二 浮法玻璃的退火
1.退火原理
玻璃的退火主要是指将玻璃置于退火窑中经过足够长的时间通过退火温度范围或以缓慢的速度冷却下来,以便不再产生超过允许范围的永久应力和暂时应力,或者说是尽可能使玻璃中产生的热应力减少或消除的过程。
玻璃退火的目的是消除浮法玻璃中的残余内应力和光学不均匀性,以及稳定玻璃内部的结构。
浮法玻璃的退火可分成两个主要过程:一是内应力的减弱和消失,二是防止内应力的重新产生。
1.1应力分类及形成原因
浮法玻璃在退火过程中可能产生的热应力有永久应力和暂时应力两种。
永久应力是当高温玻璃经退火到室温并达到温度均衡后,玻璃中仍然存在的热应力也称为残余应力。暂时应力是随温度梯度的存在而存在,随温度梯度的消失而消失的热应力。
永久应力一般产生于转变温度和应变温度范围之间,暂时应力则伴随着整个退火过程。
① 暂时应力
当浮法玻璃处于弹性形变范围内(应变温度以下)进行加热或冷却过程时,由于其导热性较差,在其内外层之间必然产生一定的温度梯度,因而在内外层之间产生一定的热应力。如:当玻璃从应变温度以下冷却时,玻璃内外产生了温差,玻璃外层温度低于内层,故外层收缩大于内层,这样,外层的收缩受到内层的膨胀作用(拉伸作用),内层膨胀受到外层的压缩作用,因此玻璃在冷却时表面受到张应力,内部受到压应力。
如果在外层玻璃冷却到一定温度而使整块玻璃进行均热时,玻璃外层已不再收缩,内层却随着温度的不断降低而继续收缩。这样外层受到压应力,内层受到张应力。它们的大小和冷却过程中所产生的应力大小相等,方向相反,所以当玻璃的温度均衡后,玻璃中的应力也就消失了。但必须注意,当暂时应力超过玻璃的极限强度时,同样会产生破裂。相反,玻璃在加热时表层受到压应力,内部受到张应力。
由于玻璃属于脆性材料,能够承受的抗压能力是抗张能力的10倍,因此,玻璃能够承受的加热速率可以比冷却速率大一些。
② 永久应力
如前所述,当浮法玻璃由高温(转变温度以上)逐渐冷却时,玻璃内外层产生温差。开始处在转变温度区域(玻璃黏度在109~1012PaS)之内玻璃,由于分子的热运动能量较大,玻璃内部结构基团间可以产生位移变形等能够使由温差而产生的内应力得以消失,这个过程称为应力松弛。由于应力松弛的作用,尽管此时存在温差却不产生应力。
当玻璃的冷却过程发生在退火温度区域(1013~1014。5PaS )时,玻璃从粘塑弹性体逐渐转变成弹性体,此时应力松弛的作用仅能消除温差内应力户的部分应力x。当玻璃被冷却到应变温度以下时,玻璃内所产生的内应力相应为(P-x);当进一步冷却到室温并达到内外均一时,玻璃应力值的变化为P,而残留在玻璃中的内应力的大小正好为应力松弛的那部分x,称为永久应力或残余应力。
浮法玻璃内永久应力产生的直接原因是在退火温度区域内应力松弛的结果。应力松弛的程度取决于在该温度区域内的冷却速度、温度梯度、黏度和玻璃厚度等。过大的永久应力会使浮法玻璃在储存、运输、加工、使用过程中炸裂。
1.2退火上下限温度
玻璃中残余内应力的减少或消除,只有将玻璃重新加热到开始塑性变形时才有可能。玻璃在此塑性变形时的温度范围,称为玻璃的退火温度范围。退火的上限温度指制品在该温度 15min内能消除全部应力或3min内消除95%应力的温度,黏度为1013PaS,一般对应于玻璃的温度,545℃;;退火下限温度则指在16h内消除全部应力或3min内消除5%应力的温度,黏度为1014.5PaS,一般对应于玻璃的温度,515℃。这两个温度构成了玻璃的退火温度范围。
2退火窑分区
退火窑内宽4250米,外宽4930米,总长102.636米.
2.1 加热均热预退火区(A区)
玻璃带进入退火窑的温度一般为(600℃),此温度高于玻璃的最高退火温度,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。
该区分五节,每节3米,该区上下有辐射冷却器和电加热装置。上面辐射冷却器分五个区,五个风阀,板下分四个区,三个风阀,板上有边部电加热和可移动电加热,板下有电加热分五个区。冷风顺流,风机2台。功率11KWx2,风量5000m3/h.电加热:可移动81kwX2,边126x2,板底126x2+63x2+84.
2.2重要冷却区(B区)
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。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。
玻璃在退火过程中,既会产生暂时内应力,也会产生永久内应力(在玻璃完全冷却到室温后出现)。只要冷却速度大于零,则暂时的热弹应力(即暂时应力)在任何温度下都会产生,而永久应力的产生,是由于在高温下玻璃中热弹应力松弛的结果。热弹应力松弛的部分越大,则冷却后玻璃中的永久内应力就越大。退火理论表明,玻璃中永久应力等于退火中松弛掉的应力的总和,但符号相反。玻璃只有在低于退火下限温度下冷却, |