浮法玻璃工艺流程(作为玻璃行业的大佬你必须要知道的)

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浮法玻璃工艺流程

浮法玻璃

美国材料与试验协会定义玻璃是一种高温熔融的无机物急速冷却形成的坚硬透明物质。从一般意义上来说，玻璃内部结构类似于液体的坚硬透明固体，它属于非晶体，没有固定的熔点和有序的内部晶体结构。根据欧洲标准DIN EN 572-1，我们把浮法玻璃定义为：通过连续地在金属槽上熔铸和漂浮而生产出来的，平坦、透明、无色（或着色的）碱石灰硅酸盐玻璃，它具有表面平行且光滑的性质。

    浮法玻璃的生产流程

玻璃的根据用途、成型方法不同有不同的分类，但几乎所有的玻璃都有如下近似的生产流程，分别是：

成分设计→原料加工→配合料制备→配合料熔融→成型→退火窖退火→缺陷检查→次制品、深加工（或成品）检验→二次制品。

玻璃的成型有各种不同的方法，浮法成型是目前最为先进的生产玻璃的方法。它具有产量高、质量好、品种多、规模大、容易操作、经济效益好等优点。

浮法玻璃工艺示意如下图1所示：根据设计的玻璃成分，选择玻璃生产所需的原料，根据设计的料方，称量各种原料经混合后制备成配合料。然后将合格的配合料送入玻璃熔窖，在1500~1600度温度范围内，经过融化、澄清、均化和冷却等过程，获得均匀的玻璃液。玻璃液经过流道、流槽进入充满氮氢保护气体的锡槽，锡槽中盛有熔融态的金属锡，由于玻璃的密度比锡液密度小，玻璃液浮在锡液表面如同油浮在水上，完成玻璃液的自然摊平、展薄、抛光、冷却后，玻璃带经过渡辊台托起离开锡槽进入退火炉中退火冷却。退火后的玻璃带引到工作台进行切割、包装即可作为产品出厂。

浮法玻璃工艺示意图

原料填装

浮法玻璃生产第一步是进行原料填装。生产浮法玻璃的原料通常分为主要原料和辅助原料。主要原料包括：石英砂、黏土质矿岩，钙质矿岩；纯碱、芒硝；石灰石、方解石；白云石等。石英砂是浮法玻璃配料中用量最多，约占配合料总量的60%~70%左右；

辅助原料包括以下几种：澄清剂：在玻璃溶制过程中用于分解产生气体，或用于降低玻璃黏度促使玻璃液中气泡排除的原料；主要有氧化砷等。其它辅助原料包括着色剂、脱色剂（主要是减弱铁氧化物对玻璃着色的影响）、氧化还原剂、乳浊剂等。

若选择的原料是块状的，进厂后必须经过破碎、粉碎、筛分，然后称量、混合制成配合料。

玻璃熔制

配合料被送入玻璃熔窖，经高温加热形成均匀、无缺陷并符合成型要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制过程。熔制过程可分成五个阶段：

1、硅酸盐的形成。硅酸盐的生成反应在很大程度上是在固体状态下进行的。配合料各组分在加热过程中发生了一系列物理化学反应，当主要反应结束时，大部分气态物质溢出，配合料变成了由硅酸盐和二氧化硅组成的烧结物。对普通硅酸盐玻璃而言，这一阶段在800~900⁰C完成。

2、玻璃的形成。烧结物继续加热时，在硅酸盐形成阶段生成的硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁、以及反应后剩余的二氧化硅开始熔融。他们之间相互溶解和扩散，到这一阶段结束时烧结物变成了透明体，再无未反应的配合料颗粒。这一阶段在1200⁰C~1250⁰C范围内完成。但玻璃中还有大量气泡和条纹，因而玻璃本身的化学组成是不均匀的。玻璃的性质也是不均匀的。

3、玻璃液的澄清。玻璃液的澄清过程是玻璃溶制过程中极其重要的一个环节。它与制品的产量和质量有着密切的关系。对通常的钠钙硅玻璃而言，此阶段的温度为1400⁰C－1500⁰C。在硅酸盐与玻璃形成阶段，由于配合料的分解、部分组成的挥发、氧化物的氧化还原反应、玻璃液与炉气及耐火材料的相互作用等原因析出了大量气体。其中大部分气体将溢散于空间，剩余气体的大部分将溶解于玻璃液中，少部分以气泡形式存在于玻璃液中，也有部分气体与玻璃液中某种组分形成化合物，就是这些因素决定了玻璃需要澄清过程。玻璃的澄清度决定于澄清过程的操作温度，在高温澄清过程中，溶解在玻璃液内的气体、气泡中的气体及炉气这三者之间存在相互转化和平衡。温度越高，溶解在玻璃液中的气体越少，气体除通过物理溶解存在于玻璃液中，还通过化学作用存在于玻璃液某些组分中形成化合物，如氧气二氧化硅水蒸汽等。这些作用在1400⁰C到1500⁰C范围内较小，所以玻璃液的澄清过程在这一温度范围内进行。另外，也可以通过加入澄清剂来达到同样的目的。

4、玻璃液的均化。在玻璃形成阶段结束后，对玻璃液中仍带有与主体化学成分不同的不均体，消除这种不均体的过程称为玻璃液的均化。在普通钠钙硅玻璃而言，此阶段温度可低于澄清温度，不同玻璃制品对化学均匀性的要求程度也不同。当玻璃液中存在化学不均体时，主体玻璃与不均体的性质也有所不同。这会对玻璃制品产生不利影响。例如热膨胀系数不同，则在两者界面上产生结构应力，这往往是玻璃制品发生炸裂的重要原因。玻璃液的均化过程在加热的情况下通过三种方式进行：不均体的溶解与扩散、玻璃液的对流、因气泡上升而引起的搅拌作用。

5、玻璃液的冷却。为了达到成型所需黏度就必须降温。这就是玻璃溶制过程中冷却的目的。对一般的钠钙硅玻璃而言，通常要降到1000⁰C左右，再进行成型。在降温冷却阶段有两个因素会影响玻璃的产量和质量：即玻璃的热均匀度和是否产生二次气泡。在玻璃液冷却过程中，不同位置的冷却强度并不相同，因而相应的玻璃温度也会不同，也就是整个玻璃间存在热不均匀性，这种热不均匀性超过某一程度就会对生产带来不利的影响。热不均匀性的产生主要与降温速度和玻璃组分有关。

成型

熔窖中的配合料经熔化、澄清、冷却成为1150⁰C到1100⁰C左右的玻璃液，玻璃液通过熔窖与锡槽相连接的流槽，流入锡槽，玻璃液在自身重力、表面张力以及拉引力的作用下，玻璃液摊开成为玻璃带，在锡槽中完成抛光与拉薄。

锡槽由三部分组成，进口端、主体、和出口端。进口端主要由流道、流槽、等组成，玻璃液的温度在1050⁰C ~1150⁰C。主体部分即锡槽的主体结构，主体部分内完成玻璃液的摊平、展薄、抛光、冷却等成型操作，要求满足密封性和温度、压力等工艺参数可调性的要求，还要满足锡液对流和气体对流的要求。出口端又称为过渡辊台。其作用是靠转动作用牵引玻璃带前进，并且每根棍子可以上下调节，保证即不使玻璃带出锡槽时带出锡液，又不使玻璃带在出锡槽时被划伤表面。出口端玻璃温度在620⁰C左右。在锡槽末端的玻璃带已冷却，即将硬化的玻璃带被引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窖。

玻璃退火

浮法玻璃的退火是在退火窖内完成的，玻璃的退火主要是通过控制温度的均匀缓慢降低，消除或减少玻璃带在成型时由于温度不均匀降低产生的热应力，并将玻璃带温度由600⁰C左右降低到70⁰C以下，满足玻璃带的切裁需要。

为了消除玻璃中的永久应力，必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度T附近某一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度。使应力松弛。这个选定的保温均热温度称为玻璃的退火温度。玻璃在退火温度下，由于年度很大还不会发生可测得的变形。玻璃的最高退火温度指在此温度下经过3分钟能消除95%的应力，此温度也称为退火上限温度；最低退火温度指在此温度下经过3分钟只能消除5%的应力。此温度也称为退火下限温度。最高与最低退火温度之间为退火温度范围。大部分平板玻璃为550⁰C到570⁰C之间。实际上，一般采用的退火温度都比最高退火温度低20⁰C -30⁰C，低于最高退火温度50⁰C到150⁰C为最低退火温度。玻璃的退火温度与其化学组成有关，凡能降低玻璃黏度的组成也能降低退火温度。如碱金属氧化物氧化钠，氧化钾等，而二氧化硅、三氧化二铝，氧化钙等都能增加玻璃的黏度。所以随它们含量的增加，退火温度都升高。

玻璃的退火形式与制品的种类、形状、大小允许的应力值，退火炉内温度分布等因素有关。根据退火原理，退火工艺可分为四个阶段。加热阶段、均热阶段、慢冷阶段、快冷阶段。从退火曲线可以知道这四个阶段中温度随时间变化的要求和规律。退火窖一般划分为7区段，即A、B、C、D、R、E、F区，其中最主要的有A、B、C、R、F五个区。在5个重要区段中，A区称为加热均热预退火区，其作用是将玻璃带从600⁰C降低到玻璃的最高退火温度550⁰C。B区称为重要冷却区，其作用是以一定冷却速度进行均匀冷却，从而使玻璃带内的永久应力控制在允许的范围内，该区的温度范围为550⁰C ~475⁰C。C区称为冷却区或后退火区，其作用是使从B区出来的低于退火温度下限的玻璃带以较快的冷却速度进行冷却，其温度范围是475⁰C ~380⁰C。D区即过渡区，介于C区R区之间，起连接作用，长度仅为3m 左右，为一简单封闭结构。R区称为循环热风直接对流冷却区，是利用窖内的热空气与室温空气混合的一定温度的热空气直接喷吹到玻璃带上，通过这种强制对流使玻璃带快速冷却，其温度范围在380⁰C ~230⁰C。E区为自然冷却区，该区玻璃带直接暴露在空气中，利用自然对流使玻璃带得到冷却。F区为室温空气直接对流冷却区，其温度范围在230⁰C ~70⁰C。

玻璃的切割、堆剁、运输

玻璃的切割是利用玻璃的脆性和残余应力，在切割点加一刻痕，造成应力集中，使之易于折断。

摘自《浮法玻璃简介》