TFT-LCD玻璃窑炉液流分析

熔制是玻璃制造的核心流程，玻璃熔体流动非常复杂，且对产品的品质和产量有着直接影响，因此研究玻璃液的运动特性对优化窑炉的工艺参数、提高熔化效率、保证生产稳定等参数对液晶玻璃制造有着重要意义。从窑炉内玻璃液流的形成原因来分类，分为自然对流和强制对流两种；从玻璃液的流动方向来分类，分为纵向对流和横向对流两种。（1）自然对流也称为热对流，是由于窑炉各部位玻璃液的温度差异导致的密度差，从而使玻璃液内部产生静压差，引起玻璃液流动；强制对流也称为生产流，是从投料口处不断投配合料产生的推力和熔化好的玻璃液不断进入成形产生的拉力共同作用下，使窑炉内的玻璃液沿一定方向产生的流动。（2）纵向对流是指玻璃液在窑炉纵向从热点到投料口、热点到成形（铂金通道）存在的温度差以及连续投料和出料共同作用下形成的两大对流。横向对流是在窑炉宽度方向上的温度不同造成的密度差引起的玻璃液流动。TFT-LCD玻璃对品质要求非常严苛，玻璃中不能有任何微米级的划伤或缺陷。在TFT-LCD玻璃熔制过程中，窑炉的任务是将配合料熔化，玻璃液后续的澄清、均化、冷却阶段主要由铂金通道完成。铂金通道对气泡、结石、条纹等缺陷有着决定性影响，但窑炉的熔制是否稳定直接关系到铂金通道熔制效果的好坏，而玻璃液流是否平衡、稳定又直接关系到窑炉熔制效果的好坏，TFT-LCD玻璃窑炉液流亦分纵向液流与横向液流。见图1、图2。图1TFT-LCD玻璃窑炉纵向液流分布图2TFT-LCD玻璃窑炉横向液流分布如图1所示，窑炉液流是一个整体的系统，各个液流会相互影响，液流①与液流②合流后相互影响，液流①的一部分会参与到液流②中，液流②亦会分出一部分会参与到液流①中；此外，液流②在铂金通道入口处会分出一部分（液流f）流入铂金通道进行后续精炼熔制，另一部分（液流e）继续加入液流②进行熔制，从而达到了投料与出料的物料平衡。如图2所示，火焰在燃烧过程中，其外焰温度是最高的。在火焰的热辐射下，火焰端部下方附近的玻璃液温度较高，在密度差作用下，底部玻璃液不断受热上浮，形成上升的自然流（液流h、液流i）。电极周围的电流密度较大，周围的玻璃液获得电能多，升温速度快，在密度差作用下底部玻璃液不断受热上浮，形成上升的自然流（液流n、液流o）。火焰、电极各自提供能量加热引起的自然流在玻璃液表层相对运动、挤压，同时底部玻璃液受上升的自然流牵引，形成了下沉的玻璃液流（液流j、液流k、液流m、液流l）。上浮与下沉的液流共同作用，形成了两种不同成因的液流循环（液流③、液流④）；而这两个液流循环由于火焰、电极对称加热的原因，在窑炉中线两侧各有一个循环液流。玻璃液流在TFT-LCD玻璃生产中的意义：（1）可以保证玻璃在硅酸盐和玻璃的形成、玻璃液的澄清和均化等熔制阶段，能够在正确的时间、正确的区域内进行；（2）保证提供给铂金通道的玻璃液品质是稳定、合格的，避免熔化不良的玻璃液流入而影响玻璃品质；（3）通过玻璃液对流，加速存在温度差的玻璃熔体进行热交换，提高窑炉的熔化效率，降低能耗，改善熔化好的玻璃液在温度上的均一性；（4）通过玻璃液对流，加速存在成分差异的玻璃熔体进行相互扩散，提高熔化质量，改善熔化好的玻璃液在成分上的均一性；（5）玻璃液流运动过程中产生的惯性，可以增强窑炉运行工况在短时间内对外部不良因素的抵抗能力，保证生产稳定；（6）在一定程度上减少玻璃液对窑炉的侵蚀，延长窑炉使用寿命。液流平衡是窑炉内外诸多因素共同作用下形成的一个动态平衡，是各个工艺参数调整、优化的最终体现，任何因素的变化都可能打破原有平衡状态，造成液流紊乱，影响玻璃品质。玻璃液流平衡的控制：自然对流是玻璃液流的主要驱动力，而温度差是引起自然对流的根本原因；各种因素对玻璃液流造成影响，主要是通过玻璃液温度变化来体现的。因此，控制玻璃液流平衡的关键在于窑炉温度的稳定，尤其是池底温度的稳定。在实际生产中，如何通过玻璃生产中的“四大稳”和“四小稳”保持窑炉温度的稳定来达到玻璃液流平衡，需要注意的是，TFT-LCD玻璃对气泡、条纹等缺陷的管控非常严格，稳定生产优质的TFT-LCD玻璃必须在“四大稳”和“四小稳”的基础上把精细管理做到极致，从原材料入厂检测到配合料的配置完成、从配合料投入炉前料仓到入炉、从窑炉的控制手法到铂金通道流量控制等各个环节以及各环节间的衔接方式都需要不断细化，每个环节都要精益求精。此外，需要引起重视的还有：环境管控。TFT-LCD玻璃窑炉通常都比较小，对外界环境变化的抵抗力较差，其中最突出的两点就是窑压和窑炉散热条件。（1）窑压。窑压是“四小稳”之一，它的波动会导致窑内工况的一系列变化，其中就包括玻璃液流变化。而窑压是窑内气体压力与生产车间大气压之差，所以要通过尽可能地保证生产车间大气压的稳定来减少影响窑压的因素。（2）窑炉散热条件。外界环境变化对任何窑炉都会造成影响，对TFT-LCD玻璃窑炉而言，其液流较其他大、中型窑炉的液流小得多，更易被影响。另一方面，因玻璃液流而产生的熔化质量变化对其他玻璃品质的影响可能是微乎其微的，但对品质要求极其严格的TFT-