的冷却（如果在玻璃带两边都有这个问题，那么两边都有有凹凸变形）。暂时应力冷却区边部温度过高，在边部产生很大的压应力（凹凸变形）。解决方法：减少对边部的加热，如果需要的话可以冷却这些区。增加中心部热量（如果是中心对称的凹凸变形）。波形弯曲和凹凸变形的鉴别如果玻璃板存在波形弯曲和凹凸变形，根据下述方法来发现问题的根源。1 取一块大玻璃板，长等于宽的二倍。2 把玻璃板放在水平台上让其冷却。3 当玻璃在温度冷却到周围的温度时，从玻璃的边部切6寸宽的玻璃，见图116。当你切割玻璃时，就会使玻璃的应力释放。4 如果玻璃中（指6寸）仍然存在波形变形，问题可能是：在锡槽内边冷（冷的锡液）。退火窑缝隙处有空气流。A区边冷（在540以上）。5 如果波浪形变形不存在6寸的玻璃中，这是应力问题造成的。因为凹凸变形随着切割消失。为此在退火窑控制室检查设定值，在退火范围内（470-540）是否太低，进行调整，以改变边部不会太冷。3、玻璃切割有两种方法来确认切割质量：用应力仪测表面应力曲线。用BABINET测量玻璃中心的张应力（断面应力）。表面应力1） 综述：为了使玻璃有好的切割质量，首要的是把玻璃带的应力控制和维持到一定的范围内。表面应力曲线图是玻璃带横向应力的图示。当玻璃带通过退火区逐步冷却（540-470）时，玻璃应力曲线的控制是通过控制玻璃带横向温度分布的方法来达到的。要使玻璃带某部分产生张应力或提高张应力的值，可采用加热的方法。可要想产生压应力，则可用冷却的办法。（这实际上是温度的相对变化。）见图117。为获得我们想要的应力，加热和冷却的程度应该和要求的应力变化的量尽量成正比。加热和冷却应该借助于电加热元件和风机风冷系统来完成。实际上相应的退火区内改变控制温度可以达到上述目的。2） 由于应力曲线图中带线条的区域可导致的典型切割问题，用SENARMONT应力仪沿玻璃带宽度方向测定应力曲线，得到的观察色见图118。 横掰面在玻璃板的中间不是很整齐，见图119，横掰面在中间的小碎屑像糖状物。为什么会出现这种小碎屑？因为在玻璃带中间有很大的张应力（例如我们发现黄颜色而不是粉红色）。解决方法：在A区（预退火区），降低玻璃中间上、下表面的温度。如果效果不明显，在B1区（退火区）做同样的调整。横掰在边部附近不整齐小裂口，见图120。为什么会出现这些小裂口？因为在玻璃带边部压应力太大。解决方法：在A区（预退火区），提高去边不好的位置的板上、下表面的温度。如果效果不明显，在B1区（退火区）做同样的调整。在靠近边部处玻璃横掰不走刀印，见图121。为什么会出现这种情况？因为边部有压应力。解决办法：在A区（预退火区），提高去边不好的位置的板上、下表面的温度。如果效果不明显，在B1区（退火区）做同样的调整。 在掰断辊上产生“”字形破裂，（横炸）见图122。 为什么会出现这种情况？因为在玻璃带边部压应力太大。解决方法：在A区（预退火区），提高去边不好的位置的板上、下表面的温度。如果效果不明显，在B1区（退火区）做同样的调整。横掰纵裂，见图123。为什么会出现这种情况？因为在玻璃带边部有太大的张应力（或边部没有足够的压应力）。见图124a、124b的表面应力曲线。解决方法：在A区（预退火区），降低玻璃光边位置上、下表面的温度。如果效果不明显，在B1区（退火区）做同样的调整。注意：上面出现的问题是假设他是退火问题。事实上，当玻璃带到达横切桥时，在玻璃内部存在永久应力（来自退火区）和暂时应力（来自冷却区）。这样子问题可能来自于暂时应力，知道了在退火区和冷却区的温度影响是相反的，在冷却区解决问题就会做了。断面应力1）综述玻璃中的断面应力用（BABINET应力仪测量5”2”的玻璃样品）就是玻璃板厚度断面的应力值。这是通过退火区（540-470）的冷却速度加以控制的。应力高于指标值时，应减小冷却速度。低的断面应力有助于获得一个好的切割质量。应力的目标值可以通过下面的表来看：注意：表1中所列的应力值是很小的，当然了，根据实际需要我们可以进行调整。1 Nm/cm = 0.378 kg/cm = 0.378 x 10-2 kg/mm. TABLE 1 Ribbon thickness mm inches Maximum toughening stress used by CNUD. kg/mm Nm/cm 1.6 1.8 2.4 3 4 5 6 9.5 12.7 19 1/16 1/14 3/32 1/8 1/6 1/5 1/4 3/8 1/2 3/4 16 42 22 58 正如我们所说过的，玻璃中的断面应力的测量，给出了一个近似的抛物线曲线。见图125。样品从玻璃板的中部或边部采集，是通过厚薄断面的玻璃中心的张应力的最大值。此值叫T，如果该值高于目标值，那么就很难切割，有时甚至是不可能的。T值越高，表面压应力值越高（因为玻璃样品处于平衡时，张应力等于压应力）。见图FIG28图28告诉我们：玻璃板的表面总是处于压应力，中心总是张应力。这是因为玻璃板的表面温度总是低于中心温度。当中心部分也达到外界温度时，玻璃收缩而使得外表面产生压应力，表面压应力通过反作用使中部产生张应力。上表面的压应力的值总是大于下表面的。这是因为上表面要比下表面冷的快。2）由于断面应力导致的常见切割问题热态切割如果玻璃温度和环境温度二者之间存在较大温差（比如说大于50），那么这种切割叫热态切割。较大的温差将有助于切割，但对未来的玻璃板用户却带来了问题（再切割期间）。在开始讨论以前，我们需看看“正常切割”期间所发生的问题。见图126。在玻璃板上表面的进行切割，释放了表面压应力，但出现了新的压应力平衡曲线2，当玻璃横切刀印到达掰断辊面上时，掰断辊往上抬起，见图127。 在玻璃上表面引入张应力（因为我们在上表面的纤维条施加压力），此张应力补偿了遗留下来的压应力，当刀印周围的应力变为零时，玻璃沿着阻力较小的方向即沿切痕掰断。了解了这一点，我们现在就可以知道为什么热态切割可能是一个问题。当玻璃带外表面还热的时候，我们可以说：最后的表面压应力还没有产生，因而有时切割玻璃还是可行的。但是当玻璃板完全冷却后，表面压应力增加到非常高，以致不可能在玻璃板上切割（这就是当用户试图在切割玻璃时所出现的问题）。因此，在玻璃板上切割可以向任何方向裂开。有时，只有通过保持碎玻璃还在刀印的地方，才能观察到这样高的表面应力。见图128。这是一个破片，存在于玻璃中的裂纹x，因为表面压应力太高，以致玻璃仍是整片。为什么室温的玻璃板里有那么高的表面应力？这是由于退火区的冷却速度太高所致。解决方法：在退火区里（B1、B2）调整玻璃带的纵向冷却速度。玻璃带上没有切痕为什么？切割刀具没有足够的压力，或者敞开冷却区的冷却速度太高而造成玻璃表面压应力太高。解决方法：增加切割刀具的压力；减少敞开区的冷却速度。玻璃退火太好中心张应力的值T是低的，而表面压应力同样也是低的。一旦切割完成，所有的表面压应力就会释放，那么玻璃就会在没有外力的情况下顺着切痕而自己断开。当然这一点将在自动切割必须和第一次切割垂直完成的情况下出现问题。解决方法：增加中心张应力T，为增加这个张应力，要在退火区内增加冷却速度。决不要忘记：引入玻璃里的应力分为：永久应力和暂时应力，比如在80时暂时应力仍很重要。举例：硅酸盐玻璃在0300之间的线膨胀系数是87.10-7m/m/。那么一个10米长的窄条，在环境温度30，敞开区出口的玻璃板温度为80，他们的温差是50时，膨胀量为4.35m/m。应该说这也是一个不小的量。边部切割1）总述玻璃带的边部必须进行切割。原因是清除拉边机的牙印；使得玻璃板有一定的宽度；由于浮法工艺导致边部有许多杂质，也需要进行清楚。见图129生产过程中玻璃流动情况。浮法工艺是这样一种情况设想的：即把杂质（夹杂物、耐火材料的微结石等）从玻璃带中间消除掉。事实上，玻璃侵融窑底后，把耐火材料结石这些夹杂物带入流槽内，这些质量差的玻璃就分布在玻璃边部。2）边部切割问题由于下述原因边部切割有时是困难的。玻璃应力太大，切割不沿刀印走。玻璃中没