锡槽中级培训大纲

绪 论在浮法工艺诞生以前，优质玻璃是通过对原片玻璃进行机械磨光的方法得到的。其工序复杂，能耗大，成品率和产量都很低。浮法玻璃以其优良的表面质量成功的取代了磨光玻璃。同时浮法玻璃具有高温快速成型的特点，玻璃析晶倾向小，可以将产量提高到熔窑的熔化能力所允许的最大限度。目前浮法生产的玻璃占平板玻璃总量的绝大部分，其它生产方法如引上法、平拉法、压延法生产的玻璃只占很小的一部分。浮法工艺最初是由英国皮尔金顿（Pilkington）兄弟公司发明的。皮尔金顿兄弟公司从1940年就开始在实验室作探索性研究，1952年开始中间试验，1953年制出浮法玻璃样品，1957年5月开始工业性生产，直到1959年才正式宣布浮法成功并获得专利权。期间的14个月生产了约10万吨废玻璃。我国的浮法玻璃研究自1959年皮尔金顿兄弟公司公布浮法专利以来就已经开始。由于当时的国际环境，我们无法从英国直接引进技术，只能立足于自主研究、开发。在国内几大玻璃研究院和设计院的参与下，于1970年在湖南株洲玻璃厂建立了中间试验线进行中试。1971年6月将洛阳玻璃厂的压延生产线进行改造，当年10月即建成我国第一条浮法生产线并成功拉制出浮法玻璃。因此中国的浮法玻璃技术就被命名为洛阳浮法技术。除英国皮尔金顿浮法和中国洛阳浮法以外，还有美国PPG公司拥有独立的浮法技术，一共是三家。浮法技术自发明以后，迅速取得了玻璃生产方法的支配地位。皮尔金顿兄弟公司的第一条浮法生产线的生产能力约为150 t/d，在70年代就发展到生产能力超过700t/d，板宽最大超过5m，厚度0.5525mm。我国当年第一条浮法生产线锡槽仅25.5米长，产量不到100 t/d，使用的保护气体为还原性的半燃烧煤气。经过最近几十年的发展，尤其是上个世纪九十年代以来的高速发展阶段，目前国内的浮法生产线已超过100条，使用的保护气体均为氮气加氢气，最大的浮法生产线（如我公司浮法五线）拉引量超过700t/d，宽度超过4.5m。国内目前可稳定生产的玻璃厚度也达到119mm。我公司即将投产的浮法八线拉引量将达到900 t/d，板宽将达5m。第一篇浮法基本理论知识第一章 浮法玻璃成型原理浮法玻璃的成型是让熔融的玻璃液漂浮在与其不浸润、也不发生化学反应的金属溶液表面，依托自然水平的金属溶液上表面，在足够高的温度下，在玻璃液自身表面张力和重力的作用下自然摊平、抛光，形成光洁如镜的玻璃表面。浮法玻璃的成型是在锡槽中进行的。熔融玻璃液（温度约为10501100）时流入锡槽，在锡液面上完成摊平、抛光、成型、冷却硬化的过程后，形成固态的玻璃带（温度约为600）离开锡槽，完成整个浮法成型过程。一、金属的选择之所以称为锡槽，是因为在密闭容器里面盛有一池锡液作为玻璃成型的承托介质而得来的。1、作为承托介质，必须具有以下几个条件：1）在锡槽适用温度范围（1100600）内密度大于玻璃液密度（一般取浮法玻璃的密度为2.5×103 kg/m3）。2）熔点低于锡槽最低温度, 一般要求小于600。3）沸点高，蒸汽压小。沸点越高，蒸汽压越小，金属溶液就不容易蒸发，产生消耗。同时在低温部位冷凝的可能性也减少。4）与玻璃液完全不浸润。5）与玻璃液不发生化学反应。6）使用时没有毒副作用。7）容易得到，价格不能太高。在众多的金属和合金里，只有锡最适合作为浮法玻璃成型的承托介质。所以浮法生产线上就有了锡槽这座热工设备。2、锡的物理性质锡属多晶形，有三种变体：正方晶格变体，在低于13.2时稳定；四方晶格变体，在13.2161范围内存在；六方晶格变体，在161232范围内存在。变体到变体的转变，称为“锡疫”，变体是松散的灰色粉末。所以锡锭的短期存放温度，我国规定是12以上。锡在1100的密度为6.368 ×103kg/m3，在550的密度为6.746×103kg /m3，熔点为232，沸点达到2623。在1027时的蒸汽压仅为1.9×10-4 mmHg，几乎不蒸发。液态锡与玻璃体完全不浸润，也不发生化学反应。锡及其化合物均无毒，且容易得到。3、锡的化学性质锡在常温下氧化形成致密的SnO2薄膜，能阻止锡进一步氧化。在锡槽中常见锡的化合物有氧化锡、氧化亚锡、硫化锡、硫化亚锡。锡的氧化物和硫化物可以被C、CO和H2还原。但是锡在高温下极易与空气中的氧气反应，生成氧化锡或氧化亚锡，所以锡槽内必须保持还原性气氛，通常采用N2+H2作为锡槽的保护气体。 二、玻璃的摊平、抛光玻璃液离开流槽，自由悬落在锡液面上，进行横向伸展并向前漂移。玻璃液表面不平整，从断面上看，近似一条正弦曲线，如下图所示。 数学式表示为： Y=A·sin(2x/) 其中A为振幅，为波长。在1000时，当玻璃液运动波长2.4cm时，重力起主要作用。一般把玻璃液克服机械动能，使振动波长降至2.3869cm的过程，称为摊平。所以玻璃液流入锡槽的流速过大，或悬落高度过大都是不合适的。当玻璃液运动波长<2.4cm时，表面张力起主要作用，玻璃液表面得到抛光。抛光是指玻璃液在高温状态时，受表面张力的作用，使玻璃液具有光洁平整的表面。1、浮法玻璃自身抛光的条件1) 适当的高温和均匀的温度场。2)玻璃液与锡液互不浸润，不发生化学反应。3)有足够的抛光时间。2、抛光的温度范围 自身抛光的粘度范围为102.7 Pa·S103.2Pa·S, 对应某一浮法玻璃成分的抛光温度为1065996。3、玻璃的表面张力和自由厚度 表面张力是玻璃自身抛光的根本原因。玻璃与锡液互不侵润，也不起化学反应，而且密度比锡液轻，因此玻璃液在锡液面上漂浮时，平衡厚度符合下式： He2=2t·(sg+sgt-st)/g·g·(t-g)式中：t ¾锡液的密度 g ¾玻璃液的密度 sg ¾玻璃液的表面张力 sgt ¾玻璃液与锡液的界面张力 st ¾锡液的表面张力 g ¾重力加速度 由上式可知，平衡厚度主要取决于两个因素：一是重力，力图使玻璃液层厚度减薄，从而使其位能最低；另一个是表面张力，它力图使玻璃液层收缩增厚，使玻璃液具有最小的表面积。当这两种相反的力相等时即达到平衡。 根据上式计算，在10000C10500C时钠钙硅玻璃在锡液面上有限铺展达到平衡时的厚度为7mm左右。4、抛光时间由于玻璃液的重力和表面张力共同作用，在玻璃液运动波长=2.4cm时，玻璃液达到动平衡状态。此时的速度：v=s/，其中：为玻璃液粘度，s为玻璃液表面张力所以，浮法玻璃的抛光时间： =/ v=·/s一般地，浮法玻璃自身抛光时间约72秒。如果流入锡槽的玻璃液温度过低，粘度过大，则玻璃液的抛光时间大大延长，将达不到抛光要求。5、玻璃的拉薄 充分摊平抛光的玻璃液冷却到一定粘度后，进入拉薄区域。一般普通钠钙硅玻璃最佳展薄粘度为104.3 Pa·S105.3 Pa·S，我们把相对应的温度区域称为拉薄区。拉边机拉薄原理：拉边机机头以正角度压入玻璃带一定深度，施加给玻璃带一个向外的作用力，其方向与机头转动的切线方向相同。该作用力可以分解为两个力：一个横向向外的力使玻璃带拉薄；一个纵向向后的力使玻璃带向后移动。拉边器的作用力与退火窑主传动的拉引力共同作用使玻璃带得到要求的宽度和厚度。6、玻璃的堆厚玻璃堆厚作业与拉薄作业是在两个不同的粘度范围内进行的，一般认为堆厚作业的最佳粘度范围是103.5 Pa·S104.3 Pa·S。拉边机堆厚原理：拉边机机头以负角度压入玻璃带一定深度，施加给玻璃带一个向内的作用力，其方向与机头转动的切线方向相同。该作用力可以分解为两个力：一个横向向内的力使玻璃带堆厚；一个纵向向后的力使玻璃带向后移动。 拉边机法一般可以生产15mm的厚玻璃，拉边机前加短挡墙可以生产19mm的厚玻璃，石墨挡墙法生产的厚玻璃厚度更大，据报道国外已达32mm。三、锡槽内氧和硫的问题在锡槽作业温度下，纯锡与玻璃的相互作用很小，其可冷凝的蒸汽量也是可以忽视的。但是，只要锡中含10ppm的氧和硫，情况就不一样了。硫化亚锡和氧化亚锡将挥发进入锡槽上空的气氛中。然后，由于这些组分的冷凝和还原作用，可能在玻璃带上表面造成锡的斑点。虽然这种斑点的直径仅约0.1mm，但加上斑点周围的光学变形区域，以浮法玻璃的质量标准来衡量这种光畸变点已经是缺陷了。下表列出含氧、含硫锡溶液的挥发率杂质（按重量计）蒸汽中的主要成分1027时的饱和蒸汽中的含锡量(mg/m3)无杂质锡03氧（10ppm）氧化亚锡3硫（10ppm）硫化亚锡100可以看出，锡液中两种杂质的含量大致相同时，硫的存在更容易产生光畸变点。当锡中的含氧量或含硫量增加时，玻璃带吸收的亚锡离子（Sn2+）增加。以后在600以上温度进行热处理时，亚锡离子会从空气中吸收氧生成氧化锡，同时体积发生变化，在玻璃表面引起蓝色微皱纹，称为“霜花”，也就是我们常说的“钢化彩虹”。要生产满足深加工需要的玻璃，也必须强调尽可能减少锡槽内氧和硫的污染。 锡槽中存在的另一个麻烦问题是锡中的含氧量很容易达到形成氧化锡的饱和值。如下表所示：温度（）1000800600氧在锡中的溶解率（ppm）630955.4如果锡中的含氧量超过5ppm，在温度降低时，锡液中将有氧化锡固体析出。形成的氧化锡渣屑将对玻璃带的下表面造成机械擦伤。在实际生产中，打开锡槽出口的操作门，我们总是可以看见或多或少的锡灰存在就是这个原因。这也就迫使我们必须强调保护气体的质量和锡槽的密封，否则大量的氧化锡灰的存在会给生产带来很大困难。锡槽中的氧和硫来源有这样几种途径:保护气体带入、外界空气渗入和玻璃液本身带入。也就是说，玻璃液本身就是一个污染源，所以要完全消除锡槽中的杂质是不可能的，只能尽可能减少杂质的数量，使其影响保持在一个很低水平，不对生产造成损害。目前在对付锡槽内氧污染和硫污染的问题，已经基本上得到解决。首先，就是要连续不断的往锡槽里通入还原性保护气体，不让氧气留在锡槽的气氛里。保护气体质量首先要得到严格控制。同时保护气体中的氢气可以在氧与锡液反应之前先将氧气除掉。其次要加强锡槽的密封，杜绝外界空气进入锡槽。有人曾经形象地比喻说锡槽生产的诀窍就是“密封、密封、再密封”，这是非常有道理的。对于玻璃液本身带来的气氛污染可以通过以下方法来控制：1）减少玻璃成分中的含硫量。2）设计锡槽顶盖时尽量减少可能产生冷凝的表面。3）在硫化锡蒸汽冷凝之前从锡槽内将其除去。第二章 锡槽结构锡槽一般包括进口端结构，锡槽本体结构，出口端结构三部分。一、进口端结构流液道玻璃液约在10500C 11000C离开熔窑流入锡槽的通道，称为流液道，也称作锡槽的进口端结构。流液道是连接熔窑和锡槽的通道，对于选取优质的玻璃液供锡槽使用起着关键的作用。目前有两种流液道型式。一种是窄流槽型式，皮尔金顿浮法与中国洛阳浮法均采用这一型式。另一种是宽流槽型式，美国PPG浮法采用此种流槽，在国内目前没有生产线采用这种型式。我们主要介绍一下窄流槽结构。流液道包括钢结构和砖结构两部分。钢结构由两件或三件上开口的钢壳组成，支撑流液道砖结构。流液道砖结构通常呈喇叭形，入口宽而出口窄。一般将流液道分为两部分，靠近熔窑的一段称为