热工设备玻璃部分-第六章退火窑.ppt

第六章 退 火 窑 l玻璃退火的目的是什么？  l玻璃热应力的的类型？  l玻璃退火有哪几个阶段？ 退火基本知识 l 浮法玻璃退火：是最大限度地减小玻璃热应力的过程 l 热应力的概念：玻璃内部因温度差而产生的应力称为 热应力 l 玻璃在成型过程中，由高温可塑状态的玻璃液变为室 温固态的玻璃制品，在这个过程中，由于玻璃本身是热的 不良导体，其内外层温度梯度不一样、硬化速度不一样， 将引起玻璃产生不均匀的内应力；这种内应力如果超过了 玻璃的极限强度， 就会导致玻璃破裂 l 为了最大限度地防止或均衡这种内应力而进行的热处 理，称为退火 l 退火基本知识 l退火的定义 l 退火是运用适当的温度制度，适当控 制温度降低速度，将玻璃带中产生的热应 力控制在允许的范围内，连续地把成型后 的玻璃原板降到室温，将残余应力减少到 最低限度，以增强玻璃的机械强度和热稳 定性 退火基本知识 退火的目的 l热应力 ： 玻璃本身是热的不良导体，导热性较差，其内 外层温度梯度、硬化速度不一样，将引起玻璃产 生不均匀的内应力， 这种内应力称为热应力  l热应力的危害： 会降低玻璃制品的强度和热稳定性，也会影响 玻璃的光学均一性。

 l如何消除热应力的危害？ 退火就是最大限度地防止或均衡这种热应力而 进行的热处理 与退火有关的几个粘度值 l 1、退火下限温度（最低退火温度，或应变点） l 退火上限温度和退火下限温度之间的温度称为退火温度 范围（退火区域） l 退火下限温度（最低退火温度，相当于应变温度 ） ： 在16h内才能全部消除或3min内仅消除5%应力的温度 ，此时的粘度为1016.5 Pa·s左右 l此温度下玻璃的特性？ l 在应变点Ts以下，玻璃完全为弹性体，质点不能移动， 但此时有弹性变形如在此温度以下存在温差，则由于 弹性变形而产生应力(暂时应力)，但温差消除，则弹性 恢复，即以弹性松弛的方式消除应力 l 暂时应力只存在于弹性变形温度范围内，也就是在玻 璃应变温度以下,存在温度梯度时才能产生，它的大小取 决于玻璃内的温度梯度和玻璃的膨胀系数 与退火有关的几个粘度值 l 2、退火上限温度（最高退火温度或称退火点，相当 于玻璃的转变温度）：能在15min内消除其全部应力或 3min 内消除95%内应力的温度，此时的粘度为1012.4 Pa·s左右通常用Tg表 示； l此时玻璃的特性？ l 在玻璃的转变点，玻璃中的应力能够迅速消除，这 是由于结构可以变化，因此，质点移动很快，可以从不 平衡位置移动到平衡位置，使结构之间质点作用力消失 或减弱。

这时，冷却速度要慢些，使质点有时间移动 到平衡位置，从而消除质点之间的作用力即应力如果 冷却速度过快，质点来不及移动，而使变形保留下来， 使不平衡位置保留下来， 于是造成质点之间结构的应 力，称为永久应力， l 退火的目的就是减弱这种永久应力 浮法玻璃的热应力 浮法玻璃的热应力 浮法玻璃的热应力 l一、端面应力  l 产生原因： 是由玻璃表面与板芯在冷却时所产生的 温度差所引起 l危害： 后续深加工的影响：不易切割，钢化炸炉 浮法玻璃的热应力 l 暂时应力虽然会随玻璃中温度梯度的消失而消失，但 对其数值也须加以控制如果暂时应力超过玻璃的抗张强 度极限，同样也会产生破裂 l 暂时应力只存在于弹性变形范围内，也就是在玻璃应 变温度以下存在温度梯度时才能产生，它的大小取决于玻 璃内温度梯度和玻璃的膨胀系数 l永久应力产生的温度区间 l 退火温度区域时(退火上限温度和退火下限温度之间)  l 永久应力的特点 l 表面为压应力，内部为张应力，这种应力为永久应力或 残余应力这种玻璃内的热应力当温度降低到室温时，也 不会消失 浮法玻璃的热应力 l 永久应力与玻璃结构 玻璃在退火上限温度和退火下限温度之间的每一 温度均有其相应的平衡结构 在冷却过程中，随着温度的降低，玻璃的结构 将连续地、逐渐变化。

l 在玻璃中存在温度梯度时，各温度所对应的结 构也不相同的，即出现了结构梯度当温度急冷 到应变点以下时，这种结构梯度也被保存了下来 浮法玻璃的热应力 l平面应力 l 产生原因 l 平面应力是由横向温度不均引起各种 应力仪测出的就是这种应力 l l对玻璃的影响 l此应力对玻璃带掰断、掰边影响很大 浮法玻璃的热应力 应力松弛理论 如果玻璃在较高的温度下（塑性状态）冷却，同样， 由于它的传热较差，表面温度低，内层温度高， 在内外 层间产生温度梯度 但在塑性状态下，玻璃内层质点可以作若干位移，内 应力由于这种位移而抵消，因而内应力并不产生，这个过 程称为应力松弛 由于应力松弛，此时虽有温差，但无应力 当外层已 冷却到硬化，处于弹性状态，而内层也逐渐由塑性状态向 弹性状态过渡，由于内层温度降低要发生收缩，但是已经 硬化的外层阻碍内层的收缩，再加上表层温降少、收缩少 ，内层降温多、收缩多，这样外层就受到压应力，内层 就受到张应力 这种玻璃内的热应力当温度逐渐降低， 直至室温时， 也不会消失， 称为永久应力或残余应力 永久应力产生的原因是应力松弛的结果 问题探讨 l•减少永久（残余）应力的分析  l 减小温度梯度最简单的方法是降低冷却速度，但 这会增加退火时间，须要加长退火窑，尤其是浮法 工艺的拉引速度本身就很大，所以这并不是好办法 。

 l原则： l 生产出残余应力尽可能小的玻璃，只有通过制定 最佳退火工艺制度才能达到目的  l 对形成残余应力影响大的温度范围，冷却速度要 慢，而影响小的温度范围可适当加快冷却速度 l 对于暂时应力，当退火结束后就自行消失，所以 原则上玻璃不会炸裂的前提下，应变点后的退火过 程中应尽量加快速度 问题探讨 l 玻璃中的残余应力的减少或消除， 只有将玻 璃重新加热开始塑性变形时才可能此塑性变形 时的温度范围，称为玻璃的退火温度范围 l 高于退火温度上限时，玻璃会软化变形， l 低于退火温度下限时，玻璃结构实际上已经固 定，内部质点已不能移动，也就无法分散或消除 应力，玻璃中的永久应力不再随温度的变化而变 化 l 玻璃从退火温度下限冷却到室温，必须控制一 定的冷却速度，冷却过快时，产生的暂时应力大 于玻璃本身的极限强度，玻璃也会炸裂 退火工艺 退火工艺 l退火工艺概述  l 形态转变角度----玻璃成型后从高温可塑状态 向室温弹性 （固态）状态转化的过程 l 控制应力过程----玻璃是不良导热体，由于温 度梯度的存在，使玻璃实体热收缩量产生偏差， 而产生内应力  l 玻璃内应力超过极限----玻璃破裂，影响切裁 及深加工。

退火工艺 退火工艺流程 退火原理分析 l 退火原理 l 只有使玻璃温度在塑性变形温度范围才能 将其内的热应力减少或消除，此塑性变形的温 度范围被称为：退火温度区域 l 玻璃在锡槽成型后离开锡槽的温度约为 600℃，玻璃板能被冷端操作者接受的温度约 为70℃左右，在这个温度区间，玻璃经历了从 塑性体到弹性体的变化过程 退火工艺 l 退火温度范围（退火区域） l 退火上限温度和退火下限温度之间的温度称为退火温度范 围（退火区域） 退火上限温度（最高退火温度或称退火点，相当于玻璃的 转变温度Tg）：能在15min内消除其全部应力或3min 内消除 95%内应力的温度，此时的粘度为1012.4 Pa·s左右 l 退火下限温度（最低退火温度，相当于应变温度 Ts）： 在16h内才能全部消除或3min内仅消除5%内应力的温度，此时 的粘度为1016.5 Pa·s左右 l 浮法玻璃在转变温度 Tg 至应变温度 Ts 范围内即在退火 温度范围内,玻璃中的质点仍能进行位移，可以产生应力松弛 ，消除玻璃中的热应力和结构状态的不均匀性 l 浮法玻璃退火温度的范围一般介于50～100℃具体的 与玻璃成分有关），浮法玻璃的退火上限温度约为 540～ 570℃，退火下限温度约为450～480℃。

退火工艺制度 l 高于退火温度上限时，玻璃会软化变形 l 低于退火温度下限时，玻璃结构实际上可认为已固定 ，内部质点已不能移动，也就无法分散或消除应力，玻璃 中的永久应力不再随加热和冷却而变化 l 玻璃制品从退火温度下限冷却到室温，必须控制一定 的冷却速度，冷却过快时，产生的暂时应力大于玻璃本身 的极限强度， 制品会炸裂 l 退火温度确定之后，还要确定退火的工艺制度，也就是 确定退火分区 l 玻璃退火分区是为玻璃在退火窑中，根据不同情况和要 求进行退火，以便分区加以控制，以达到提高玻璃退火质 量的目的 l 退火工艺制度 l 玻璃退火过程也是冷却过程，但要根据玻璃的不同厚 度及不同要求，控制其冷却速度，使经退火后的玻璃中的 残余内应力符合要求；同时，玻璃在退火中产生的暂时应 力不能过大，否则会引起玻璃在退火窑中炸裂 l 浮法玻璃退火的目的是使永久应力减弱并控制永久应 力在允许范围内 在退火过程中，温度梯度的大小是产 生内应力的主要原因冷却速度愈慢，温度梯度愈小，产 生的应力就愈小 l 因此，玻璃在退火窑中，按退火工艺分加热均热预冷 区(又称预退火区)、重要冷却区(又称退火区)、冷却区( 又称后退火区)和急速冷却区。

急速冷却区又分直接热风 和直接冷风冷却区现将以上5个区段的作用分述如下 退火工艺制度 l（1）加热均热预退火区(A区)（600～550℃） l 在正常生产情况下，玻璃带从锡槽拉引出来经过过渡 辊台，进入退火窑的温度一般为(590+10)℃，此温度高于 玻璃的最高退火温度，是可以不用再加热的 l 但由于玻璃带从锡槽出来通过过渡辊台时， 玻璃带的 上下表面和带中与带边往往存在着温度差，有时甚至还比 较大为使玻璃带进入退火区创造良好的温度场条件，提 高玻璃的退火质量，必须适当加热，尤其是边部 l 同时，使玻璃带通过此区，逐步预先均匀地冷却到玻 璃的最高退火温度对某一厚度的玻璃带，在此区可以用 比在退火区快 50％的速度进行冷却 l 根据统计数据，对于 6mm 玻璃，其冷却速度C=22～ 27℃／min 退火工艺制度 l（2）重要冷却区(B区)（550—475℃） l所谓重要冷却区是指玻璃在退火过程中最 关键的区域，因为玻璃处在退火温度区域 ，经退火后的玻璃中的永久应力的大小及 其分布状况， 主要决定于玻璃在此区的冷 却速度和温度的分布情况 l 所以必须正确地确定其冷却速度，精心 地进行退火，以保证玻璃的退火质量。

退火工艺制度 l（3）冷却区(C区)（475～380℃） l 冷却区(亦称后退火区),玻璃处在退火区域以 下，即在玻璃退火的下限温度以下的冷却，可以 以较快的速度进行，但冷却速度也不能太快如 冷却速度太快，则会引起暂时应力过大而使玻璃 破裂 l 一般暂时应力不得大于玻璃破坏强度的1／4 根据生产实践经验和理论计算，玻璃在C区的冷却 速度，对于同一厚度的玻璃，可以用比其在退火 区大1.5倍左右的速度进行冷却，只要玻璃板的上 下表面和横向的温度差不太大，是不会引起玻璃 炸裂的 退火工艺制度 l（4）热风循环强制对流冷却区（RET区）（380～230℃） l 玻璃带在退火窑中的退火过程，是控制冷却的过程， 它是以对流和辐射的方式，把自身的热量传递给其周围介 质和壳体，而使玻璃自身逐步冷却下来 l 为了使玻璃的热量能散发出来，但又不能用室温空气 直接冷却玻璃，以免玻璃冷却温度过大而引起炸裂因此 ，采取控制循环热风的温度，对玻璃带进行直接吹热风对 流冷却， 以使玻璃能以比其在后退火区稍大或相同的冷 却速度进行对流冷却， l 使玻璃带的表面温度由370 ～ 380℃降到 220～240℃ 。

退火窑在此区之后，就没有壳体了，一般有一过渡的 自然冷却段，其长度约 3m左右，再后面就是直接室温空 气冷却区 退火工艺制度 l。