无机材料典型生产工艺调研报告

性质

深加工技术

问题

发展

引言：玻璃生产技术可以追溯到公元前650年以前，但平板玻璃规模化生产一直到18世纪才真正出现。19世纪的工业革命促进了平板玻璃工业的发展，20世纪初涌现了各种生产方法的设想或专利。自20世纪以来，形成了诸多传统的平板玻璃生产方法。传统的生产方法归类为两种方法：窗玻璃法和压延、磨光玻璃法。采用这两种方法生产的平板玻璃统称为普通平板玻璃。窗玻璃法为：有槽垂直引上法、无槽垂直引上法、平拉法及旭法。用这种方法生产的平板玻璃具有自然光泽的表面，但由于其成型方法固有的原因，使制得的玻璃很难避免波筋和条纹等缺陷，使透过玻璃所观察的物体产生了畸变现象。这样，就限制了玻璃有更广泛的用途。这种玻璃只能做一般住宅的窗玻璃用。为了满足汽车、火车、船舶、飞机和高级建筑等的需要，需采用压延、磨光玻璃法生产的平板玻璃，这种通过压延成型、再经过研磨抛光的玻璃的表面平整而无波筋，质量优良，被广泛应用于高级建筑和汽车等。但由于它建设投资大、生产成本高，因而也限制了它更普遍的使用。

我国的平板玻璃工业正在快速地发展,但是在这个过程中也存在着发展不平衡、

资源的消耗率比较高、

生产工艺比较落后等问题。

目前整个平板玻璃行业的产品结构不太合理,深加工率比较低。

一些普通玻璃的供大于求,但是一些高档用途与特殊品种玻璃还需要从国外进口。

平板玻璃在我们的生产和生活中应用都非常广泛,其有着良好的透视和透光性能,对太阳光中近红热射线透过率比较高,但是对可见光反射而产生的远红外长波的热射线却能够有效地阻挡,所以可以产生较好的

“暖房效应”。

平板玻璃还具有隔声与一定的保温作用,抗拉强度远比抗压强度小,属于典型的脆性材料。

平板玻璃还具有比稳定的化学性能,在通常情况下,对于酸、

碱、

盐和化学试剂以及气体都有较强的抵抗能力,但是如果长期遭受介质的侵蚀作用也会导致质变和破坏。

正因为平板玻璃有着这些性能,其用途非常广泛,整个生产行业也很繁荣,但是其生产工艺还有很多值得研究的地方。

1.平板玻璃生产的方法介绍

平板玻璃是一种相对比较薄的玻璃，其生产厚度一般为

5mm

左右,不同类型的产品平整度和厚度相差也比较多,有普通居民家用在门窗上的玻璃，经过喷砂、

雕磨后,再加上一些防腐蚀处理,就可把这种玻璃制成黑板、

屏风、

隔断堵等，对于那些质量较好的玻璃就可以作为某种深加工产品来使用，例如原片玻璃。在生产制造平板玻璃较长的发展历程中，经历过垂直引上法、

小平拉、

浮法的工艺变革。因为在不断地采用新专利技术与计算机控制应用，生产工艺上的每次变革，不仅使得产品的质量有了突破性提高，同时也使能源消耗和污染防治得到了不小进步。平板玻璃的生产过程中，主要使用了传统的成型方法，包括手工成型与机械成型两种。手工成型中又有几种方法,如冕法、吹泡法、

吹筒法等。

然而，这些方法的生产效率比较低，生产的玻璃表面质量差，已经逐步被淘汰了，一般只有在艺术玻璃的生产中才采用。机械成型方法主要包括压延、有槽垂直引上、

无槽垂直引上、

对辊、

平拉和浮法等。

1.1压延法平板玻璃产品生产工艺

双辽玻璃厂于1966年10月建成投产烧煤直火式池窑压延平板玻璃生产线，投资89万元，熔窑玻璃液溶量84吨，日熔化玻璃液量20吨。日产量为140重量箱。窑池由燃烧室炉堂、溶化池、玻璃液成型池三部分组成。熔化池和成型池之间由流液洞吊墙分隔。玻璃液成型池溢流口处安装压延机。压延机由上下双辊组成，下辊表面为雕铸精细的花纹图案，上辊为光洁度很高的光辊。双辊内通水冷却。压延机边接退火窑内辊道，冷端辊道退火窑辊道为一体。冷却辊道后端为切台和切裁包装工序。

熔制好的玻璃液经流液洞进入成型池冷却降温到适合压延成型粘度的温度经溢流口进入双辊压延机压制成原板。玻璃原板由全线辊道托送运行经退火窑退火，出退火窑冷却到切台处切裁验质包装。压延玻璃不透明，下面为花辊压型图案，上面为光滑平面便于切裁。

由于工艺技术准备水平落后，产品产量和质量都很低，成本高，经济效益不好，但在当时居民房屋窗户糊纸的状态下小压延法平板玻璃产品还是有销路的。

1.2平拉法平板玻璃产品生产工艺

双辽玻璃厂将压延平板玻璃生产线改造成平拉法平板玻璃生产线于1969年10月建成投产，生产平拉法平板玻璃产品。熔窑为马蹄式窑炉，以重油为燃料。窑炉玻璃液容量为90吨，熔化玻璃液量20吨/天，合格原板0.6米，平拉玻璃产品产量为8.4万重量箱/年。由于采用重油为燃料，玻璃液熔制质量得到提高，使平拉法平板玻璃透明度、平整度接近垂直引上法平板玻璃。

平拉生产线窑池的熔化部和冷却采用多口流液洞和花格墙分隔，冷却部和成型料盆由吊墙分隔的结构，平拉机由可控硅调速转向辊和拉边机组成。玻璃原板输送辊道25米长，退火窑12米，输送辊道末端为成品切台。

熔化部熔制合格的玻璃液经流液洞进入冷却部和成型料池降温冷却到适合平拉成型粘度的温度拉边机拉引定型玻璃原板经输送辊道托送进退火窑退火后，在输送辊道的冷却部冷却后，运行到切台处切裁半成品规格片，检验质量装箱入库。

成型料盒玻璃液面到转向辊上表面为垂直拉引板根，高度为600毫米。拉边机将原板两边固定，控制住原板收缩，保证玻璃原板宽度。玻璃原板在转向辊上表面由垂直转向水平托引输送运行。转向辊和输送辊道线的速度相同。成型玻璃原板连续进行生产。该小平拉生产线于1981年11月停产。

1.3有槽垂直引上平板玻璃产品生产工艺

三机窑有槽垂直引上平板玻璃生产线于1972年10月20日建成投产，投资345万元，平板玻璃产量设计能力30万重量箱/年。窑炉为5对小炉横火焰燃油池窑。全生产线由原料车间、熔制车间、切装车间、油站区组成。使用的原料全为粉料进厂。1985年开始硅石和白云石块料进厂，与六机生产线共用一套块料破碎设备系统。三机窑有槽垂直引上平板玻璃产品生产过程主要是将合格的各种粉料配制成均匀度合格的配合料输送进窑头料仓，由投料机将配合料投入熔窑。再由熔窑熔化部烧油将配合料熔制成合格的玻璃液，经熔窑冷却部降温到达引上室内成的适合成型粘度对应温度指标的玻璃液。在两头窄中间宽的槽子砖槽口上成型定边控制原板标准宽度、成型原板。引上机拉引原板送到采板场，玻璃原板拉引上升到引上机第一对石棉辊处完全硬化，在引上机膛内退火后逐渐冷却到达采板场，玻璃板温度降至100℃-80℃。横切机将玻璃板切成规格原板。吸盘采板机采板放于摇篮输送线的原板车上经卷扬机送到切装车间的摇篮输送线上进入各切室用纵横切裁套机切成半成品规格片。经选片，检验质量装箱入库。

三机窑有槽垂直引上平板玻璃生产线在有槽垂直引上生产工艺生产规模属于小型生产线产品规格有3毫米到8毫米6种厚度规格产品。产品种类有普通白玻璃、特种茶色玻璃和蓝色玻璃。由于产量规模小、成本高，1993年以后市场疲软亏损严重，于1997年7月停止生产。产品产量最高达48万重量箱/年。

1.4六机窑有槽垂直引上平板玻璃产品生产工艺

六机窑生产线于1984年10月建成投产。平板玻璃产品年产量设计能力为85.3万重量箱。平均年作业日为345天。引上机作业利用率为95%。2毫米厚玻璃产品为80%，拉引速度为95米/小时。3毫米厚玻璃产品为80%，拉引速度为61米/小时。5毫米厚玻璃产品为10%，拉引速度为29米/小时。总成品率为73%。玻璃原板宽为2750毫米，有效合格原板为2600毫米。产品产量最高达119万重量箱/年。

玻璃熔窑为六对小炉横火焰池窑。以热煤气为燃料，配合通过投料机推入熔窑内，在热煤气火焰高温作用下在熔化部熔化成玻璃液经澄清部澄清，冷却部冷却流入成型室（引上窑池）。玻璃液的温度控制在适合成型粘度的温度指标，成型室的玻璃液通过槽子砖口由垂直引上机连续拉制成型玻璃带在引上机膛内经退火、冷却成玻璃原板，在连续几上拉引中按规定的原板高度用自动横切机切割、吸盘掰板机掰断，旋转在悬链原片输送机的吊车上。

悬链原片输送机的玻璃原板吊车在设定的运送程序指令下进入相关切室。人工操纵电动机构切桌，切裁出合格的规格玻璃处，经质量检验后装箱。有L型电瓶车运行载货电梯输送成品库。用装卸叉车码垛成装车。

目前，玻璃生产工艺主要以浮法为主。浮法玻璃生产工艺创立于1952年，为高品质玻璃生产设立了世界标准。然而，不同浮法玻璃的生产规模和装备水平，在能源的消耗、

资源的利用、

效益以及环保方面有着较大的差别，因此研究其工艺并作改进具有重要的现实意义。

2.

浮法玻璃的成型现状及发展

（1）浮法玻璃成型

浮法就是让玻璃液漂浮到金属液面上而制造平板玻璃的新方法,它是英国的皮尔金顿公司在1959年时研究成功的一种新工艺。

生产中,熔窑配合料经过熔化、

并澄清和冷却后成为温度在1150-1100

℃左右的玻璃液体,经过熔窑和锡槽相连的流槽,流到熔融的金属锡液面上,通过自身的重力、

表面张力和拉引力的作用,玻璃液会摊开而成为玻璃带,并在锡槽里完成抛光和拉薄,当锡槽末端玻璃带已经冷却到600

℃左右时,再把即将要硬化的玻璃带从锡槽中引出,然后经过渡辊台进入到退火窑,经退火和冷却制成平板玻璃,这种玻璃有时也被称浮法玻璃。

因为这种玻璃成型时,其上表面在自由的空间形成了火抛表面,而下表面同焙融锡液接触,所以表面很平滑,而且厚度也均匀,不会产生光畸变,其产品的质量丝毫不比磨光玻璃差。

这以生产方法的成型操作比较简易、

生产的玻璃质量优良、

而且产量高、

容易实现自动化点,所以在80

年代就已经被广泛地采用。

如果生产中在锡槽内的高温玻璃带的表面上设置铜铅等一些合金作为阳极,用锡液来作阴极,通入直流电以后,就可以使铜等金属离子自动迁移到玻璃的上表面而着色,这种方法也称作

“电浮法”。

另外,也可在锡槽的出口和退火窑中间,设置热喷涂装置来直接生产出表面着色的各种颜色玻璃和热反射玻璃等。

(2)浮法玻璃成型工艺的特点

浮法成型工艺之所以成为世界上生产平板玻璃最先进的工艺方法，是由于它的成型特点所决定的。浮法工艺与传统的生产工艺相比，只有浮法工艺才是真正的水平拉制成型。同时，玻璃表面在金属面上得到抛光，使浮法比用传统的几种落后工艺方法生产的玻璃质量好、品种多、产量高、作业周期长。这可由以下几方面简要地说明。

①成型时不需要克服玻璃自身的重力

由于浮法玻璃是水平拉制成型，玻璃液带的重力是由锡液来支承的，拉引力主要用于克服玻璃液的黏滞力；而传统的成型方法则不同，拉引力既要克服玻璃液的黏滞力，又要克服玻璃带自身的重力，而且后者要比前者大得多。所以必须要用辊子将玻璃带夹住或托住。这样，由于玻璃带与辊子接触，就不可避免地会使玻璃产生轴花和压口的缺陷。平拉法虽然用单一的转向辊承托，但由于此时玻璃带温度还在700。C左右的高温，还处于完全塑性状态，加之转向辊的冷却强度大，因而又会引起斑点和表面不平整的弊病，当转向辊加工质量不好或不及时更换时，尤其严重。而浮法玻璃的整个过程是在密闭的锡槽中进行，只是在玻璃带冷却硬化后，由光洁平滑的辊子将玻璃带托起拉出锡槽，而且玻璃带同辊子是线接触，因此，完全避免了上述的缺陷，而能保持在锡槽中获得抛光表面的质量。

②充分发挥玻璃表面张力的作用

玻璃液的表面张力主要使玻璃获得自然抛光、表面平整。传统的成型工艺，为了使垂直引上成功，必须使玻璃带的黏度在很短时间内急速增加，也就是使其温度从940。C左右迅速下降到600。C以下，否则，玻璃带就会因黏度小而无法引上，造成掉炉。玻璃的表面张力虽然随温度下降变化不大，但因这时玻璃的黏度已经很大，表面张力已不起作用了。浮法成型工艺则不同，由于玻璃的重力是由锡液来承托的，而且两者之间的摩擦力甚微，锡槽较长，玻璃的温度下降较慢，而且可以根据成型要求加以控制，玻璃液在抛光区的温度高于l000

C，黏度小，因此，玻璃的表面张力就能起主导作用(任何物体的表面张力有使其表面积趋于最小的特性)，而使玻璃得以自然抛光，表面平整而无波筋和条纹等缺陷。

③玻璃带横向温度均匀

玻璃带横向温度均匀是保证玻璃成型质量的重要因素。用传统工艺生产玻璃时，由于其自身固有的原因，很难达到整个板面温度均匀，其板中和板边的温度差经常在50。C以上，特别是玻璃板的宽度加大后，横向温度均匀尤其困难。而浮法玻璃成型是在较长的锡槽中来完成的，在设计中可以根据浮法成型工艺要求，分成若干工艺区，各区的纵向和横向温度，可以根据生产要求，采取边部加热和冷却措施，来进行自动调节控制，以使纵向温度符合成型温度制度要求和减少横向温度差(不大于l0。C)。这样，就为玻璃带横向厚度均匀和玻璃抛光质量创造了有利的条件，而且也不会因玻璃带的宽度加大而使调节控制增加困难。

④可以比较容易地生产特薄和特厚的玻璃

由于浮法工艺是水平拉制的，使浮法比传统方法较容易地生产特薄和特厚的玻璃。据报道国外浮法可以生产0．55～25mm的高质量玻璃；而传统方法，不论是有槽、无槽还是平拉法，生产厚度大于12mm或薄于lmm玻璃就十分困难，其主要原因是要克服其自身的重力和更难使其横向温度达到成型的要求。而浮法则不然，不需要克服其重力，其成型的各区温度可以自动调节来达到生产要求；同时，玻璃带在高温下停留时间长，可以充分发挥玻璃的表面张力作用，而不影响玻璃的抛光质量。

⑤成型过程中降温速度慢、拉引速度快

用传统方法生产平板玻璃时，玻璃从成型室开始引上到玻璃带定型，是在lm左右的距离中完成的。在这过程中，玻璃的温度从大约940。0左右降到600。C以下(平拉法是在O．7m距离中从大约940。C降到700。C左右)，玻璃的黏度急剧增加，否则要掉炉；所以必须在成型中采取急冷的措施(冷却水包)，使玻璃快速冷却下来，这无疑会给玻璃的表面质量带来十分不利的影响，如冷却不当还容易引起炸裂而掉炉；也由于这个原因而限制了玻璃成型的拉引速度。对一定厚度的玻璃，每小时要想提高几米的速度都十分困难，不仅影响质量，甚至无法生产。

而浮法玻璃的成型过程，是在几十米的锡槽中进行的，其长度可根据生产规模和拉引速度来设计，而且根据成型工艺要求分若干区，玻璃的温度分区控制，所以浮法玻璃的拉引速度的变化幅度范围很大，对相同厚度的玻璃，其拉引速度可以相差几百米。如生产6mm玻璃时，一般拉引速度可为120m／h，有时也可达到360～460m／h，而且其成型质量也不会因速度加快而受影响。这就为浮法生产线优质、高产、降耗创造了充分和必要的条件。

⑥避免了玻璃结晶缺陷、作业周期长

传统方法成型室的玻璃液较深，其上下温度差大，而且成型的温度又接近玻璃的析晶温度，所以在成型室的堵头和两侧的死角处，玻璃液容易结晶。因此，其成型作业期短，一般不到一个月，就必须打炉停拉，加热成型室挖玻璃釉子，以免结晶的玻璃被带到玻璃带来。平拉法虽然成型室浅一些(改进的格法平拉的成型部也较深)，但也不能避免析晶倾向，同时，其转向辊长期使用也会影响玻璃质量，所以一般也在一个月左右，就必须停止作业更换转向辊和挖玻璃釉子。浮法生产，玻璃液是通过一个比较浅的液流道流入锡槽的，玻璃液的温度在1100。C以上，这就避免了玻璃液结晶的可能，既保证了玻璃的成型质量，又可以大大延长成型作业期。一般来讲，浮法成型作业期主要决定于流槽和流量控制闸板所用的耐火材料的质量。通常浮法成型作业期在一年左右，这也是用传统方法生产平板玻璃无法比拟的。

⑦板宽加大比较容易

由于浮法成型具有水平拉制和其重力由锡液承托以及横向温度可以自动控制的特点，使浮法成型的玻璃带宽度加大比较容易，而且也不会因宽度加大而影响成型质量。生产规模在600t／d以上的浮法玻璃生产线，其成型的玻璃带宽度都在4m以上。而有槽法成型的玻璃带宽度最大只达3m左右，无槽法成型的玻璃带宽度大于2．4m，成型就很困难了。

⑧可以在线生产镀膜玻璃

由于浮法成型是在较长的锡槽内水平拉制，而且其纵向和横向温度可以根据生产要求进行自动调节控制，其拉引速度可以适当加快或适当降低(在一特定的浮法线)，使其有可能在锡槽内安装一种装置，在线生产镀膜玻璃。

⑨容易实现切装机械化、自动化

不论有槽、无槽法还是旭法生产平板玻璃都是垂直引上，引上机很高，这就给切装机械化、自动化带来困难。因切装楼面很高，玻璃成品运到底层，不仅很不方便，而且增加破损。浮法由于是水平拉制，经退火窑退火的玻璃不仅退火质量好，而且便于实现玻璃质量检验、纵切、横切、掰断、掰边、纵掰、纵分、喷粉、铺纸、分片、堆垛等机械化、自动化；同时可以在同一标高的地面运送人库。即使退火工段和切掰工序在二层楼面，玻璃可以在掰断、掰边、纵掰、纵分后，通过一定倾斜度的辊道平稳地运至底层的辊道上，同样可以实现喷粉、铺纸、分片、堆垛机械化、自动化，不仅可大大降低劳动强度，减少玻璃破损，而且提高玻璃切装的质量(避免擦伤)。

⑩可以比较容易地生产特大片玻璃

现代建筑业的发展和特殊工程需要特厚、特大面积的玻璃，如19mmX

3．5m×15m的特大玻璃，用传统方法无法生产的，即使生产出来其切割、掰断、运输也不好解决。而浮法生产，增厚加宽都比较容易，其长度则更容易根据需要在辊道上切割掰断，然后用真空吸盘水平运送入库，或直接运装在特制的汽车上运送到用户。

（3）浮法成型工艺的改进措施

对浮法成型工艺的改进主要就是要减少锡缺陷。

经过研究分析,我们发现锡缺陷的形成原因主要有两个方面,一是浮抛介质锡被氧化和硫化,所以锡液和槽内的气体污染主要是氧污染与硫污染,而这两大污染就是形成锡缺陷重要原因之一。

二是离子扩散与交换反应。

在锡槽内,玻璃的表面层和接触介质间存在离子扩散与离子交换的条件,而且根据浮法玻璃的表面层与内层化学分析比较可知,玻璃的表层氧化锡的含量较高,碱金属与碱土金属的氧化物的含量比较低,这也充分证明在玻璃的成形过程中有离子扩散与离子交换反应。因此,我们可以根据锡缺陷产生的原因来解决这一问题,从而改进浮法玻璃的成型工艺。

要想较好地解决锡缺陷,最关键的就是要杜绝氧、

硫进入,这样才不会有氧化物和硫化物的产生,所以在槽内得温度较低部位就无法聚集冷凝物。

但要控制到100%是不可能的,我们只能尽量地减小其对质量的影响,把缺陷控制在一定范围之内。

总之,在浮法生产工艺中,减少各种化学反应能够在很大程度上提高产品质量,所以,通过以上措施能很好地改进生产工艺。

参考文献：

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李丽霞,赵丽红.

锡缺陷产生机理及综合控制

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玻璃,2004(3).

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