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浮法玻璃退火工艺 安全实业有限公司 胡文浮法玻璃退火工艺 3 4 5 6 退火基本原理 退火实践操作与分析 退火应力分析 退火窑的分类与结构 退火温度的设计依据 1 2 3 4 5 退火窑的长度与生产能力有关 一 了解几个概念 1 什么是玻璃的退火为了减少或消除玻璃制品在成型或热加工后 由于冷却过程内外温差而残留的永久应力 在玻璃的一定温度范围内 相当于1013 1014泊温度 进行热处理的过程称退火 2 退火的目的 运用降温手段和合理的降温速度 在一定允许的范围内 减少玻璃残余应力 稳定玻璃内部结构和光学不均匀性 一 了解几个概念 3 应变点Ts 470 此温度下玻璃为弹性体 质子不能移动 由温差引起的弹性变形或应力 会伴随温差的消失而消除 只会产生暂时应力 4 转变点Tg 514 此温度下玻璃为半塑性体 质子会移动 由温差引起的应力 会因为质子移动的关系而松弛一部分 松弛的越多玻璃最后产生的永久应力越大 是很重要的温度 5 退火上限 玻璃在此温度保持3min 应力消除95 的温度范围 540 570 6 退火下限 玻璃在此温度保持3min 应力消除5 的温度范围 450 480 永久应力与上下限温度范围内的降温速度有太大的关系 一 了解几个概念 弹塑性体 弹性体 亚刚性 刚性 玻璃在冷却过程中 黏度呈指数剧增 温度由516 05 降至常温 t 486 05 物理特性却呈现出连续 渐变的规律 整个退火的过程是 应力与应变成正比 关系的刚体 位移终止 应力松弛现象消失 不可逆转的永久应力被固定 如与此后的暂时应力在矢量重合部位互相叠加 当单种应力或叠加应力超过玻璃的抗拉强度时 玻璃会炸裂 退火基本原理 1 自由流动的熔体 完全弹性体 高黏滞塑性体 过渡为完全弹塑性体 弹性体初态 弹塑性体 缓慢 均热 退火前 成型 成型前 重要 2 退火应力分析 应力分类 暂时应力 随温度梯度的存在而存在 随温度梯度消失而消失的热应力 永久应力 当高温玻璃经过退火后冷却至常温并达到温度均衡后 仍存在于玻璃中的热应力 也称为残余应力或内应力 永久应力产生原因分析 玻璃是热的不良导体 在冷却过程中 相邻的地方不可能是同一个降温速度 这就注定在过程中会存在温差 这个温差 决定了谁先进行到刚性体的先后顺序 最终反映出有的地方分子停止位移 有的地方还可以位移 这种位移差将 导致在同一块玻璃上的应力松弛的不同 从而产生永久应力 永久应力大小和产生是分子位移的结果 板芯永久应力 表面永久压应力产生了 边松也是这个道理 表示张应力 表示压应力 10 3 7 7 7 10 3 7 450 450 400 400 550 550 550 550 10 10 10 10 30 30 30 30 30 80 80 30 应力合 10 7 3 数字只示意应力大小 边部变长 平面永久应力 左 右 左中 右中 550 550 550 550 550 550 550 550 不会有应力 分子移动相同 分子都不移动 应力永久存在 30 30 400 400 3 3 450 以上产生永久应力 以下不会 板边长于板中部 应力合 10 7 3 应力松弛的量 无论何应力都不能超过极限 包括两者应力的叠加 30 450 450 3 3 30 永久应力与什么有关 1 与厚度有关2 与退火区纵向冷却速度有关3 与退火区横向冷却速度有关4 与退火区上下冷却速度有关 1 对切裁的断面质量影响很大2 对玻璃的深加工影响很大 永久应力描述 在玻璃退火的整个冷却过程中 玻璃体的弹性体转化过程是有内外差别的 外层冷却速率高与内层 会提前收缩 密度增加 转化为弹性体 这种收缩对中心层分子形成向内的压力 使中心层受压应力 外层受中心层的抵制受张应力 当中心层随温度降低转化为弹性体时 质点的网络结构收缩就会受表面层提前固化的固态性质的强烈抑制 使热能不能释放 而转化成质点间离子键能 使中心层网络结构松驰 密度降低 质点间存在拉应力 则构成中心层受拉应力 表面层受压应力 这种力永久存在 30 80 80 30 450 450 450 450 30 30 30 30 10 10 450 以下所产生应力随温差消失而消失 板边短于板中部 10 10 0 无论何应力都不能超过极限 包括两者应力的叠加 暂时应力产生原因分析 10 10 10 10 板边 板中部 10 10 30 30 10 暂时应力的描述 在玻璃低于下限温度冷却时 外层收缩量暂时大于内层 此时因是完全的弹性体 玻璃的外层的收缩会受到内层的阻碍 而使外层受到向外的推力而产生了张应力 内层相反 应力的大小从张应力到压应力呈抛物线对称分布 在某一点时压应力和张应力大小相等 应力方向相反 相互抵消为零成为称中性层 玻璃在降到室温前 会产生新的相反的应力 此时新的应力逐渐增大 原来的应力逐渐减小 直到温差消失 两种相反的应力同时泯灭 退火温度的设计依据 3 玻璃退火的起始黏度以不使制品发生变形为准 这是由高温高效退火理论决定的 就浮法玻璃而言1010 82 11 600 595 玻璃的六个物理特性 两个阶段之退火阶段之三个状态 玻璃作结构调整 减小不可逆转的结构差所致的永久应力 符合制品的规定值 分别与弹塑性体 弹性体初态和亚刚体的三种物理特性相对应 退火四个状态特征 结构基团位移转为分子位移 黏度剧增使位移活度锐减 减小结构差的调整明显削弱 玻璃在弹性体初态阶段处于次佳退火状态 最佳退火状态 弹塑性体 温差所致的结构差是玻璃冷至弹塑性体时就开始产生 此时玻璃的黏度较低 结构基团位移活度大 在均匀的温度场作 顺向位移 结构调整容易进行 减小结构差的效果最好 对减小永久应贡献最大 次佳退火状态 弹性体初态 这时 1014 5 位移终止 结构调整停顿 广义的应力松弛现象消失 结构差引起的永久应力被固定 只有分子震动 是单纯的应力与应变成正比关系的刚体 温差只产生暂时应力 玻璃处于暂时应力活跃 并与永久应力相叠加的后续退火阶段 最次退火状态 亚刚体 分子位移活度几近衰竭 结构调整近乎停顿 减小结构差的功效甚微 后续退火状态 完全刚体 退火四个状态特征 这不是A B C的分区哦 四个状态的关系 2020 2 6 21 看一看 比一比哪个区重要 B区 A区 600 550 550 480 600 568 545 516 516 480 568 545 最佳退火状态100 次佳退火状态79 5 次佳退火状态20 5 最次最佳退火状态100 后续退火状态51 退火阶段 温降84 温降50 占59 6 温降34 占40 4 看来A区要重要些 退火窑设计理念 以A区 600 550 为 重心 集中了最佳和次佳退火状态 B区 550 480 减负7 14 也得益颇多 C区 480 390 减负10 意义重大 挖掘换热效率高的Ret区之潜力 以改善其余各区的工况 从 六个物理特性阶段 两个退火阶段和四种退火状态 得到了浮法玻璃退火窑设计的技术路线 要点有左边四条 二 退火的温度制度 退火允许冷却速度的计算 冷却速度 光程差取30 常数 厚度的一半 退火残余应力的计算 残余应力 Kg m2 板厚mm 常数 B区冷却速度 min 相同拉引量不同厚度应力允许值 使用值 板芯应力值 算一下吧 二 退火的温度制度 退火窑的分类与结构 4 目前 浮法玻璃退火窑均为全钢全电退火窑 就其结构而言 它包括辊道和壳体两部分 世界上在制造该种退火窑上较著名的公司有两家 一家是起步最早的比利时CUND公司 另一家为法国STEIN公司 两家产品各有特点 CUND公司以冷风工艺为基础 而STEIN公司则以热风工艺为基础 其他部分基本上趋于一致 二 退火的温度制度 CUND退火窑的划分 F区 C区 F区 F区 A区 Ret区 600 550 550 480 480 390 390 230 230 90 加热均热带 重要冷却带 缓慢冷却带 快速冷却带 急速冷却带 退火冷却速度按6mm计算一般选18 52 min 1 5 1冷却速度 5 1冷却速度 2 5 1冷却速度 3 1冷却速度 3 1冷却速度 1 75 1冷却速度 各区长度就可以算出了 B区 CUND退火窑的结构 电加热 下部辐射管 上部辐射管 热电偶 进风口 传动辊道 出风口 风机 A区的结构 CUND退火窑的结构 电加热 下部双辐射管 上部双辐射管 热电偶 出风口 传动辊道 进风口 风机 B C区的结构 CUND退火窑的结构 热风出口 退火辊道 上部混合风 下部混合风 Ret区的结构 退火实践操作与分析 5 较为理想的玻璃带应力分布是 两边部有一定的压应力 中间为较小的张应力 也就是说我们在退火区两侧的温度要控制的比中部稍低一些 这样既可以减少纵炸的危险 又把应力控制在了允许的范围之内 退火常见的现象 1 边紧边部张应力大 从侧面看 板的中部有稍微起鼓的现象 在横掰时易出现板中部纵炸现象 中部的断面会有模糊的毛擦 厚板掰边易劈边 2 边松边部压应力大 退火敞开部有拍辊现象 横掰时边处裂纹不走直线 多缺角现象多 张应力 张应力 压应力 压应力 退火常见的现象 4 向下弯曲板下永久压应力 板上 边部有些向下紧绷的现象 底面与底面对板时中部有明显的缝隙 3 向上弯曲板下永久压应力 板上 边部有些上翘的现象 底面与底面对板时边部有明显的缝隙 张应力 压应力 板下 板上 板下 板上 降温梯度是退火的关键 均热最关键 减少永久应力 进口温度要稳定 不要板摆横向要稍有梯度 降温要慢 减少散热量 避免过大暂时应力 不要在此处炸板就可 尽力而为减小压力 过高 F区压力会大过低 没有必要 小的松紧在此调整 看板的整体平整度 F Ret C B A 温度的对称性至关重要 在实际生产运行中 玻璃带在退火窑内往往出现跑偏 甚至是摆动 或两侧保温强度有差别 这时即使我们通过调温手段把两边温度调成一样 它的实际降温速度也是不一样的 就会失去对工况的准确判断与控制 过程中所形成的热应力就会失去平衡 如果强行调整 就会形成单边过大的暂时应力 或两侧的应力截然相反使板发生扭曲 这对退火是相当不利的 就像板上板下降温速度不同而引起的板弯曲一样 旋转90 看看 是不是与板弯的应力有类似 玻璃的退火控制 对于不同的品种来说主要的控制区别 就是纵向降温梯度不同而已 如假设玻璃在进口端 横向温度是均匀的 那么要想保证纵向降温的一致性 就应该是 各个区域的阀体开度是一样的 现实生产中这种情况是不可能的 不管怎样努力 玻璃的边部温度都是低于中部的 而退火窑的散热也符合这一理论 因而我们在玻璃进退火窑时就进行了努力的校正 通常的做法是将阀体程倒V字形排列 这一排列理论上应该延续到F区 如果不一致 就说明在纵向降温上各点的降温速度不一致 显然是不合理的 前后阀体控制的一致