锡槽的作业制度

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4.6浮法玻璃的成型制度

玻璃的成型制度是由玻璃的成型方法所决定，不同的成型方法有不同的成型制度只有确定合理的作业制度，才能保证正常生产。浮法玻璃的成型制度包括温度、气氛、压力、锡液面等。

4.6.1温度制度

温度制度指的是沿锡槽长度方向的温度分布，用温度曲线表示。温度曲线是一条由几个温度测定值连成的折线。锡槽中温度的测量一般使用热电偶或红外测温元件。

温度制度是锡槽成型作业基础，对玻璃液的摊平、抛光、冷却、固型都起着重要作用。对玻璃带的拉引速度、锡液的对流状态、玻璃的品种、规格及产量、质量等都有一定的影响。温度制度的确定取决于所生产的玻璃成分、带厚及拉引速度。既要考虑锡槽的形状、尺寸和结构形式，又要与熔制作业和退火作业等方面的因素。因此，温度制度的制订既要符合理论计算的要求，又要与生产实际相结合。各生产线可根据自身采取的成型工艺、加热方式、生产的玻璃厚度、生产的吨位及自动化控制程度来制定适合自己的温度制度，进行温度控制。

温度制度与生产的玻璃厚度相适应，实际生产中，同样厚度玻璃的生产采用不同的生产工艺方法，其温度制度也不尽相同。拉薄采用的温度制度有两种，即重新加热法和徐冷法。

4.6.1.1薄玻璃生产的温度制度

薄玻璃指小于自然厚度的玻璃，其生产工艺方法有低温拉薄法（重新加热法）和徐冷拉薄法。

(1)低温拉薄法的温度制度

低温拉薄法也称为重新加热法，是当温度为1050℃左右的玻璃液经过摊平区后，即进入强制冷却区，使其温度降至700℃左右，相应的粘度为108Pa·s，而后再把玻璃带更新加热到850℃左右，其对应的粘度为106Pa·s，此时，拉引速度增加，玻璃被拉薄,可获得维持相应宽度的较薄的玻璃带,然后徐冷至600℃左右离开锡槽。这种方法的的特点是：纵向温度曲线是马鞍形，如图4-14所示。玻璃带在急冷区冷却至软化温度以下，形成一个硬化的玻璃带区域，阻止拉博区玻璃带中的拉力传递到抛光区，防止玻璃带的摆动，也保证了玻璃的抛光质量，并且容易拉薄。这种方法虽然对抛光过程有利，但由于玻璃带承受急冷急热的冲击，很难保证温度的均匀性。在拉薄过程中，这种温度的不均匀性造成玻璃带的不均匀收

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缩，反而会破坏已经抛光好的表面。此外，这种方法的最大缺点是这种方法电耗增加，用水量也增加，生产成本随之增加,使用设备多，操作不方便。 按照这种温度制度生产玻璃，其收缩率达50％，并且由于玻璃带受到了急冷和重新加热的冲击，玻璃带内存在应力，用激光仪观察存在干涉条纹。

采用低温拉薄法生产玻璃的锡槽高温段较长。这种方法适宜于生产2mm厚度以下的浮法玻璃，可以有效地防止玻璃带的收缩。

图4-14 低温拉薄法锡槽内纵向温度分布

(2)徐冷拉薄法的温度制度 徐冷拉薄法又称正常降温拉薄法或一段拉薄法。 徐冷法取消了急速冷却带和重新加热区，纵向温度曲线没有马鞍形，而是平缓地下降，如图4-15所示这种方法的的特点是：为了使纵向拉引力均匀地传递到抛光区，并减轻拉边机和其它器件对玻璃抛光区的影响，在抛光区后设立了徐冷区，温度由抛光区末段1000℃降至850℃以下，玻璃液的黏度大约为105.35dPa·s。这时黏度已经很大，由于表面张力的作用而产生的横向增厚力明显下降。在受拉力后，玻璃带容易伸展变薄。拉薄主要在此区进行，因此，称为主要拉薄区。在主要拉薄区设置拉边机，利用拉边机的节流作用，阻止拉力向抛光区传递。由于避免了热冲击，玻璃温度比较均匀，拉薄过程对表面质量没有明显的影响。现在国外浮法薄玻璃的质量几乎同厚玻璃相当，从激光检骏的结果可以得到证明。我国浮法生产均采用徐冷拉薄法。

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图 徐冷拉薄法锡槽内纵向温度分布

图 4-15 徐冷拉薄法锡槽内纵向温度分布

4.6.1.2厚玻璃生产的温度制度

厚玻璃指的是大于自然厚度的玻璃。厚玻璃的生产常采用正常降温法的温度制度。表4-26表示的是47m长的锡槽中，采用挡边墙堆积法生产厚玻璃时的温度制度。实际生产时的温度应依据锡槽的结构形式、工作状况及操作水平具体制订。

表4-26 厚玻璃生产的温度制度

距锡槽首端距离/m 温度/℃ 3 1000 21 850 30 770 46 605

4.6.1.3温度控制参数

合理的温度制度对成型至关重要、是玻璃生产的关键，它对玻璃的厚度、板宽、厚薄差及板面质量起着决定性的作用。

（1）摊平抛光区温度

光从摊平抛光的角度看，进锡槽的玻璃液温度越高越好，但考虑到成型的实际情况，摊平区温度以1050℃左右为宜，从玻璃液在锡液上的表面张力与重力的关系看，在温度高于

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1050℃时表面张力（δ）小于重力（G），玻璃液充分摊平抛光，在温度低于1050℃时表面张力大于重力，玻璃液要开始收缩。

（2）出口温度

锡槽出口温度一般都控制在600±10℃，温度过高则容易引起沿口擦伤，沾锡等，并给过渡辊台及退火窑增加负担。特别是过渡辊台，如果玻璃板温度过高，会引起辊子、辊子轴承等的膨胀，容易引起机械事故；温度低则容易引起断板（特别是板上有疙瘩时）。

（3）钢罩内温度

锡槽电加热引出线与钢罩顶的密封是硅橡胶垫片，它的使用温度在300℃。所以一般钢罩内温度控制在240℃以内，可通过保护气体在高、中、低的气量调整来调节。

（4）槽底钢板温度

为保证锡液不对底砖固定螺栓根部的腐蚀，必须保证此部位的锡以固态存在，所以一般槽底钢板温度控制在120℃以内，可通过各区的冷却风量来调节。

（5）首、末对拉边机处的温度

按文献报道，最宽的拉薄范围是894～777℃，而实际生产中1拉边机往往放在940～960℃的位置，起到稳定边子和节流功能，末对拉边机从理论上讲应放在777℃的位置（10

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），即777℃之后玻璃板已没有被拉薄的功能，而在实际生产中，如果拉边机放在此

位置，机头很容易在玻璃板上打滑，如果玻璃板有摆动，则很容易掉边，所以生产中尾对拉边机往往放在820℃左右的位置甚至更高。

（6）横向温差

槽内横向温差始终存在，一般都是中间温度高，两侧温度低，所以导致玻璃液中间流量大，两侧流量小，反应到成品玻璃中间厚两边薄的现象。正常生产时横向温差越小越好，必要时可用电加热预以调节。

为满足玻璃液充分摊平抛光的要求，进锡槽的玻璃液；温度是很高的(1100℃以上)，既使是成型完毕(拉边器以后)，仍然有较高温度(800℃以上)，要靠锡槽的自然降温而达到上过渡辊台的温度要求(600±10℃)，则锡槽全很长很长，这显然是不合理的。在锡槽内玻璃的上方，穿插一定数量的冷却器以强制降温则有效地解决了这问题。

4.6.2气氛制度

4.6.2.1保护气体作用及组成

生产性能优良的浮法玻璃，除玻璃液本身熔化良好是前提外，锡液面的光亮洁净也是

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必要条件。锡液在1000℃左右与玻璃液的浸润角为175°，基本上不浸润。但锡在高温下极易被氧化，锡的氧化物(SnO2、SnO)却严重活染玻璃，使玻璃出现雾点、光畸变点、沾锡等缺陷。严重时玻璃甚至不透明，热处理(如钢化)呈现虹彩，因此，生产性能优良的浮法玻璃，除玻璃液本身熔化良好是前提外，锡液面的光亮洁净也是必要条件。

锡液的性质决定了需在锡槽内通入大量的高纯氮气（N2）和高纯氢气（H2）组成的保护气体。锡在高温下极易氧化成氧化锡。为了适应玻璃成形的需要，必须保持锡槽内锡液面的光洁，因此锡槽空间要导入还原的保护气体，以防止空气进入锡槽内使锡发生氧化反应。

在生产中，严格控制保护气体成分、用量，稳定压力，采用正确的进气方法和锡槽的密封方法，防止保护气体的外逸是提高浮法玻璃质量的重要工艺之一。

氮、氢保护气中的氢含量在4％～8％之间，随锡槽的密闭性，锡槽的不同部位及操作水平而异。锡槽密闭性好，漏入的空气、烟气少，含氢量可少些；操作水平高，操作孔开的次数少，时间短，漏入的空气少，也可少用氢；锡槽首尾二端，操作孔口较多，漏入空气可能性大，保护气体中的含氢量要高些，其他部位可低些。密闭及操作较好的锡槽的保护气中氢的含量如下：首、尾部4％-8%，中部2％～4％，常用最大为8%，事故最大10％。国内外使用过的保护气体成分如下：

N2:88%，CO：10%，H2:1%，CO2:1%； N2:97%， H2:3%；

N2:96%，H2 +CO:4%，CO2:1%； N2:95%， H2:5%； N2:99%， H2:1%；

有的还在保护气体中加入少量甲烷（CH4），用量不超过氢量的50%（约0.01%～2%）。 H2对SnO2的还原能力与温度有关。实验证明H2对SnO2的还原能力随温度升高而增强，随温度降低而减弱。对于含O2＜10cm3/m3(PPm)时，H2对SnO2的还原最低极限温度为550℃。

在锡槽中为了弥补低温区段H2对SnO2 (或SnO)的还原能力，常采用增加H2含量的做法，表4-27列出锡槽个同部位保护气体的N2、H2比例。有的尾部H2含量可达到10％～12％。必须注意，H2含量一定要小于13％，以免引起爆炸。

表4-27 H2 含量 单位：%

部位 H2含量 首部、尾部 4-8 中部 2-4 常用最大 8 事故最大 10 5

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采用碳质元件或碳涂层材料作为电热元件，保护气体的氢气可防止高温下暴露的电极元件燃烧。尽管如此，在锡槽温度下碳会缓慢地与水蒸气和氢气反应，生成以甲烷为主要成分的碳氢化合物。在保护气体中加入适量甲烷．可以防止H2和C之间的反应，同时也可以阻止水蒸气与暴露的碳质元件之间的反应。保护气体中CH4和H2的含量有—定的比例关系，并随H2含量增加而增加。如当保护气体H2含量为0.5％时，H2和C之间的反应可能性减少，为阻止H2和C之间的反应所需要CH4，仅为H2含量的1％左右；而当H2含量为9.5％时，CH4必须在6％左右，此时CH4达到了H2含量的50％。

锡槽内的气氛要求除承托玻璃带的介质即金属浮抛液的性能来确定，若金属浮抛液不用锡、则保护气体也将作相应改变。如有人建议用金银合金(Au28％十Ag72％)作金属重液，则不需要还原性气氛，因为这种合金在玻璃成型温度范围内不会被氧化，这样可使生产工艺简化得多。

4.6.2.2保护气体的主要技术参数

就国内浮法玻璃企业而言，目前大多采用N2+H2作保护气体，供气设备的压力一般维持在0.03MPa左右，流量(标准状态)维持在1400～1500m3／h，其中氮气(标准状态)为1300-1400m3／h；氢气(标准状态)为90-110m3／h(约占混合气的5％～8％)。在锡槽内的分布多采用首部为5％～6％；中部为2％～4％；尾部为4％～6％。保护气体的质量控制指标：氮气中氧的体积分数≤10×10-6，露点≤-60℃；氢气中氧的体积分数≤3×l0-6，露点≤-60℃。

4.6.2.3保护托体消耗量

保护气体消耗量与锡槽的密闭性和尾端出口处的开口尺寸以及槽内压力有关。 为了避免外界空气逸入锡槽，这就需要维持槽内一定的正压，通常在尾端应保持槽内压力不低于20Pa。要维持一定的正压，除供给足够的气体量外，必须加强锡槽的气密性，特别是要尽量减小尾端的开口尺寸。在这样的情况下，对于小型锡槽，约需1200m／h的保护气，对于较大型的锡槽，约需1500m／h的保护气体。如果气密性不好，尾端开口尺寸过大，即使再增加较多的保护气也很难保持槽内压力在20Pa以上。

5.3.2.4保护气体纯度

锡槽除要得到正确的保护气体供给外，还要确保气体的纯度。保护气体纯度不单是气体制作过程的问题，如在生产中对锡槽维护不当，也会降低保护气体的纯度。

（1）氧的分压对保护气体纯度的影响

虽然锡槽内保护气体压强大于锡槽外的大气压，但是，根据理论计算，锡槽外氧的分压远远大于锡槽内氧的分压，如果锡槽密封不好，稍有渗漏就会有使大量的氧进入锡槽，使保

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护气体的纯度大幅度下降，从而影响玻璃的质量。

（2）锡液对保护气体纯度的要求

根据理论计算，锡液对氧的平衡分压是非常低的，表4-28列出了锡液在不同温度系对保护气体纯度（含氧量）的平衡分压。

当保护气体中氧的平衡分压大于表中的数值，锡的氧化还原反应就不会停止。保护气体的纯度越高就越有利于锡液的保护。

表4-28 锡液对保护气体纯度的平衡分压值

T/℃ Sn+O2＝SnO2 600 800 100 1.400×102.134×104.138×10－26－20－16pO2/atm 2Sn+O2＝2SnO 8.571×109.931×101.249×10－36－24－19 但在实际生产中要达到这样低的氧的平衡分压值是不可能的，所以要在保护气体中加少量的氢气（H2），使氧的平衡分压降低，而且在锡槽内很快达到平衡。

2H2+O2＝2H2O

加氢气（H2）后得到的氧的平衡分压值见表4-29。

表4-29 加氢后氧的平衡分压值 T/℃ 600 800 100 pO2/atm 1.305×104.484×102.968×10－24－19－15

氢气（H2）对降低氧与锡液的平衡分压有良好的化学热平衡效应。氢气不仅对氮气中的残余氧有作用效应，而且其中很大部分是用于克服锡槽渗漏所形成的氧化还原反应。当锡槽封闭不好，锡槽内氧含量过高，氢气将不能满足氧的分压平衡需要，锡液的氧化就会加剧。氢气的含量不可能无限制地增加，氢气的增加不仅是浪费，而且安全上也是不允许的。

保护气体纯度不能靠增加氢气的用量解决，应该靠提高保护气体制作纯度，加强锡槽封闭，减少含硫组分的带人来解决。保护气体中氢气的含量在满足降低氧的平衡分压后，所多余的含量是有害的。因为氢是最活跃的元素，在氧化还原反应中，是最好的还原剂，可加速还原反应，如果氢气的含量过高会加速锡槽内如下反应过程。

SnO＋H2＝Sn＋H2O

SO2＋H2＋Sn＝SnS＋2H2O

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SnO＋H2S＝SnS＋H2O

Na2O＋SO2＋H2O＝Na2SO4＋H2?

上述反应式表明，对硫氧危害严重的锡槽不能用过重增加氢气含量的方法解决其危害。氢气含量过高，不仅不能提高保护气体的应用效应，反而会增加SnS、H2O、Na2SO4及漂浮Sn等有害物质的危害。这些有害物质凝聚在一起黏性大，破坏了玻璃带和锡液的互不浸润效应。同时，还原组分含量的增加不仅增加费用，而且容易形成“雾点”产生副作用。因此，气体纯度(用氧化组分的含量表示)在某种意义上，对保证玻璃成型质量起着十分重要的作用。

当锡液硫污染严重时，如芒硝含量大于3％时就会造成累计性锡液污染。锡液纯度逐渐下降，锡液内所含大量SnS对H2产生还原反应。

SnS＋H2＝Sn＋H2S?

H2被S夺去形成的H2S，使H2失去降低氧的平衡分压的作用。凡属硫污染严重的锡槽，锡氧化明显加重，氢气保护作用减弱。即使氢气含量很高，也会感到锡槽内保护气体量不足，并存在大量的锡灰。其原因就是H2对锡的还原保护作用被S污染所破坏。

如前所述，锡的化合物对玻璃成型产生不利的影响，它可能使玻璃形成雾点、沾锡、擦伤、彩虹和小波纹等缺陷，锡的化合物是在锡液受到污染和氧化的过程中产生的。所以，要想制得优质玻璃，必须有效地防止锡的氧化。由于氧化还原反应的平衡状态与气相中各种组分的含量有关。所以保护气体中原始的氧化组分和还原组分含量就决定了气体质量。能满足浮法工艺要求的，理论上的最低保护气体纯度（极限最大氧化组分含量），可以用化学热力学方法进行理论计算（这里不再论述，请参考相关书籍）。理论计算的前提是，假设锡槽密闭性好，保护气体有足够的流量，能够维持锡槽空间一定的正压而没有外界空气侵入。锡槽中的最低温度是600℃，是最容易氧化的，所以采用温度600℃时的分压来计算气体的纯度。经过计算所得的保护气体理论允许最高的含量如下这里不再论述，请参考相关书籍）：

表4-30 理论允许最高的含量

保护气体组成 N2(%) 97 95 92 H2(%) 3 5 8 露点 （℃） -30 -30 -30 允许最高含氧量 (×10%) 负值 负值 负值 -4 8

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86 85 97 95 92 97 95 14 15 3 5 8 3 5 -30 -30 -50 -50 -50 -60 -60 负值 4.958 20.117 46.640 86.424 34.499 60.922 从表4-30可以看出，露点-30℃的保护气体，含氢量低于15%时，允许的最高含氧量为负值，也就是说，无论保护气体中含氧量少到什麽程度，都不能对锡液起到防止氧化的保护作用。提高氢含量由于受到其它因素的限制，通常氢含量不大于10%。因此露点—30℃的氮氢保护气体不能满足使用要求。露点—50℃、—60℃的保护气体，不同的含氢量允许的最高含氧量也有所不同，含氢量越多，允许的最高含氧量也越多。在实际应用中，考虑到其他一些不利因素，例如保护气体通过管路输送过程中纯度的降低，外界空气不可避免的渗入锡槽等等，因此，实际控制的含氧量应比理论值更低一些。

4.6.2.5保护气体在锡槽内的流向

为了寻求保护气体对锡液的最佳保护效果，在锡槽工艺设计或生产实践上，人们总是控制保护气体在锡槽内的合理流向，使锡槽内的各种反应有利于玻璃质量的提高。实践表明，在锡槽内对保护气体的不同流向的控制，其效果是不同的。

（1）横向流向 保护气体在锡槽内的横向流向取决于锡槽的罩顶结构设计，在生产中是无法改变方向的。

一种方法是，在锡槽罩顶两侧留有一定宽度的间隙，保护气体从两侧流向槽内，再流向中间。这样做的目的，主要是因为氧的分压差主要作用在锡槽的侧壁，加大边部保护气体的流量，可以抑制边封渗漏所构成的危害。但此法实际效果不理想，因为锡槽内外氧的分压差相当大，锡槽封闭不好根本无抑制作用。相反，在气体向中间的流动过程中，把锡液裸露面所形成的各种有害挥发性气体带到中间，而且由于罩顶气流小，温度低，使各种有害物质凝聚在罩顶上，相对减少了保护气体逸出时对有害气体的带出量。一段时间后，罩顶凝聚物脱落就会构成对玻璃的污染，所以凡属这种从边部流入保护气体的锡槽必须经常清扫锡槽罩顶。

另一种方法是，保护气体从罩顶砖的间隙均匀流入槽内，流向从中间压向两侧。这样

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罩顶气流大，凝聚物少，边部有害气体很难流向中间，在保护气体逸出时，可增加对有害物质的带出量。其缺点是，如果罩顶结构不合理或安装质量有问题，容易造成气体布置不均匀。

（2）纵向流向 一种方式是，把后区保护气体配置量加大，让气流从后向前流动，而且使流槽加大开放量，让保护气体在流槽逸出时带走大量的有害物质，这样做实际效果也不理想。原因是后区保护气体加大后，大量的保护气体不是流向前区，而是从末端无作用地排放到锡槽外，而前区则显示出保护气体量不足。流槽由于有害气体的通过，上顶盖砖凝聚物受气流冲击，不断脱落而污染玻璃。这种控制方式以前国内使用较为普遍，目前已很少使用。

另一种方式是，将前区分配量加大，加强流槽(即调节闸板以后)的密封，而且用纯氮气隔离，使锡槽内保护气体向末端流动，这样槽内压力提高，可使大量有害物质从末端带出。这种方式的缺点是，如果前区锡槽密封不好，保护气体纯度不够，或纯氮气用量太大会因氧化亚锡过量，在低温下还原出来的锡在玻璃上表面形成锡点。

（3）流槽纯氮气箱的用法 在流槽(唇砖上部)的纯氮气箱通人一定数量的纯氮气，其作用为隔离槽内气体进人流槽污染玻璃液，但用法不当反而会影响玻璃质量。纯氮气用量过大会使纯氮气进入锡槽内，使锡槽内氧量增加，锡液氧化加速，另外还会因气流的冲击，造成流槽盖板砖上的凝聚物脱落而污染玻璃。

流槽封闭得越好，纯氮气用量应越少，在用气量的控制上宜少不宜多。 4.6.2.5保护气体压力稳定的调节措施

国内浮法玻璃厂供气设备的压力一般都很小，大多在0.03MPa以下，且普遍没有良好的氮、氢比例调节设施,氮、氢气体用量基本上靠氮氢站人工“定量”供给。这种供气方式存在着许多缺陷。例如槽内空间发现一丝丝的白烟，或玻璃沾锡严重，或打开锡槽边封门操作时,都要预先与氮氢站联系，并征得同意后方能调节气量，有时还要通过厂部调度予以解决。由于不能及时调节槽内气氛，造成锡液氧化普遍严重，玻璃出现沾锡、光畸变点、钢化彩虹等缺陷就在所难免。

为了改变上述供气局面,国内许多有条件的浮法玻璃企业,都在着手搞氮、氢比例自动调节装置。通过增设氮气缓冲罐、氢气贮存罐和自动补氢系统，使供气系统形成自动比例调节。当锡槽气氛发生变化时,自动提高氢气的比例到8%～10%，从而使锡槽内保持清洁。这是我国浮法工艺发展的基本方向。目前,多数浮法玻璃企业因经济和技术条件的制约，还不能实现氮、氢比例的自动调节。但是,通过深挖潜力、协调生产，完全可以减少因锡槽压力波动造成的损失。首先应加强氮、氢生产的稳定性,尽量减少因操作上的失误而造成的压力波动，减少跑、冒、滴、漏；在设备倒换时，力求平稳；排污时要短而勤；保证设备的完好

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