《浮法在线low-e玻璃退火窑设计及控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浮法在线low-e玻璃退火窑设计及控制（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1浮法在线 low-e 玻璃退火窑的设计及控制满金仓 （威海蓝星玻璃股份公司 威海 264200）摘要：结合在线低辐射镀膜的特性，论述了在线 LOW-E 镀膜生产线退火窑设计和操控应注意的几个问题。关键词：low-e 退火窑 设计 操作退火窑是浮法玻璃生产线的三大热工设备之一。其主要任务是创建一个匀热和满足玻璃结构调整需要的均匀温度场，保证玻璃带在退火窑内各区的降温速度，减少玻璃各部分间的结构差，形成一个受控的冷却过程，即满足退火工艺制度的要求。其主要目的是减弱和防止玻璃中出现过大的残余内应力和光学不均匀性，稳定玻璃内部结构。退火质量的优劣直接影响玻璃的质量性能及成品率，在浮法玻璃生产中具有举
2、足轻重的作用。国内浮法玻璃大多采用 cnud 和 stein 两类退火窑，在退火窑的结构设计和操控方面取得了很多经验。嫁接于浮法工艺基础之上的在线低辐射玻璃是新型节能环保材料，如何设计和操控退火窑，直接影响到企业的生产效益，是保证先进材料下线的基础和前提，也是在线 low-e 玻璃生产的一个重大课题之一。1在线低辐射 low-e 玻璃的特点在线低辐射 low-e 玻璃目前广泛地采用化学沉积技术，在锡槽和退火窑进口实施CVD 化学气相沉积和 MOCVD 金属有机物化学气相沉积，在浮法玻璃上表面形成在线 Low-E玻璃的膜层结构，实现玻璃材料的改性。膜层主要是由折射率梯度变化的中间层（也称为阻挡层
3、或颜色衰减层）和低辐射层组成。低辐射层作为外膜层，主体成分是掺杂的 Sn02-n-型导电薄膜，导电性质介于传统半导体（如 Si、Ge、GaAs）和金属之间。其本征吸收边缘位于 3450A0，决定其约 90%的紫外吸收、90%的可见光透射比。由于高浓度的（1020cm-3）自由电子吸收，在中远红外区 Sn02 有接近 90%的反射率，故Sn02 有阻断远红外热辐射能的功能。在线低辐射玻璃与普通浮法玻璃具有鲜明的区别。在线低辐射 low-e 玻璃与普通浮法玻璃相比具有下列特征：发射特性接 受 特 性性性 能能表面类型表面类型辐射率吸收率反射率透射率Low-eLow-e 表面表面低低高低玻璃表面玻璃
4、表面高高低低2在线低辐射镀膜工艺对浮法退火窑的要求2我们知道，在线 CVD 工艺膜层反应器所处环境温度的均匀性和气流稳定性，是保证在线 CVD 低辐射玻璃生产质量的前提和条件。在线低辐射镀膜玻璃因其成膜在退火窑，因而对于退火窑设计和工艺提出了更高的要求，所以在设计在线低辐射镀膜玻璃退火窑时，要充分考虑并确保退火窑具有良好的保温性能，实现温度均匀的调节性能和稳定适宜的气流流向和大小控制性能。在线低辐射玻璃退火窑结构与功能分区与浮法玻璃相似，其结构分区、换热方式、冷却介质流向、保温状态和各区的主要功能如下图所示：分 区A0ABCE1DE2F冷 却方 式气 体辐 射气 体辐 射气 体辐 射气 体辐
5、射自 然冷 却热风循环对 流自 然冷 却冷风强制对 流流 向顺 流顺 流逆 流逆 流/逆 流/垂 直保 温状 态密 闭保 温密 闭保 温密 闭保 温密 闭保 温密 闭不保温密 闭不保温敞 开不保温敞 开不保温功 能镀膜区预退火重要退火区退火后区过渡区冷却区过渡区冷却区2.1 A0区专有镀膜区的设计在线低辐射镀膜玻璃属于复合 CVD 成膜工艺，需要在退火窑进口，温度在 600左右区域利用浮法玻璃具有的热能激活气相金属有机物反应。因此需要增设气相反应区 A0区，一般设计长度为 3-9 米，用于安装镀膜反应器,提供反应的平台。退火窑 MOCVD 工艺是利用金属有机物热分解反应形成需要的膜层物质，属于
6、吸热反应，加之反应器的冷却和温度调整需要，在 A0区一般设计时上部不设冷却器，底部辐射式管束冷却器与 A 区相连，板上布满电加热等调温手段。电加热一般横向精细分区，功率分配均匀。A0区电加热的布置，对于在线低辐射镀膜玻璃生产是非常重要的。一方面满足于退火窑烘烤加热所需，一方面便于在线低辐射玻璃生产时，弥补反应装置对进入退火窑玻璃板温度造成的影响，提供反应所需能量，调整反应区温度和横向分布的均匀。A0区上部顶盖设计成活动式可吊装结构，实现与镀膜设备的切换。若生产普通浮法玻璃时，其作用与 A 区相同。2.2 退火窑散热方式的改变退火窑即是受控的冷却设施，热量均衡散失是退火窑通过热量传递实现降温的手
7、段。众所周知，热传递包括传导、对流、辐射三种基本传热方式，任何冷却过程都是某种方式或几种方式的组合。根据 LOW-E 玻璃的表面特性可知，LOW-E 玻璃膜面与非膜面热传递的3方式存在明显的差异。辐射冷却传热对于膜面的作用，大部分被反射，作用很弱；玻面则能通过辐射和其他传热方式发挥很大的作用。在不同的传热方向上，玻璃的综合散热系数K 是不一样的。有关资料介绍，玻璃传热系数与散热方向的关系如下表：散热方向向上向侧向下向下传热系数传热系数 K K2.82.21.8鉴于传热效率的差别，因此普通浮法玻璃退火窑设计时，一般上表面按 55-60%散热量控制，下表面按 40-45%散热量控制值设计。对于在线
8、低辐射玻璃，在辐射换热区内的冷却，上表面散失的热量极低，整个玻璃带按退火工艺要求所需散失的热量主要通过下表面玻面散失掉，实现玻璃的受控冷却。因此，受低辐射玻璃和散热面的制约，其综合给热系数（传导给热系数和辐射给热系数之和）由于玻璃表面改性大大降低，在设计时要充分考虑，适当加长 ABC 区的长度，避免强制散热过大造成玻璃带温度分布不均，产生过大的热应力（永久残余内应力和暂时应力） 。同时在设计时，要充分考虑退火窑保温区板下管束辐射冷却器层数和布置方式，加大冷却风通量，增大冷却器散热面积，以保证在线低辐射镀膜玻璃散热降温的需要，满足在线低辐射玻璃退火温度制度的要求。目前国内 500t/d 退火窑在
9、实际运行中，已经反映出 C区板下温度降不下来，鉴于在线低辐射玻璃主要通过板下散热实现降温的特性，适当增加长度是必然要求。2.3 退火窑边部保温和电加热的布置由于浮法玻璃是连续生产的，对玻璃表面平整度要求较高，所以，退火窑均采用隧道式辊道退火窑，玻璃带有辊道支承，并随辊道的转动前进。不论采用 CNUD 还是 STEIN 退火窑，窑体主要由内外两层金属壳体构成，中间填充保温棉，都要加强侧壁的保温，要求退火窑的密封绝热性能要好。各区辊道上面的观察窗，下面的碎玻璃清扫门和辊子的轴头密封效果要好，中间岩棉或硅酸铝纤维毡要填实。特别是活动辊台内侧的保温及密封尤为重要。同时敞开区要注意气流的组织，避免气流太
10、大，通过车间隔断的合理设置，有效减少穿堂风，以免影响玻璃带边部温度。玻璃板横向管束式辐射冷却器的布置，每个部分的宽度不等，在窑中心宽些，在窑边部窄些，这样可以有效控制玻璃带边应力，便于玻璃带边缘切割。从对玻璃带造成破裂的情况看，玻璃带在退火区域以下，两边冷得太快要比中部冷得快更为不利，这种情况往往是由于辊子两端轴头搂紧冷空气所造成，因此，注意退火4窑侧壁的保温和轴头的密封就显得至关重要。除了满足普通浮法玻璃对退火窑的要求外，对于在线低辐射玻璃生产用的退火窑，由于玻璃上表面在线涂覆了低辐射膜，其辐射率低，反射率高，相当于给玻璃披上了一层棉衣，具有极大的隔热功能，使膜面向外辐射散热能力减小，而玻璃
11、带入的热量大部分要通过非膜面和未涂覆的玻璃边部及端面传递交换热量。玻璃的边部和端面因为热量散失更容易造成边凉。因此，在退火窑设计时要在 ABC 三区板上设置横向可移动功率可调整的电加热设施，以便于温度的调整，根据板宽和未涂覆膜的边部的位置，适时适量开启电加热使玻璃横向温度均匀。2.4 退火窑气流的控制退火窑内气流与其密封挡帘的设置、挡板隔断密切相关，对玻璃退火质量影响巨大。对于在 A0区实施 CVD 技术镀膜影响更大，干扰反应气流和排气气流的稳定，从而导致条纹斑点和色差等缺陷。设计时各区板上设置活动挡帘，板下设置挡板，将各区分隔开来。D区热风循环强制对流直接冷却玻璃板，压力要可调；E1区上部设
12、置翻板，开度可调，高度要适合，以形成一定的抽力，起到调控退火窑纵向气流走向，避免 D 区气流进入 C 区或更前，造成退火窑气流紊乱，满足在线低辐射镀膜工艺的要求。3 退火窑操作的控制优良的退火窑设计是玻璃生产的基础，精细的退火工艺调整玻璃生产正常的保证。加强退火工艺管理和操控意义重大，直接影响玻璃的产质量和总成品率。在线低辐射玻璃退火不好，常常出现玻璃难于切割，玻璃板发生翘曲、横炸，玻璃板掉边，纵裂等玻璃退火的常见缺陷。在线低辐射玻璃退火在操作控制上应特别注意以下几个方面： 退火温度制度的确定在线低辐射玻璃膜面的优良隔热性能，使退火窑入口红外显示温度减低，窑内空间电偶示数下降，板下空间电偶温度
13、提高，这与在线低辐射玻璃玻面大量散热密切相关。在线低辐射玻璃退火温度的制定，首先要确保锡槽出口温度的稳定和均衡，这既是在线 CVD 工艺的要求，同时也确定了进入退火窑温度。退火上下限温度的确定和控制应适当参考板下温度制定，通过调整风阀开度，维持重要退火区的出口温度和温降差，建立合理的冷却速度，确保玻璃板平面和端面应力的适合。某厂 5mm 玻璃在线镀膜前后各区出口中间电偶温度对比如下图所示： 单位： AB2：表示重要退火区温降退火温区入口红外AB1B2CAB25前板上后5964805255104954804504363453207574前板下后/5305374955024704733783906
14、064 板上板下的均匀对称冷却在线低辐射玻璃膜面与玻面传热性能明显差异，在退火保温区，应加大板下辐射冷却气体的流量和风阀开度，加快热量的散失；板上则需要适宜的减少风阀的开度，保证板上下温度的平衡。某厂 5mm 玻璃在线镀膜前后各区中间风阀开度对比，如下表所示。玻璃板在退火区域中，板上下表面冷却不均，则当玻璃冷却到室温均衡时，会引起应力分布不均，压应力就会向冷得快的那一面偏移。玻璃中应力分布不平衡，玻璃则力图改变这种应力的不平衡状态而引起变形，待到室温时形成无法消除的永久弯曲现象，严重时会发生炸裂。在退火区以下最大张应力在板的表面，而且向冷得快的一面偏移，如果产生的暂时张应力过大，就会引起玻璃带
15、纵炸。附表：某厂 5mm 玻璃在线镀膜前后各区中间风阀开度对比/ %区 位AB1B2C前板上后4738362830257440前板下后48-5090-9950-5595-9950-5595-997090 边部保温和电加热的利用在退火温度内，玻璃带横向温度不均，当玻璃冷却到室温时，将产生永久应力，温度低的部分受压应力，温度高的部分受张应力；在退火温度以下，这种温差的存在，将导致产生暂时应力，作用效果正好与退火区相反。在线低辐射玻璃边部和端面的散热较大，玻璃在退火区域中，如果板边凉，在室温下板边就会掉边；在退火区域以下，板边凉得快，将会在退火窑中发生掉边。总之，掉边是由于玻璃板边承受高压应力所致。
16、需要加强轴头密封和边部的适当加热，弥补边部和端面的散热，以消除或减少板边和板中的温度差，防止掉边和横炸的发生。4 结束语6嫁接于浮法工艺之上的在线低辐射镀膜玻璃，退火窑的设计理念和退火工艺操作和控制，制约着玻璃生产，应当引起相当的重视，只有不断的摸索，才能实现洛阳浮法技术的更好更高更快发展，完善在线镀膜浮法配套技术的提高和发展。The design and controls of annealing of float glass coated online low-eMan Jincang(Weihai bluestar glass company Weihai 264200) Abstract: accord with the characteristic of the online low-e glass, the article elaborated several questions which the online low-e glass production line anneali
