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浮法玻璃退火工藝 安全實業(yè)有限公司 胡文浮法玻璃退火工藝 3 4 5 6 退火基本原理 退火實踐操作與分析 退火應(yīng)力分析 退火窯的分類與結(jié)構(gòu) 退火溫度的設(shè)計依據(jù) 1 2 3 4 5 退火窯的長度與生產(chǎn)能力有關(guān) 一 了解幾個概念 1 什么是玻璃的退火為了減少或消除玻璃制品在成型或熱加工后 由于冷卻過程內(nèi)外溫差而殘留的永久應(yīng)力 在玻璃的一定溫度范圍內(nèi) 相當(dāng)于1013 1014泊溫度 進行熱處理的過程稱退火 2 退火的目的 運用降溫手段和合理的降溫速度 在一定允許的范圍內(nèi) 減少玻璃殘余應(yīng)力 穩(wěn)定玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)和光學(xué)不均勻性 一 了解幾個概念 3 應(yīng)變點Ts 470 此溫度下玻璃為彈性體 質(zhì)子不能移動 由溫差引起的彈性變形或應(yīng)力 會伴隨溫差的消失而消除 只會產(chǎn)生暫時應(yīng)力 4 轉(zhuǎn)變點Tg 514 此溫度下玻璃為半塑性體 質(zhì)子會移動 由溫差引起的應(yīng)力 會因為質(zhì)子移動的關(guān)系而松弛一部分 松弛的越多玻璃最后產(chǎn)生的永久應(yīng)力越大 是很重要的溫度 5 退火上限 玻璃在此溫度保持3min 應(yīng)力消除95 的溫度范圍 540 570 6 退火下限 玻璃在此溫度保持3min 應(yīng)力消除5 的溫度范圍 450 480 永久應(yīng)力與上下限溫度范圍內(nèi)的降溫速度有太大的關(guān)系 一 了解幾個概念 彈塑性體 彈性體 亞剛性 剛性 玻璃在冷卻過程中 黏度呈指數(shù)劇增 溫度由516 05 降至常溫 t 486 05 物理特性卻呈現(xiàn)出連續(xù) 漸變的規(guī)律 整個退火的過程是 應(yīng)力與應(yīng)變成正比 關(guān)系的剛體 位移終止 應(yīng)力松弛現(xiàn)象消失 不可逆轉(zhuǎn)的永久應(yīng)力被固定 如與此后的暫時應(yīng)力在矢量重合部位互相疊加 當(dāng)單種應(yīng)力或疊加應(yīng)力超過玻璃的抗拉強度時 玻璃會炸裂 退火基本原理 1 自由流動的熔體 完全彈性體 高黏滯塑性體 過渡為完全彈塑性體 彈性體初態(tài) 彈塑性體 緩慢 均熱 退火前 成型 成型前 重要 2 退火應(yīng)力分析 應(yīng)力分類 暫時應(yīng)力 隨溫度梯度的存在而存在 隨溫度梯度消失而消失的熱應(yīng)力 永久應(yīng)力 當(dāng)高溫玻璃經(jīng)過退火后冷卻至常溫并達到溫度均衡后 仍存在于玻璃中的熱應(yīng)力 也稱為殘余應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力 永久應(yīng)力產(chǎn)生原因分析 玻璃是熱的不良導(dǎo)體 在冷卻過程中 相鄰的地方不可能是同一個降溫速度 這就注定在過程中會存在溫差 這個溫差 決定了誰先進行到剛性體的先后順序 最終反映出有的地方分子停止位移 有的地方還可以位移 這種位移差將 導(dǎo)致在同一塊玻璃上的應(yīng)力松弛的不同 從而產(chǎn)生永久應(yīng)力 永久應(yīng)力大小和產(chǎn)生是分子位移的結(jié)果 板芯永久應(yīng)力 表面永久壓應(yīng)力產(chǎn)生了 邊松也是這個道理 表示張應(yīng)力 表示壓應(yīng)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 應(yīng)力合 10 7 3 數(shù)字只示意應(yīng)力大小 邊部變長 平面永久應(yīng)力 左 右 左中 右中 550 550 550 550 550 550 550 550 不會有應(yīng)力 分子移動相同 分子都不移動 應(yīng)力永久存在 30 30 400 400 3 3 450 以上產(chǎn)生永久應(yīng)力 以下不會 板邊長于板中部 應(yīng)力合 10 7 3 應(yīng)力松弛的量 無論何應(yīng)力都不能超過極限 包括兩者應(yīng)力的疊加 30 450 450 3 3 30 永久應(yīng)力與什么有關(guān) 1 與厚度有關(guān)2 與退火區(qū)縱向冷卻速度有關(guān)3 與退火區(qū)橫向冷卻速度有關(guān)4 與退火區(qū)上下冷卻速度有關(guān) 1 對切裁的斷面質(zhì)量影響很大2 對玻璃的深加工影響很大 永久應(yīng)力描述 在玻璃退火的整個冷卻過程中 玻璃體的彈性體轉(zhuǎn)化過程是有內(nèi)外差別的 外層冷卻速率高與內(nèi)層 會提前收縮 密度增加 轉(zhuǎn)化為彈性體 這種收縮對中心層分子形成向內(nèi)的壓力 使中心層受壓應(yīng)力 外層受中心層的抵制受張應(yīng)力 當(dāng)中心層隨溫度降低轉(zhuǎn)化為彈性體時 質(zhì)點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)收縮就會受表面層提前固化的固態(tài)性質(zhì)的強烈抑制 使熱能不能釋放 而轉(zhuǎn)化成質(zhì)點間離子鍵能 使中心層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松馳 密度降低 質(zhì)點間存在拉應(yīng)力 則構(gòu)成中心層受拉應(yīng)力 表面層受壓應(yīng)力 這種力永久存在 30 80 80 30 450 450 450 450 30 30 30 30 10 10 450 以下所產(chǎn)生應(yīng)力隨溫差消失而消失 板邊短于板中部 10 10 0 無論何應(yīng)力都不能超過極限 包括兩者應(yīng)力的疊加 暫時應(yīng)力產(chǎn)生原因分析 10 10 10 10 板邊 板中部 10 10 30 30 10 暫時應(yīng)力的描述 在玻璃低于下限溫度冷卻時 外層收縮量暫時大于內(nèi)層 此時因是完全的彈性體 玻璃的外層的收縮會受到內(nèi)層的阻礙 而使外層受到向外的推力而產(chǎn)生了張應(yīng)力 內(nèi)層相反 應(yīng)力的大小從張應(yīng)力到壓應(yīng)力呈拋物線對稱分布 在某一點時壓應(yīng)力和張應(yīng)力大小相等 應(yīng)力方向相反 相互抵消為零成為稱中性層 玻璃在降到室溫前 會產(chǎn)生新的相反的應(yīng)力 此時新的應(yīng)力逐漸增大 原來的應(yīng)力逐漸減小 直到溫差消失 兩種相反的應(yīng)力同時泯滅 退火溫度的設(shè)計依據(jù) 3 玻璃退火的起始黏度以不使制品發(fā)生變形為準(zhǔn) 這是由高溫高效退火理論決定的 就浮法玻璃而言1010 82 11 600 595 玻璃的六個物理特性 兩個階段之退火階段之三個狀態(tài) 玻璃作結(jié)構(gòu)調(diào)整 減小不可逆轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)差所致的永久應(yīng)力 符合制品的規(guī)定值 分別與彈塑性體 彈性體初態(tài)和亞剛體的三種物理特性相對應(yīng) 退火四個狀態(tài)特征 結(jié)構(gòu)基團位移轉(zhuǎn)為分子位移 黏度劇增使位移活度銳減 減小結(jié)構(gòu)差的調(diào)整明顯削弱 玻璃在彈性體初態(tài)階段處于次佳退火狀態(tài) 最佳退火狀態(tài) 彈塑性體 溫差所致的結(jié)構(gòu)差是玻璃冷至彈塑性體時就開始產(chǎn)生 此時玻璃的黏度較低 結(jié)構(gòu)基團位移活度大 在均勻的溫度場作 順向位移 結(jié)構(gòu)調(diào)整容易進行 減小結(jié)構(gòu)差的效果最好 對減小永久應(yīng)貢獻最大 次佳退火狀態(tài) 彈性體初態(tài) 這時 1014 5 位移終止 結(jié)構(gòu)調(diào)整停頓 廣義的應(yīng)力松弛現(xiàn)象消失 結(jié)構(gòu)差引起的永久應(yīng)力被固定 只有分子震動 是單純的應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的剛體 溫差只產(chǎn)生暫時應(yīng)力 玻璃處于暫時應(yīng)力活躍 并與永久應(yīng)力相疊加的后續(xù)退火階段 最次退火狀態(tài) 亞剛體 分子位移活度幾近衰竭 結(jié)構(gòu)調(diào)整近乎停頓 減小結(jié)構(gòu)差的功效甚微 后續(xù)退火狀態(tài) 完全剛體 退火四個狀態(tài)特征 這不是A B C的分區(qū)哦 四個狀態(tài)的關(guān)系 看一看 比一比哪個區(qū)重要 B區(qū) A區(qū) 600 550 550 480 600 568 545 516 516 480 568 545 最佳退火狀態(tài)100 次佳退火狀態(tài)79 5 次佳退火狀態(tài)20 5 最次最佳退火狀態(tài)100 后續(xù)退火狀態(tài)51 退火階段 溫降84 溫降50 占59 6 溫降34 占40 4 看來A區(qū)要重要些 退火窯設(shè)計理念 以A區(qū) 600 550 為 重心 集中了最佳和次佳退火狀態(tài) B區(qū) 550 480 減負7 14 也得益頗多 C區(qū) 480 390 減負10 意義重大 挖掘換熱效率高的Ret區(qū)之潛力 以改善其余各區(qū)的工況 從 六個物理特性階段 兩個退火階段和四種退火狀態(tài) 得到了浮法玻璃退火窯設(shè)計的技術(shù)路線 要點有左邊四條 二 退火的溫度制度 退火允許冷卻速度的計算 冷卻速度 光程差取30 常數(shù) 厚度的一半 退火殘余應(yīng)力的計算 殘余應(yīng)力 Kg m2 板厚mm 常數(shù) B區(qū)冷卻速度 min 相同拉引量不同厚度應(yīng)力允許值 使用值 板芯應(yīng)力值 算一下吧 二 退火的溫度制度 退火窯的分類與結(jié)構(gòu) 4 目前 浮法玻璃退火窯均為全鋼全電退火窯 就其結(jié)構(gòu)而言 它包括輥道和殼體兩部分 世界上在制造該種退火窯上較著名的公司有兩家 一家是起步最早的比利時CUND公司 另一家為法國STEIN公司 兩家產(chǎn)品各有特點 CUND公司以冷風(fēng)工藝為基礎(chǔ) 而STEIN公司則以熱風(fēng)工藝為基礎(chǔ) 其他部分基本上趨于一致 二 退火的溫度制度 CUND退火窯的劃分 F區(qū) C區(qū) F區(qū) F區(qū) A區(qū) Ret區(qū) 600 550 550 480 480 390 390 230 230 90 加熱均熱帶 重要冷卻帶 緩慢冷卻帶 快速冷卻帶 急速冷卻帶 退火冷卻速度按6mm計算一般選18 52 min 1 5 1冷卻速度 5 1冷卻速度 2 5 1冷卻速度 3 1冷卻速度 3 1冷卻速度 1 75 1冷卻速度 各區(qū)長度就可以算出了 B區(qū) CUND退火窯的結(jié)構(gòu) 電加熱 下部輻射管 上部輻射管 熱電偶 進風(fēng)口 傳動輥道 出風(fēng)口 風(fēng)機 A區(qū)的結(jié)構(gòu) CUND退火窯的結(jié)構(gòu) 電加熱 下部雙輻射管 上部雙輻射管 熱電偶 出風(fēng)口 傳動輥道 進風(fēng)口 風(fēng)機 B C區(qū)的結(jié)構(gòu) CUND退火窯的結(jié)構(gòu) 熱風(fēng)出口 退火輥道 上部混合風(fēng) 下部混合風(fēng) Ret區(qū)的結(jié)構(gòu) 退火實踐操作與分析 5 較為理想的玻璃帶應(yīng)力分布是 兩邊部有一定的壓應(yīng)力 中間為較小的張應(yīng)力 也就是說我們在退火區(qū)兩側(cè)的溫度要控制的比中部稍低一些 這樣既可以減少縱炸的危險 又把應(yīng)力控制在了允許的范圍之內(nèi) 退火常見的現(xiàn)象 1 邊緊邊部張應(yīng)力大 從側(cè)面看 板的中部有稍微起鼓的現(xiàn)象 在橫掰時易出現(xiàn)板中部縱炸現(xiàn)象 中部的斷面會有模糊的毛擦 厚板掰邊易劈邊 2 邊松邊部壓應(yīng)力大 退火敞開部有拍輥現(xiàn)象 橫掰時邊處裂紋不走直線 多缺角現(xiàn)象多 張應(yīng)力 張應(yīng)力 壓應(yīng)力 壓應(yīng)力 退火常見的現(xiàn)象 4 向下彎曲板下永久壓應(yīng)力 板上 邊部有些向下緊繃的現(xiàn)象 底面與底面對板時中部有明顯的縫隙 3 向上彎曲板下永久壓應(yīng)力 板上 邊部有些上翹的現(xiàn)象 底面與底面對板時邊部有明顯的縫隙 張應(yīng)力 壓應(yīng)力 板下 板上 板下 板上 降溫梯度是退火的關(guān)鍵 均熱最關(guān)鍵 減少永久應(yīng)力 進口溫度要穩(wěn)定 不要板擺橫向要稍有梯度 降溫要慢 減少散熱量 避免過大暫時應(yīng)力 不要在此處炸板就可 盡力而為減小壓力 過高 F區(qū)壓力會大過低 沒有必要 小的松緊在此調(diào)整 看板的整體平整度 F Ret C B A 溫度的對稱性至關(guān)重要 在實際生產(chǎn)運行中 玻璃帶在退火窯內(nèi)往往出現(xiàn)跑偏 甚至是擺動 或兩側(cè)保溫強度有差別 這時即使我們通過調(diào)溫手段把兩邊溫度調(diào)成一樣 它的實際降溫速度也是不一樣的 就會失去對工況的準(zhǔn)確判斷與控制 過程中所形成的熱應(yīng)力就會失去平衡 如果強行調(diào)整 就會形成單邊過大的暫時應(yīng)力 或兩側(cè)的應(yīng)力截然相反使板發(fā)生扭曲 這對退火是相當(dāng)不利的 就像板上板下降溫速度不同而引起的板彎曲一樣 旋轉(zhuǎn)90 看看 是不是與板彎的應(yīng)力有類似 玻璃的退火控制 對于不同的品種來說主要的控制區(qū)別 就是縱向降溫梯度不同而已 如假設(shè)玻璃在進口端 橫向溫度是均勻的 那么要想保證縱向降溫的一致性 就應(yīng)該是 各個區(qū)域的閥體開度是一樣的 現(xiàn)實生產(chǎn)中這種情況是不可能的 不管怎樣努力 玻璃的邊部溫度都是低于中部的 而退火窯的散熱也符合這一理論 因而我們在玻璃進退火窯時就進行了努力的校正 通常的做法是將閥體程倒V字形排列 這一排列理論上應(yīng)該延續(xù)到F區(qū) 如果不一致 就說明在縱向降溫上各點的降溫速度不一致 顯然是不合理的