趙通

摘要：鋼化玻璃又稱安全玻璃，在建筑行業(yè)和日常生活中應(yīng)用廣泛，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，人們對(duì)玻璃制品的需求量和需求面越來(lái)越大。然而，玻璃在鋼化的時(shí)候需要消耗大量電能，因此鋼化設(shè)備節(jié)能與否就成為用戶選擇設(shè)備時(shí)的主要指標(biāo)，也成為廣大鋼化設(shè)備制造商迫切需要解決的問題。玻璃鋼化機(jī)組節(jié)能的方法有很多，為此，主要介紹一種新的鋼化玻璃工藝—“通過式冷卻玻璃鋼化工藝”。所謂通過式是相對(duì)于玻璃在風(fēng)柵內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)冷卻鋼化而言的。

關(guān)鍵詞：鋼化玻璃；通過式；有效鋼化時(shí)間；鋼化工藝

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.13.090

1 鋼化玻璃應(yīng)力的形成

鋼化玻璃是通過將玻璃加熱至玻璃的軟化溫度（590℃～620℃）后快速均勻冷卻兩表面，使得玻璃表面形成預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，從而提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。鋼化玻璃的應(yīng)力是怎樣形成的呢？我們先來(lái)看一下玻璃的一個(gè)特性：在冷卻狀態(tài)，即應(yīng)變點(diǎn)以下有一般的固體特征，是彈性體；在熱態(tài)下（軟化點(diǎn)以上）有液體特征，是粘性體，但在某一溫度范圍內(nèi)，即在應(yīng)變點(diǎn)和軟化點(diǎn)之間，卻是液、固態(tài)特征共存，是粘彈體。鋼化就是利用軟化點(diǎn)附近的特性。

玻璃加熱到軟化點(diǎn)溫度附近時(shí)，由于處于粘彈性范圍，而粘性成分多于彈性，即使存在溫差，由于分子重排運(yùn)動(dòng)也不會(huì)形成任何熱應(yīng)力。如果玻璃兩面突然受到冷卻，此時(shí)表層要收縮，但受里層的約束，所以表層應(yīng)該處于張應(yīng)力，但由于粘彈范圍，此時(shí)的張應(yīng)力被瞬間松弛，因此不會(huì)破壞；但當(dāng)表層由于冷得快先固化后，中間層開始收縮時(shí)，則會(huì)受到已經(jīng)固化的表面的牽制作用，因此會(huì)使表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)，內(nèi)部處于張應(yīng)力狀態(tài)與之平衡，并最終形成應(yīng)力平衡體系。

2 有效鋼化時(shí)間

有效鋼化時(shí)間是指玻璃鋼化時(shí)表面和中間建立其最大溫度梯度所需要的時(shí)間，是在鋼化冷卻的前幾秒鐘完成的。要深入了解有效鋼化時(shí)間我們先來(lái)研究鋼化冷卻時(shí)間對(duì)應(yīng)力形成的影響，如圖1所示。

從圖中可以看出玻璃在不同的鋼化溫度下冷卻時(shí)，都是到達(dá)6～7秒鐘，表面和中間溫差達(dá)到最大值，意味著后續(xù)的冷卻對(duì)最終鋼化應(yīng)力的形成已經(jīng)不起作用。

由此可以得出結(jié)論：鋼化冷卻的前6～7秒是最終應(yīng)力形成的關(guān)鍵，后續(xù)冷卻只是為了把鋼化玻璃冷卻到可以搬運(yùn)的溫度，所以從節(jié)能的角度出發(fā)，無(wú)須風(fēng)機(jī)始終大風(fēng)量運(yùn)行，只需要前6～7秒有足夠的冷卻，就可以保證鋼化玻璃所需要的應(yīng)力。

圖1所示是在6mm厚度玻璃時(shí)總結(jié)出來(lái)的鋼化真正的有效時(shí)間是前6～7秒，隨著玻璃厚度的減小，這個(gè)時(shí)間也隨之變短，所需要的冷卻能力（風(fēng)壓）在加大。

3 普通往復(fù)式玻璃鋼化工藝

來(lái)看普通玻璃鋼化設(shè)備，它有上下片臺(tái)、加熱爐、平冷卻風(fēng)柵、集風(fēng)箱、風(fēng)路和風(fēng)機(jī)組成，如圖2所示。

玻璃加熱到軟化溫度后，快速出爐，在冷卻風(fēng)柵內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，風(fēng)機(jī)此時(shí)工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，使玻璃快速冷卻，待到玻璃鋼化完成后，風(fēng)機(jī)降至低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，將玻璃冷卻至搬運(yùn)溫度。根據(jù)風(fēng)機(jī)功率的計(jì)算公式：P=Q*p/（3600*1000*η0*η1），在風(fēng)機(jī)效率一定的情況下，風(fēng)機(jī)功率跟系統(tǒng)流量Q和鋼化所需風(fēng)壓p成正比。系統(tǒng)流量是由冷卻風(fēng)柵的版面大?。óa(chǎn)能）所決定的，鋼化所需風(fēng)壓主要是由玻璃厚度所決定的。玻璃越薄，所需風(fēng)壓也就越高。

4 通過式玻璃鋼化工藝

上述玻璃鋼化工藝是使用最廣泛的一種，然而在實(shí)際生產(chǎn)中我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況，在鋼化薄玻璃且風(fēng)柵版面大的情況下，一臺(tái)風(fēng)機(jī)功率不能滿足，這時(shí)候就需要增加一臺(tái)同樣的風(fēng)機(jī)并聯(lián)來(lái)滿足玻璃鋼化的需求。并聯(lián)風(fēng)機(jī)往往會(huì)使風(fēng)機(jī)的效率降低，這樣既造成設(shè)備成本的增加，也會(huì)造成電能的浪費(fèi)。

通過上面關(guān)于有效鋼化時(shí)間的介紹，我們知道在一定的換熱系數(shù)和鋼化溫度下，真正鋼化的有效時(shí)間是玻璃出爐前幾秒，后面只是需要將玻璃冷卻到搬運(yùn)溫度，所以就衍生出了通過式玻璃鋼化工藝，設(shè)備如圖3所示。

玻璃從加熱爐出來(lái)之后，首先要經(jīng)過急冷風(fēng)柵的高壓吹風(fēng)，然后進(jìn)入冷卻風(fēng)柵內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，最終冷卻到玻璃搬運(yùn)溫度，玻璃在經(jīng)過急冷段之后其實(shí)鋼化已經(jīng)完成，那么急冷段的長(zhǎng)度就是用（玻璃在急冷段的輥道線速度）×（有效鋼化所需時(shí)間），輥道線速度一定時(shí)，急冷段的長(zhǎng)度就和有效鋼化時(shí)間有關(guān)系，實(shí)際上是跟玻璃厚度有關(guān)系，所以急冷段風(fēng)機(jī)功率跟玻璃厚度有很大的關(guān)系。在做同樣厚度玻璃，同樣裝載率（產(chǎn)能）的情況下，圖3中風(fēng)機(jī)1的功率相比圖2中的風(fēng)機(jī)顯著降低，而風(fēng)機(jī)2只是起到冷卻作用，功率也大大降低。并且風(fēng)柵版面（裝載率）越大，玻璃厚度越薄，此種工藝優(yōu)勢(shì)越明顯。

用此種工藝可使鋼化冷卻功耗降低，產(chǎn)能提高，但會(huì)對(duì)玻璃品質(zhì)產(chǎn)生影響，風(fēng)壓的突變，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生沿玻璃平面的膜應(yīng)力，一定程度影響玻璃的平整度。同時(shí)，受到散熱的影響，該工藝不適用于風(fēng)柵版面太寬的情況。

5 結(jié)論

在鋼化薄玻璃，尤其是厚度為4mm及其以下時(shí)，通過式冷卻的玻璃鋼化工藝應(yīng)用非常廣泛，在同樣產(chǎn)能的情況下，這種工藝的平均功耗更低。即使它相對(duì)于往復(fù)式玻璃鋼化工藝所做的玻璃品質(zhì)稍差一些，但在大部分情況下都是可以滿足要求的。并且它可以鋼化3mm及其以下厚度大版面的玻璃，這些都是在普通往復(fù)式玻璃鋼化設(shè)備上完成不了的。

參考文獻(xiàn)

[1]續(xù)魁昌.風(fēng)機(jī)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]潘金龍.玻璃工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.