超白浮法玻璃質量缺陷研究

辛燕飛

(中國建材國際工程集團有限公司,上海 200063)

超白浮法玻璃是指采用浮法工藝生產的、玻璃成分中總鐵含量不大于0.015%的平板玻璃，通?？刂圃?.012%左右，也稱低鐵玻璃、無色玻璃、高透玻璃。超白浮法玻璃是一種高品質、多功能的新型玻璃，透過率達91.5%以上，具有晶瑩剔透、高檔典雅的特性，同時也具有優越的物理性能、機械性能和光學性能，可像其它優質浮法玻璃一樣進行各種深加工，如鋼化、鍍膜、彩釉、熱彎、夾膠、中空裝配等。由于視覺效果優越，廣泛應用于建筑工程、汽車、太陽能、精密電子等領域。

由于超白浮法玻璃主要應用于高端建筑工程產業和光伏產業，因此對超白浮法玻璃的質量要求較高，對玻璃的缺陷控制較為嚴格。玻璃的缺陷種類主要分為點狀缺陷、線道、裂紋、劃傷、光學變形和斷面缺陷等，主要表現為氣泡、結石、光變、沾錫、錫石、錫印、灰斑等質量缺陷。按形成部位分類可分為原料缺陷、熔化缺陷、耐火材料缺陷、成形缺陷等。生產高品質的超白玻璃，需要從原料、熔化澄清、成形等各工段提高工藝操作水平，提高質量管理，嚴格控制鐵含量，控制玻璃缺陷的種類、大小和數量。

1 玻璃原料質量控制

玻璃原料容易遭到污染從而引起質量缺陷，原料引起的質量缺陷主要有結石、波筋、氣泡、條紋、節瘤等。控制原料成分、粒度、水分，尤其是鐵含量和粒度，是保證超白玻璃質量的關鍵。同時應加強原料儲存、輸送和配料系統及碎玻璃系統的設計優化，所有的料倉、溜子、提升機、混合機設計高分子聚乙烯板內襯，防止二次污染，在皮帶機、下料溜子、料倉底部出口等部位，設置懸掛式除鐵器和金屬探測器，用于去除機械雜質鐵[1]。超白浮法玻璃對原料質量要求如表1、表2所示。

同時各類原料還應滿足以下要求：硅砂中不得有大于0.2 mm的鉻鐵礦或其它重礦物顆粒，小于0.2 mm的顆粒須小于0.001%；相鄰兩批硅砂的主要氧化物含量應均勻穩定，成分波動不得超過允許范圍的50%；各種原料在滿足玻璃成分要求的前提下，有益氧化物含量可適當增減，有害氧化物含量應嚴格控制。

表1 超白浮法玻璃原料質量要求 %

表2 超白浮法玻璃各種粉狀原料的粒度及含水量要求

如果硅砂顆粒過大，會形成未熔石英，表現為玻璃板上表面配合料結石缺陷，配合料調和不均勻，會在玻璃局部形成硅砂富集，同樣表現為結石缺陷(見圖1、圖2)。應嚴格控制原料的粒度和水分，加強進場檢驗和抽查，加強配合料的混合和控制，嚴格控制配合料水分，防止形成料團造成結石。另外需嚴格控制芒硝含率，避免形成芒硝泡(見圖3)；嚴格控制碳粉含率，保證含量穩定，避免產生微氣泡和超白玻璃顏色不均；保證玻璃氧化還原性的穩定，避免產生微氣泡。

2 熔化工藝控制

氣泡是最常見的玻璃缺陷，氣泡不僅影響玻璃制品的外觀質量，還會影響玻璃的透明性和機械強度。超白玻璃相比普通玻璃，更容易在澄清區域出現氣泡。因為在超白浮法玻璃的生產過程中，因玻璃的鐵含量低、玻璃液的透熱性好，池底溫度更高、不動層更薄、玻璃液流更不穩定等問題，上下溫差減小，玻璃液對流減弱，熔化工藝控制難度更大，容易產生澄清氣泡類缺陷[2]。

超白玻璃的控制缺陷的熔化工藝主要是熔化溫度和操作精度等方面的控制。

1)在設計超白玻璃熔窯時，將池底加深，加強玻璃液的對流和控制玻璃液回流，加大澄清部面積，適當提高熔化溫度，同時增加澄清劑的用量，穩定熔化氣氛，保證燃料穩定[3]。

2)對生產時的熱負荷進行合理調整，有效降低玻璃熔化過程中的熱負荷。比如某條6對小窯爐的超白玻璃生產線，通過降低1～3號爐子的熱負荷，適當提高4～5號爐的熱負荷，滿足了超白浮法玻璃對澄清質量的要求，生產出的超白浮法玻璃質量較好，缺陷數量下降較為明顯[4]。

3)提高玻璃澄清過程中最高玻璃帶的表面溫度，增加鼓泡區域后面小爐熱負荷可以有效提高玻璃澄清排泡能力，進而降低玻璃板中的氣泡缺陷。

3 耐火材料引起的缺陷控制

玻璃液對池壁和池底的侵蝕、燃燒火焰發飄、熔化溫度過高、堿性飛料侵蝕，容易造成耐火材料結石，如鋯質結石、硅質碹滴、硅質耐火材料結石等，留在玻璃液中形成結石缺陷。

同時玻璃和耐火材料間的物理化學作用會引起許多氣泡的產生。超白浮法玻璃生產中由于池底溫度的升高，水平方向上玻璃液流速度增大，對池壁、池底耐火材料的侵蝕也進一步加劇，極易造成耐火材料封閉的氣孔被打開。耐火材料氣孔中通常含有空氣，在還原條件下熔化的耐火材料，氣孔中的O2會轉化成CO2或者CO2和CO的混合物。由于孔隙的毛細管作用，吸入玻璃液，而氣孔中的氣體又被排擠到玻璃液內，兩相作用，產生耐火材料侵蝕泡。這部分氣泡主要產生于澄清區末端到卡脖之間。

根據某條生產線運行初期的缺陷統計分析，大部分缺陷為核心尺寸小于0.3 mm的氣泡及部分0.3～0.5 mm的氣泡，根據人工取樣進一步檢測化驗分析，氣泡成分主要為N2和CO2，及部分Ar，經過分析該氣泡主要為耐火材料被侵蝕產生的空氣泡(如圖4所示)。

為解決玻璃液對澄清帶耐火材料的侵蝕，應針對性地降低澄清帶玻璃液的流動，減少侵蝕。該條生產線通過適當降低熔窯末對小爐的熱負荷比例，來降低澄清帶池底玻璃液溫度，并減少玻璃液流動，從而降低玻璃液對耐火材料的侵蝕作用，減少耐火材料侵蝕氣泡。

同時通過降低鼓泡器流量大小，減少卡脖深層水包的插入深度，減小澄清帶玻璃液回流，降低玻璃液與耐火材料界面處的溫度和流速，減緩玻璃液對澄清區池底耐火材料的侵蝕。經過一段時間的觀察，玻璃缺陷數量有較明顯的減少。

除此之外，控制耐火材料缺陷的措施還有保證正常熔化溫度和玻璃液溫度制度穩定，液面和窯壓穩定，調整好燃燒器火焰長度和角度，避免火焰發飄。另外在耐火材料選型時，優先選用吹氧徹底的電熔耐火材料，杜絕還原物質的污染，也能有效減少耐火材料引起的缺陷[5]。

4 成形操作工藝控制

根據超白浮法玻璃成形工藝的特點，氣泡、光變、沾錫、錫石、鋼化彩虹等質量缺陷是主要的成形缺陷。

4.1 氣泡

成形過程中形成的氣泡主要有閘板泡、唇磚泡、槽底泡等，這些氣泡有一定的規律，一般出現在玻璃板的表面，部分呈開口狀。某條超白浮法玻璃生產線投產初期，在玻璃板左側下部規則出現2～10 mm的大氣泡，經分析為槽底大氣泡，通過調整擋邊器有效的解決了槽底泡。成形過程中出現的閘板泡一般通過做好錫槽密封和定期吹掃解決，嚴重時需更換閘板；唇磚泡一般通過降低流道溫度或更換唇磚解決；槽底泡可通過加強槽底冷卻，降低槽底溫度解決。

4.2 光變

光變缺陷是由于錫液被污染后蒸發到上層空間，冷凝積聚后掉落到玻璃板上而形成的缺陷。光變缺陷的處理需根據光變的大小、形狀和位置具體分析和處理。消除光變缺陷需提高槽壓并保持穩定，定期吹掃流道、水包、頂罩等，尤其注意錫槽的密封。

4.3 沾錫

沾錫產生的原因主要是保護氣體氮氣不純，錫槽密封不好，使錫槽中含有氧化亞錫，在錫槽出口端玻璃帶溫度過高。解決沾錫需保持錫槽尤其是出口端的密封，使用直線電機排除錫灰等雜質，盡量降低出口溫度，同時根據實際情況適當調整過渡輥臺輥子的高度，減少過渡輥和玻璃帶之間的接觸壓力。

4.4 錫石

錫石在玻璃板上呈現為白色點狀缺陷，在顯微鏡下呈珊瑚狀，是由于錫蒸氣蒸發后冷凝形成的。消除錫石主要靠徹底清理閘板，在錫槽入口端放置純氮箱解決。

4.5 鋼化彩虹

鋼化彩虹是指玻璃原片在鋼化加工時，玻璃板面呈現虹彩，是由于玻璃板下滲錫量高形成的。解決措施是加強錫槽密封，降低錫槽窄段的玻璃板溫度，或提高保護氣體中氫氣的含量，以降低玻璃板的滲錫量。

成形是浮法玻璃生產工藝的關鍵，必須加強錫槽各熱工設備的操作，加強錫槽的密封，定期進行吹掃并及時更換損壞的閘板和唇磚等，以控制成形缺陷。

5 玻璃缺陷檢測

提高超白浮法玻璃除了控制原料質量，控制熔化澄清和成形工藝外，還應特別注重玻璃缺陷的檢測，有效利用檢測設備，及時判別不合格的玻璃，并通過取樣分析缺陷產生的原因，提出合理有效的解決措施。玻璃缺陷檢測主要有人工離線檢測、人工在線檢測和機械自動化檢測。目前應用較多的是基于機器視覺的缺陷在線檢測裝置，在線檢查浮法玻璃各類點缺陷和線缺陷等。

5.1 人工離線檢測

人工取樣使用顯微鏡、側面光檢測儀、外觀檢測儀等設備進行離線檢測，檢測玻璃的氣泡和夾雜物的種類、大小和數量等。人工離線檢測的目的是確保玻璃產品嚴格按標準進行控制;及時驗證在線檢測儀器的可靠性;通過人工抽樣檢驗確定玻璃質量的問題，反饋給原料、熔化和成形等操作崗位，及時采取相應的措施消除缺陷。

5.2 人工在線檢測

質檢人員在線根據標準，對玻璃進行目測檢驗，并做好標記，下游人工落板。目前人工在線檢測較少，僅作為機器視覺檢測的補充。

5.3 機器在線視覺檢測

目前常見的機器在線視覺檢測儀主要為應用數字化圖像掃描與識別技術的自動缺陷檢測系統，目前國際上比較成熟的有ISRA和申克博士檢測設備。在線自動檢測儀的精度一般為結石夾雜物可以檢測出最小為0.2 mm，氣泡可以檢測出最小為0.1 mm。在線檢測儀具有速度快、精度高、重現性好、漏檢低的優點。使用在線檢測儀可以較好地觀察當前玻璃的缺陷，并可以統計一段時間內如一個班次、24 h、一周甚至一個月的缺陷數據，包括缺陷大小及占比，也可以統計一段時間合格玻璃的成品率，以便觀察玻璃質量變化，分析原因，及時做出調整。

目前中國企業玻璃一般根據《GB11614—2009平板玻璃》國家標準或各自企業標準檢查玻璃的質量，并按每平米玻璃缺陷的數量和大小不同將玻璃產品分級，利用全自動在線缺陷檢測儀可以便捷檢測玻璃缺陷的種類大小和數量，在計算機管理系統設置產品分類參數后，可以對每塊玻璃進行等級分類，同時給下游的冷端設備發送信號，經冷端線控系統處理，實現優化切割、自動落板和自動取片等，從而實現生產線的流水作業。

需要注意的是中國標準是檢測玻璃點缺陷的核心尺寸，而一些采用歐洲標準《EN572-2 2012基本的鈉鈣玻璃制品 第2部分:浮法玻璃》的國家，一般檢查玻璃點缺陷并且包括光環的尺寸。這相比之前的版本《EN572-2 2004》有較大變化，且與中國標準存在較大差異，如果產品需要出口執行歐洲標準的國家，需注意玻璃缺陷的具體要求，并在缺陷檢測儀設備上進行產品參數設定。

為了保證檢測設備正常檢測以及檢測結果的準確性和可靠性，需要定期校驗檢測設備，人工取樣檢測玻璃缺陷在玻璃板位置是否與設備檢測位置相符，玻璃缺陷的大小是否與設備檢測的大小相符。

同時須對設備進行定期維護，包括對光源系統的清理、擦拭，用高級試鏡布小心仔細擦拭光柵，直到沒有灰塵和雜質為止，一般每月一次；檢測相機玻璃的清理、擦拭，用高級試鏡布小心仔細擦拭相機鏡頭和鏡頭罩，直到沒有灰塵和雜質為止，一般每半年一次[6]。

6 結 論

超白浮法玻璃質量要求較高，在生產過程中要處理好原料、熔化澄清和成形退火等環節的設計和操作。嚴格控制鐵含量，保證超白玻璃的質量，合理設計窯爐保證澄清效果，選用優質耐火材料，不斷減少氣泡等缺陷數量。同時，重視超白玻璃缺陷檢測，加強對缺陷數據的統計與分析，定期對缺陷檢測設備進行校準和維護，保證檢測精度，為控制超白玻璃缺陷提供依據。