建筑玻璃与工业玻璃２０１４，Ｎｏ＿１ 如何持续保持好钢化玻璃平整度的技术分析 吴江南玻华东工程玻璃有限公司 程立华 摘要：本文对影响钢化玻璃平整度的因素进行了深入的分析，提出了如何提高和稳定地保持钢化玻 精度水平跳动均匀性 璃平整度的技术方案。 关键词：平整度１市场对钢化玻璃质量（平整度）的要求 目前市场上对钢化玻璃平整度的要求越来越高， 最终的检验效果是玻璃（单片或钢化后的中空玻璃） 安装到建筑物上，玻璃上反射的外界景物在几十米外 看存在多大的扭曲变形，目前大部分玻璃均存在明显 的变形现象。当然中空玻璃由于环境温度或海拔高 度的变化，造成内外压差导致玻璃凸起或凹陷现象， 也会产生明显的扭曲变形现象。如果中空玻璃生产 时的环境温度和海拔高度与现场安装使用时的条件 一图１ 致，并且安装良好，则中空或者安装因素不会对玻 软下垂现象。在进入到钢化段急冷时，也会造成玻璃 边部和中部冷却收缩的不同，玻璃前端和尾端与中部 璃变形造成大的影响。这里我们只讨论钢化平整度 对以上变形现象造成的影响。 目前衡量钢化玻璃的平整度主要有两个技术指 标：弓形度和波形度，国家标准都有定义。波形度又 分为中部波形度和边部波形度（翘曲），目前先进的钢 化炉可以做到批量生产过程中，６ｍｍ透明钢化玻璃 弓形度≤１‰、中部波形度≤０．０５／３００ｍｍ、边部波形度 相比，玻璃内局部密度有些差异，存在突变现象，造成 微观结构上不均匀。当光线入射到玻璃上，在玻璃上 下表面分别产生反射、折射和干涉现象，由于边部与 中部微观结构的差异，反射景物如一条电线，到边部 明显折弯，线条变粗，甚至变成一个光圈。一般情况 边部波形越大，现象越明显；波形较小，会有所好转。 通过大量的实验分析，要减小玻璃边部的变形现象， 除尽可能减小边部波形外，还应重点改善玻璃加热的 ≤Ｏ．１０／３００ｍｍ，远远优于国家标准。但在有些情况下， 远处看玻璃成像，依然能看到玻璃的边部反射成像存 在扭曲现象，见下图１。 左边一片玻璃边部扭曲现象明显，右边一片玻璃 要好很多。通过大量的观察、总结及分析，玻璃的成 像效果和波形度有一定的关系，对于玻璃的边部翘曲 来说，波形度不好，成像效果不会好；波形度良好，成 均匀性、炉内及钢化段的传动辊道水平及跳动和冷却 均匀性等因素，下面就影响玻璃平整度的主要因素及 如何能持续地保持好钢化玻璃的平整度进行深入的 分析。 像效果一般会较好，但不是绝对的。主要是一片钢化 玻璃在传送方向的前端和尾端，变形现象更明显。 造成这一问题的主要原因是玻璃在炉内加热，前 ２影响钢化玻璃平整度的因素 对钢化玻璃平整度产生影响的因素较多，但主要 来自于三个方面，传动的水平和跳动、加热的均匀性 和冷却的均匀性，下面对这三个问题分别进行技术分 析和说明。 一端和尾端加热比中部要快，并且由于传送辊道间距离 较大，通常间距约１２０ｍｍ左右，玻璃前端和尾端有变 １７— Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｌａｓｓ№１ ２０１４ ２．１传动的水平度和跳动对钢化玻璃平整度的影响 ２．１．１硅辊的水平度 一般情况下，钢化炉在安装完成时，硅辊的水平 度很好，用光学水平仪测量，可以达到４０．５ｍｍ，但是 在以后使用过程中，随着各种因素的变化，水平度可 能逐渐会变差，最好半年检查测量一次。如果硅辊水 平度不好，在炉内前、中、后、左、右等部位存在偏差， 首先会对玻璃的下表面传导加热均匀性有较大影响， 从而影响到玻璃的变形；其次由于硅辊的高低不平， 会直接影响到玻璃的变形，尤其是玻璃表面比较软的 时候。 ２．１．２硅辊的跳动 水平钢化炉的硅辊是由熔融石英或陶瓷材料制 成的，其具有很好的耐热冲击性和热稳定性，但由于 有时其内部结构的不均匀性可能导致在加热时特别 是高温下产生热变形。硅辊的热变形必然引起辊道 的弯曲而转动时产生跳动；另外硅辊两端金属头松动 也会引起硅辊跳动，导致玻璃在跳动的硅辊上运动 而产生变形。正常情况下，硅辊中间的径向跳动应 ≤０．２ｍｍ。 ２．１－３石棉辊的水平度 石棉辊的水平度应参照硅辊的水平度调整到一 致，如果各个部位石棉辊的高度存在较大偏差，或石 棉绳磨损导致辊道平面偏差较大，玻璃在加热炉加热 后迅速被传递到风栅石棉辊上，此时玻璃仍处于软化 状态，风栅辊道水平度不好必然影响玻璃的平整度， 石棉辊道的水平度应≤ｌｍｍ。 ２．１．４石棉辊的跳动 石棉辊在长时间的使用过程中，有可能会造成辊 道的弯曲及轴承座或轴承的磨损而产生跳动现象，也 会对刚出炉时表面较软的玻璃变形产生影响，越靠近 出炉口的辊道影响越大。石棉辊道的跳动应≤ｌｍｍ。 ２．２加热均匀性对钢化玻璃平整度的影响 由于玻璃的热膨胀系数比较高（玻璃的线膨胀系 数为９×１０／℃），如果玻璃上表面和下表面加热不均 匀，或中间与边部加热不均匀，同样会对玻璃的变形 和平整度造成较大影响，玻璃有可能直接在加热炉内 产生变形，也有可能在冷却过程中平整度发生变化， 造成玻璃的整体或局部弯曲等。所以控制加热均匀 性是非常重要的一个因素，当然对于一台特定的钢化 炉来说，其加热均匀性首先取决于其设计和制造水 平；其次取决于各加热模块的工作状态，下面对影响 加热均匀性的各个模块进行分析和说明。 一１８— ２．２．１加热元件对加热均匀性的影响 加热元件主要指加热丝、对流风机等，要求加热 丝电流偏差最好控制在±２％之内；对流风机工作稳 定，无明显震动、异响、对流风嘴没有堵塞等，对流压 力及风量满足设计指标。以上加热元件的损坏及磨 损等都会影响到玻璃加热均匀性，因此对加热元件要 经常进行检查维护，使其恢复到最佳水平。 ２．２．２测温元件对加热均匀性的影响 炉内测温元件主要指测温热电偶，热电偶的损 坏、精度的下降及位置的变化都会对加热均匀性控制 造成很大影响，因此对热电偶要定期进行检查、校准。 对于常用的热电偶，要建立一套温度、毫伏值标准对 应曲线及专用测量仪表，方便对不同温度下热电偶校 准使用；此外每一个热电偶的标准安装位置也应测量 并记录，存档备查。 ２．２－３炉内元件变形对加热均匀性的影响 炉内元件主要指对加热有影响的一些主要部件， 主要有炉丝套管（或铸钢）、辐射板、对流风嘴板、热平 衡管等与辐射和对流加热有直接关系的部件，在高温 下，这些部件在长期使用过程中受各种因素的影响， 肯定会存在一定程度的变形。如果这些部件变形较 大，会造成各个部位到玻璃表面的距离发生较大变 化，从而影响到辐射和对流加热的均匀性。 ２．３冷却均匀性对钢化玻璃平整度的影响 玻璃加热到接近于软化点温度从炉内出来后被 迅速冷却，如果玻璃上下表面冷却不均匀或局部冷却 不均匀，会造成玻璃的整体或局部收缩不同，对钢化 玻璃的平整度及应力会产生较大影响，因此钢化风栅 段影响冷却均匀性的主要有两个方面的因素，风栅高 度偏差和风嘴吹风均匀性。 ２．３．１风栅高度偏差对冷却均匀性的影响 在钢化风栅前、中、后、内、外侧的各个部位，如上 风栅到玻璃上表面的距离不相等，或下风栅到玻璃下 表面的距离不相等，都会造成玻璃冷却不均匀而影响 平整度，因此风栅高度要定期进行校准，偏差控制在 ≤ｌｍｍｏ ２．３．２风嘴对冷却均匀性的影响 风嘴如果堵塞或开裂，也会造成玻璃冷却不均匀 而影响平整度，由于风机房清洁不好或没有过滤棉等 原因，经常会发生风嘴有堵塞现象，风栅外侧风嘴更 容易堵塞。因此保证风机房空气的洁净度非常重要。 ３如何保持钢化玻璃质量的稳定性 我们经常会遇到以下三个问题： 建筑玻璃与工业玻璃２０１４，Ｎａ １ （１）工艺参数没有改变，玻璃质量变差了吗？ （２）设备正常维护保养，状态会变吗？ 对于以前老的工艺参数文件，如６ｒａｍ透明玻璃， 规定了加热时间、温度、风压、气平衡等主要工艺参 数的基本范围，但由于操作者经验不同，对玻璃的不 同摆放等情况，做出钢化玻璃的质量如平整度等，有 （３）如何确保设备的正常状态呢？ 要确保玻璃质量的稳定性，要对以上三个问题进 行认真分析，从设备及工艺上针对性地找出解决对 策，经过大量的实践经验及严谨的技术分析论证，做 好以下三个方面，对保持钢化玻璃质量的稳定性有着 决定性的作用。 ３．１良好的设备状态 时会相差较大。如制定精细化的工艺参数文件，如 ＡＢＣＤ．ｐｄｆ，其中Ａ表示在传送方向上的玻璃排数；Ｂ 表示在宽度方向上的玻璃排数；ＣＤ表示一炉玻璃的 总长度。如２２４５．ｐｄｆ，玻璃装载情况为竖放两片、横 放两片、总长度约４．５ｍ。对于不同的装载类型，可分 别设置不同的工艺参数，因此仅仅对于６ｍｍ透明玻 良好的设备状态对钢化玻璃质量的稳定性非常 重要，热加工设备与冷加工设备不同，设备状态不稳 定不仅会导致故障率高，影响生产效率，而且更重要 的是会影响到产品质量。因此要确保设备状态的稳 定性，要做好以下三方面的工作： 璃，对应主要的装载方式，因不同的炉型，可设定约 ２Ｏ～３Ｏ套工艺参数，这些参数存在操作电脑内。对 与设备操作者，针对不同的装载类型，直接调用类似 的工艺参数，对参数可稍微修改，不需做大的调整，如 果设备状态稳定，不同的主操，生产出的钢化玻璃质 量应该是一样的，对主操本身经验的要求不高。当然 更细一点还可考虑到，环境温度、原片厂家、预处理情 况等一些外部因素的影响。 ３．３严格的工艺执行纪律 首先要做好设备基础性的ＴＰＭ工作和及时可靠 的维修保养； 其次最核心的是要建立数据化的设备状态技术 指标和档案，如下表１钢化炉状态主要数据记录表， 对以上项目的状态数据要利用停机或洗炉期间定期 检测及记录，从新设备开始就对设备的关键技术指标 进行动态跟踪，发现异常，及时调整及修复，始终保持 设备接近于新设备的状态； 首先对工艺操作人员进行工艺培训、考试，熟练 掌握钢化炉的设备结构及工艺操作原理，强化质量意 最后对钢化炉设备及工艺使用状况及可能存在 的问题，每个季度进行一次设备技术评审，对综合性 的问题制定解决方案及完成计划。 ３．２精细化的工艺操作 识，确保玻璃出炉温度及均匀性。其次为强调工艺纪 律的执行力，对工艺操作人员进行考核，由工艺工程 师每天负责检查、指导，每周进行工艺、操作及质量问 题评审，每月考评时对执行好的操作人员进行奖励。 对于执行不好的操作人员，可进行降级或调岗处理。 表１ 钢化炉状态主要数据记录表 序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 项目 硅辊水平度 硅辊跳动 钢化段水平度 钢化段石棉辊跳动 要求及标准 ≤０．５ｍｍ ≤０．２０ｍｍ ≤１．０ｍｍ ≤０．５ｍｍ ≤１０ｍｍ ．检查周期 负责人 检查记录 建立档案 备注 半年 半年 季度 季度 工程师 工程师 工程师 工程师 、／ 、／ 、／ 、／ 、／ 、／ 、／ ＼／ 、／ ＼／ 、／ 、／ ＼／ 、／ （铸钢、炉内加热元件 耐热不锈钢等）平整度 半年 半年 周 工程师 工程师 工程师 对流加热管变形度 对流风机工作状况 ≤３．０ｍｍ 设定从０～１００％，运行平稳 ８ ９ １Ｏ 对流加热管风嘴堵塞情况 钢化段上下风栅水平度 钢化段上下风栅风嘴堵塞情况 无堵塞 ≤１．０ｍｍ 无堵塞 洗炉时 工程师 季度 季度 工程师 工程师 、／ 、／ 、／ 、／ 、／ 、ｖ／ １ｌ １２ １３ 热电偶位置偏移情况 热电偶校准情况 加热丝电流测量 确保安装时正常位置 测量与标准曲线对比 与标准比不超过±２％ 洗炉时 工程师 洗炉时 工程师 洗炉时 工程师 、／ 、／ 、／ ＼／ 、／ 、／ （下转第１６页） 一１９— 从现场破裂玻璃时间段来看，玻璃大多在晚间破 损，这也说明了玻璃耐急高温而不耐急冷却的现象。 ３．５玻璃结构存在缺陷 为了减少外面的热量进入室内，并避免中空层产 生“热岛现象”，Ｌｏｖｅ—Ｅ应放在第２层上，见图７，这样 可减少因温度的升高而产生的热应力对玻璃的受力 １ 是硫化镍（ＮｉＳ）杂质的存在。为了把缺陷玻璃消灭在 工厂内，应对钢化玻璃进行“热浸法”工艺的处理，即 在引爆炉中处理。 （３）夹层玻璃应采用同质的原片玻璃，尽量避开 不同厚度或不同颜色的玻璃合成夹层玻璃。防止因 膨胀系数不同引起玻璃的破裂。 （４）考虑到平整度与应力强度的关系，在获得用 冲击。原因在上节４中已述，不再重复。ｗ — Ｅ ｏ 第２层Ｌｏｗ—Ｅ 从 图 第 ７ 一 ：：： ：：：；：： ：：；；：＝ ：一 户认可与标准允许的前提下，钢化强度不能太高，应 力在８０ＭＰａ以上，在５０ｒａｍ×５０ｒａｍ范围内碎片数在 ４０～１０之间为好。 量 第３层Ｌｏｗ—Ｅ ａ 垂［ 叁 层 ３ 凋 控 至 第 ２ ｂ 层 （５）采光顶钢结构与玻璃的连接。在保证钢结构 的强度情况下，采光顶玻璃安装尽量与水平有一定角 度，避免玻璃平放，见图９。 ４解决自爆的对策 （１）玻璃结构上的改进。在维修补片玻璃制作上， 我们对原玻璃结构进行了调整，如图８所示中，从ａ 结构改为ｈ结构。这让太阳能的热量更多的反射出 去，使双钢化夹层玻璃受到因热量而引起的热应变力 减少到最小，从而达到玻璃的应力控制在不爆裂范围 内。 ａ 图９ 在图９（ａ）图与（ｂ）图中，（ａ）图易造成玻璃向下凹， 当玻璃面积在３ｍ 以上时，易破裂；（ｂ）图有一定倾斜 安装的玻璃受力要好许多。 综上所述，建筑用采光顶复合中空玻璃的“自爆” 第３层Ｌｏｗ—Ｅ ａ ｂ 现象，原因是多方面的，我们在分析寻找原因过程中， 首先从原片质量人手，再从加工工艺和产品结构上找 原因，最后从现场的建筑结构与安装上找原因。从以 上三个方面入手，一般都能找到玻璃“自爆”的主要 原因 图８ （２）当使用双钢化夹层玻璃时，原片应选用优质 浮法玻璃，以防止因玻璃原片缺陷弓ｌ起的自爆，特别 （上接第１９页） 的设计及制造水平，目前许多钢化炉制造厂家，都在 技术创新方面做进一步的尝试。因此在一定程度上 ４结束语 通过以上对设备、工艺及操作上保证钢化玻璃质 量的持续稳定性，能保持钢化炉所加工的钢化玻璃质 量水平始终能接近于新炉子时的水平，对于先进的钢 可以说，钢化玻璃所能达到的最高质量水平是设计 出来的，通过设备及工艺的完美结合，将这种高质量 的水平展示出来。纯平无斑是物理钢化玻璃追求的 一化炉，能加工出高质量的钢化玻璃；对于一般水平的 钢化炉，也能发挥出这台炉子的最好加工水平。也许 设备已用了三年、五年或更长时间，设备外观也可能 很破，但加工质量并没有明显下降。但是对一台具体 的钢化炉来说，钢化玻璃质量最高能达到什么水平， 个永恒的目标，但目前离这一目标还有相当大的距 离，要求对钢化炉的工艺研究、设计理念及制造能力 方面进行更多的创新与改变。 参考文献 ［Ｉ］ＴＡＭＧＬＡＳＳ ＨＴＦ ＰｒｏＥ ＣｏｍｂｉＣｏｎｖｅｃｔｉｏｎ钢化手册 在确保以上三个因素的基础上，核心是取决于该设备 一１６一
