汽車鋼化玻璃生產(chǎn)過程中的溫控工藝探討

 

      作為最常用的安全玻璃的一種形式，鋼化玻璃有著無與倫比的優(yōu)勢：它的強度是普通玻璃的4-5倍，抗折彎度是普通玻璃的3-5倍，抗沖擊強度是普通玻璃的5-10倍。另外，鋼化玻璃破壞也呈無銳角的小碎片，耐急冷急熱性質(zhì)較之普通玻璃有2-3倍的提高，一般可承受150％以上的溫差變化，對防止熱炸裂有明顯的效果。

 

      溫度控制是鋼化玻璃生產(chǎn)的核心部分，它對產(chǎn)品的質(zhì)量有極其重要的影響。要想掌控鋼化玻璃的生產(chǎn)工藝， 首先必須對溫控工藝有詳細的了解和掌握。物理鋼化玻璃的工藝過程可以簡單的概括為將玻璃加熱到一定的溫度，然后迅速冷卻，以增加玻璃的機械性能與熱穩(wěn)定性。其原理是：將玻璃在加熱爐內(nèi)加熱到低于軟化溫度，然后迅速送入冷卻裝置，用一定壓力的常溫氣流進行淬冷，玻璃外層首先收縮硬化，由于玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)小，這時玻璃內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)，等待玻璃內(nèi)部開始硬化時，已經(jīng)硬化的外層將阻止內(nèi)層的收縮，從而使先硬化的外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，后硬化的內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力，正是由于玻璃表面的這種壓應(yīng)力的存在，當(dāng)外力作用于該表面時，首先必須抵消這部分壓應(yīng)力，這就大大提高了玻璃的機械強度，因此，鋼化工藝的控制實際上也就是對加熱工藝和冷卻工藝的控制。下面筆者就結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，對其中關(guān)于加熱的相關(guān)問題進行淺顯的分析。 

　　 

      1 汽車鋼化玻璃幾種不同的加熱方式

 

      因爐體結(jié)構(gòu)、玻璃品種、玻璃升溫速度要求不同而需要采用一種為主或多種組合加熱方法。

　　 

      1.1 角窗玻璃加熱

 

      生產(chǎn)角窗玻璃的加熱爐結(jié)構(gòu)見圖1。爐體內(nèi)上部、下部和側(cè)面均設(shè)置電熱絲，每組爐絲可獨立調(diào)節(jié)溫度，爐體分為三區(qū)，每區(qū)中間有隔斷，能夠單獨控溫保溫，升溫曲線如下圖4所示。爐腔的上部電熱絲用不銹鋼板覆蓋，增加輻射傳熱的均勻性，玻璃上表面輻射加熱，下表面胎框傳熱和輻射傳熱。因成型胎吸收部分熱能，下部溫度設(shè)定高于上部20-30℃。 

　　 

      1.2 側(cè)窗玻璃加熱

 

      生產(chǎn)側(cè)窗玻璃的加熱爐結(jié)構(gòu)前后不同，該加熱爐分10個區(qū)。爐體內(nèi)上部、下部、側(cè)面均設(shè)置電熱絲，上部增加軸流風(fēng)機強制對流加熱玻璃，這種對流加熱方式的主要目的是使玻璃均勻受熱，同時減少陶瓷輥傳輸玻璃時產(chǎn)生的輥子印。各分區(qū)之間有隔斷，每個分區(qū)獨立設(shè)定、調(diào)節(jié)溫度，升溫曲線。因強制對流作用，爐上部的空氣向下吹造成上部的熱量流失，上部溫度設(shè)定比正常高20℃ 。

 

      1.3 后窗玻璃加熱

 

      生產(chǎn)后窗玻璃的加熱爐見圖3。爐體上部呈半圓拱形，上部電熱絲按爐體形狀設(shè)置，底部電熱絲覆蓋不銹鋼板，由爐絲加熱鋼板，再由鋼板產(chǎn)生熱輻射加熱玻璃，與爐絲直接加熱相比，具有以下優(yōu)點：①鋼板表面積大，其輻射遠比爐絲直接輻射加熱玻璃更均勻；②鋼板作為蓄能元件，里面儲存了巨大的能量，可以源源不斷地向玻璃提供其所需要的熱量，保證爐溫盡可能均勻、波動??；③加熱效率高，儲存熱量大。該爐的1區(qū)、2區(qū)各安裝2個強制對流器，加熱方式為輻射加熱加對流加熱，對流器主要是使?fàn)t內(nèi)的溫度場更均勻，同側(cè)窗對流加熱直接作用于玻璃還有區(qū)別。如果采用的結(jié)構(gòu)，不利于熱空氣的對流，因后窗面積較大，同側(cè)窗玻璃一樣采用輥道方式傳輸玻璃。 

　　 

      2 加熱過程中快速達到玻璃鋼化溫度的注意事項

 

      鋼化溫度對產(chǎn)品質(zhì)量有重要的影響。鋼化時溫度不合適會對對鋼化玻璃的質(zhì)量產(chǎn)生一系列的影響，如玻璃碎塊過大、玻璃彎曲、玻璃輥道痕、玻璃下表面白道、玻璃表面麻點、玻璃在冷卻時的破碎等。如何使玻璃快速達到要求的溫度，在加熱的過程中我們要注意三個方面的問題。 

　　 

      2.1避免電爐內(nèi)某個區(qū)域的熱量消耗超過加熱效果 

　　 

      這就是要避免出現(xiàn)電爐的超負荷現(xiàn)象，這里所說的電爐超負荷不是指電爐里玻璃占有的面積，而是指玻璃厚度、加熱溫度與加熱時間的關(guān)系，在正常的操作 情況下，在電爐中央加熱元件的加熱區(qū)域內(nèi)，總有玻璃在吸熱，在電爐的這個區(qū)域內(nèi)一直有玻璃存在，如果電爐內(nèi)某個區(qū)域的熱消耗超過加熱效果，這個區(qū)域內(nèi)的溫度就開始下降，一直下降到溫度平衡為止，所以電爐一旦出現(xiàn)超負荷現(xiàn)象，就會引起玻璃在冷卻段的破碎。 

　　 

      2.2厚度不同的汽車鋼化玻璃要求的加熱溫度不同 

　　 

      要鋼化的玻璃越薄，加熱的溫度就要越高，玻璃越厚，加熱的溫度就越低。操作人員要明白電爐溫度與加熱時間的相互關(guān)系以及電爐溫度對厚薄不同的玻璃變化值，所以在鋼化玻璃工藝方面，不能明確指出哪種溫度設(shè)定最好，溫度的選擇在很大在程度上決定于原片玻璃的質(zhì)量和操作人員所調(diào)整的工藝參數(shù)。在實際生產(chǎn)中對加熱溫度的調(diào)整，主要通過對加熱時間的調(diào)整來實現(xiàn)對加熱溫度的控制，加熱時間的基本的計算方法每一名操作人員都應(yīng)當(dāng)掌握。基本的計算方法時每毫米厚度的玻璃約為40-50秒，如果玻璃上有鉆孔、開洞、開槽，加熱時間要在此的基礎(chǔ)之上增加1.5％-2.5％。下面筆者舉一個控制爐溫的例子，來詮釋加熱溫度和加熱時間。

 

      以我公司為例，假如我們在生產(chǎn)鋼化3.5mm的玻璃，加熱溫度為420℃，加熱時間140s，要使玻璃從加熱爐到急冷室的溫度提高10℃，有兩種方法可以使之實現(xiàn)：第一種方法，是將電爐溫度提高100C；第二種方法是增加加熱時間，電爐的溫度保持不變。注意：玻璃溫度接近鋼化溫度前的加熱速度較慢，我們要了解這樣一個基本的原則：如果電爐的的溫度設(shè)定變化了幾度，我們也要使玻璃的加熱溫度同樣也變化相同的溫度，就要改變加熱時間±t秒，才能使玻璃從電爐里出來的溫度在±t秒的時間內(nèi)保持不變。

 

      另外，玻璃的板面越大，加熱的時間應(yīng)相對長一些，反之，相應(yīng)的縮短。 

　　 

      2.3 一般上部加熱溫度要高于下部 

　　 

      加熱系統(tǒng)測得的底部溫度并不是輥子溫度，而是鋼化爐底部加熱元件補償輥子玻璃吸收的熱量后的平均溫度。由于這個原因，所測得的溫度一般較高，比所測得的上部溫度要高一些，所以一般情況下，上部加熱要比下部加熱的溫度設(shè)定要高一些。 

　　 

      3 必須實現(xiàn)玻璃表面各個部分的均勻加熱

 

      玻璃的鋼化成功與否主要取決于玻璃板溫度最低的地方，玻璃要實現(xiàn)鋼化首先必須達到鋼化溫度，所以必須實現(xiàn)玻璃表面各個部分的均勻加熱，我們必須對玻璃在電爐內(nèi)的加熱方式有所了解。我們知道，玻璃在電爐內(nèi)的加熱主要有：傳導(dǎo)、輻射、對流三種方式。傳導(dǎo)加熱主要是水平鋼化爐內(nèi)爐陶瓷輥的熱量傳給玻璃的過程，傳導(dǎo)加熱只發(fā)生在玻璃下表面。玻璃下表面比上表面多了一種熱量獲取途徑，這在水平鋼化爐中不可避免地會使玻璃表面產(chǎn)生上下溫差；對流加熱主要是電爐內(nèi)的熱平衡利用壓縮空氣或循環(huán)風(fēng)機的攪動將熱空氣吹向玻璃表面的熱傳遞過程；輻射加熱是指鋼化爐內(nèi)電加熱絲通電產(chǎn)生的熱量，直接輻射到玻璃 表面，或?qū)崃總鬟f到輻射板上，再由它輻射到欲被加熱的玻璃上的加熱過程。了解爐內(nèi)的加熱方式后，在實際生產(chǎn)當(dāng)中，我們才能在加熱的不同階段采用不同的控制溫度策略。如何使玻璃盡量做到均勻加熱，我們要注意以下幾個方面：

 

      3.1加熱過程中要做好升溫控制

 

      玻璃剛進入爐體時，爐體內(nèi)原有的熱平衡狀態(tài)突然被打破，會引起爐溫的急劇下降，下降幅度在20-100℃之間，所以在玻璃加熱的前半段，玻璃在升溫的過程中，最容易出現(xiàn)各點升溫不均的現(xiàn)象，此時如果增加對流加熱的方式， 開啟上、下部熱平衡，通過爐內(nèi)的高溫執(zhí)風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，將爐內(nèi)高溫空氣進行熱風(fēng)循環(huán)，可有效地解決玻璃各點溫差大的問題。在加熱后半段，隨著玻璃溫度的上升，爐溫也逐步趨向設(shè)定值，玻璃各點溫度差不明顯，應(yīng)以提高加熱速度為主，可關(guān)閉各個熱平衡，直到玻璃溫度與設(shè)定的爐溫一致，加熱過程也就宣告結(jié)束。 

　　 

      3.2玻璃邊部與中部的升溫控制

 

      玻璃在外部環(huán)境溫度一致的情況下，玻璃邊部與熱介質(zhì)接觸表面積大，而對輻射熱的反射小，造成吸熱效率相對中部快，即玻璃邊部溫升快。特別是特大片玻璃，玻璃邊部與中部的溫差更明顯，玻璃中部與邊緣的溫差過大會引起玻璃邊緣的凸凹現(xiàn)象。如果遇到這種現(xiàn)象，我們可以從兩個方面著手進行控制，一方面可以提高爐體內(nèi)的熱平衡壓力，增加熱對流，從而調(diào)整爐內(nèi)的熱平衡來減小大面積玻璃中部與邊緣的溫度差距，另一方面可以適當(dāng)延長玻璃的加熱時間，從而也能減小玻璃中部與邊緣的溫差。 

　　 

      3.3玻璃上下表面的溫差控制

 

      要避免玻璃上、下表面溫差對玻璃鋼化效果的影響。玻璃從加熱階段進入急冷段位時，如果玻璃的上面溫度比下面溫度高，會引起玻璃前后兩端向上彎曲；如果玻璃上面的溫度比下面的溫度低，會引起玻璃中間向上凸起。 

　　 

      3.4 玻璃的放片布置對均勻加熱影響很大

 

      玻璃在放片臺的布置也很重要。放片的合理布置主要是為了保證電爐內(nèi)縱向和橫向負載的均勻性，也就是說，每爐玻璃的放片布置以及各爐的間隙時間要均勻。我們要明白從加熱爐到急冷室過程中的溫度規(guī)律，必須弄清玻璃板布置所取決的因素：當(dāng)玻璃沿電爐前后移動時，玻璃邊緣鄰近的輥子所處的區(qū)域容易過熱，這種現(xiàn)象在兩塊玻璃之間的輥子表面上也容易發(fā)生。在實際的生產(chǎn)當(dāng)中，如果玻璃板在鋼化爐內(nèi)一直以相同的放片布置向前運動，各個輥子溫差就相對的明顯，結(jié)果放片位置一變化，玻璃就會在加熱爐內(nèi)彎形或者在急冷室里破碎。

 

      為了得到最好的鋼化效果，我們要記住放片時的注意事項：為了避免縱向玻璃板間的空隙導(dǎo)致辭電爐的溫度過高，放片臺上玻璃板擺放的越合理，越容易保持輥子溫度一致性，也就是說放片時縱向出現(xiàn)間隙，下一次放片時要補上這個空隙。另外，在比較長的縱向空隙(大于等于二分之一)內(nèi)放下一爐的玻璃，其不良效果要比在整個縱向長度內(nèi)放玻璃明顯得多，這是因為這個溫度高的空隙在加熱一開始就受到了影響，要有充分的時間才能使溫度均衡下來。 

　　 　　 

      4 結(jié)束語 

　　 

      汽車玻璃鋼化過程是以完善的加熱技術(shù)和冷卻技術(shù)為基礎(chǔ)，鋼化過程一個步驟的改進會促使其它步驟的改進，只有整體提高二者才意味著更高的生產(chǎn)率。要獲得高質(zhì)量的玻璃，就必須使鋼化過程十分精準地保持整個玻璃進行對稱的熱傳遞。對流加熱的優(yōu)點在于可以加速對冷玻璃的均勻熱傳遞，通過金屬板導(dǎo)向輻射，為玻璃均勻加熱提供了條件，在玻璃加熱的最后階段，加熱玻璃最有效的方法是熱輻射，使玻璃整體保持在成型和淬冷前所需高溫的穩(wěn)定狀態(tài) 。

 

      同時，作為一名鋼化工藝人員，我們要擁有正確的質(zhì)量觀念，養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣，在實際的生產(chǎn)當(dāng)中還要注重加熱控制經(jīng)驗的總結(jié)，以此來不斷提高生產(chǎn)水平，這樣才能持續(xù)實現(xiàn)高品質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量。