熱熔裝飾玻璃退火溫度及表面質(zhì)量控制研究與實(shí)踐

李小娟 周美茹 武麗華 付斌捷

（河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北省綠色高性能建材應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心秦皇島 066000）

0 引言

熱熔玻璃又稱(chēng)水晶立體藝術(shù)玻璃或熔模玻璃。熱熔玻璃是以平板玻璃作為加工對(duì)象，采用箱式熱熔爐將其加熱到軟化點(diǎn)以上，使玻璃軟化或熔融，經(jīng)凹陷入模成型、退火成為一定平面、立體形態(tài)的裝飾材料，其廣泛應(yīng)用于家裝行業(yè)。

1 熱熔玻璃加工工藝

熱熔玻璃在加工時(shí)，使用耐熱模具材料，經(jīng)過(guò)改裁清洗、模具制作、加熱成型、冷卻退火等工序制作成熱熔裝飾玻璃產(chǎn)品，其工藝流程如圖1［1］所示。

圖1 熱熔玻璃工藝流程

熱熔玻璃可以根據(jù)客戶(hù)要求尺寸進(jìn)行改裁加工。

2 熱熔玻璃的退火溫度控制

對(duì)于熱熔玻璃的退火，有些廠家采用直接斷電自然悶冷降溫法，這個(gè)方法往往由于退火溫度制度不合理，在生產(chǎn)較厚的熱熔玻璃尤其是疊紋玻璃時(shí)，玻璃破裂的幾率上升，影響成品率。為提高成品率，通過(guò)理論計(jì)算并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，提出一組科學(xué)的生產(chǎn)參數(shù)，為廠家生產(chǎn)提供參考。

（1）確定最高溫度理論值

首先確定所使用玻璃的最高退火溫度。最高退火溫度的確定可根據(jù)表1計(jì)算［2］，或者采用雙折射儀測(cè)定玻璃的退火溫度［3］。

表1 不同成分的玻璃退火溫度

當(dāng)表1中的氧化物（CaO、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、 Fe2O3、 PbO、B2O3）含量變化1%時(shí)，可按表2進(jìn)行調(diào)整。

表2 組成氧化物變化1%時(shí)對(duì)退火溫度的影響

（2）確定保溫時(shí)間理論值

確定退火溫度后，制品需要在退火溫度下進(jìn)行保溫，使產(chǎn)品各部分溫度均勻，以消除玻璃中固有的內(nèi)應(yīng)力。保溫時(shí)間可按玻璃制品最大允許應(yīng)力值公式（1）進(jìn)行計(jì)算［2］：

式中：t——保溫時(shí)間，min；

a——玻璃厚度（空心或單面受熱的玻璃取總厚度，實(shí)心制品取其厚度的1/2，對(duì)于熱熔疊紋玻璃，其厚度按直邊玻璃的厚度計(jì)算），cm；

n——玻璃制品最后允許的應(yīng)力值，nm/cm，對(duì)于熱熔玻璃，圖案不同，形狀復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)中參照瓶罐允許應(yīng)力值（50～400 nm/cm）進(jìn)行選取。

（3）保溫后的冷卻溫度理論值

①慢冷階段：當(dāng)玻璃經(jīng)過(guò)保溫后，由于玻璃溫度仍然較高，冷卻時(shí)仍將產(chǎn)生應(yīng)力，新產(chǎn)生的應(yīng)力受冷卻速度影響。冷卻速度越慢，新產(chǎn)生的永久應(yīng)力越小。因此，保溫后必須先進(jìn)行慢冷。開(kāi)始慢冷速度可參照公式（2）計(jì)算［2］：

式中：h0——開(kāi)始慢冷時(shí)的冷卻速度，℃/min；

d——玻璃制品最后允許的應(yīng)力值，nm/cm，對(duì)于熱熔玻璃，圖案不同，形狀復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)中我們參照了瓶罐允許應(yīng)力值（50～400 nm/cm）進(jìn)行了選取；

a——玻璃厚度，cm。

慢冷結(jié)束后的溫度應(yīng)保證低于應(yīng)變點(diǎn)溫度。

②快冷階段：玻璃經(jīng)過(guò)慢冷后，溫度達(dá)到應(yīng)變點(diǎn)溫度以下，此時(shí)溫度梯度只產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力，在保證熱熔玻璃不炸裂的條件下，盡快冷卻至出窯爐溫度即可。最大冷卻速度可參照公式（3）計(jì)算［2］：

式中：hc——快冷階段最大冷卻速度，℃/min；

a——玻璃厚度，cm。

（4）實(shí)際溫度和保溫時(shí)間確定

在生產(chǎn)中，實(shí)際的退火溫度一般比計(jì)算理論值最高退火溫度低20～30 ℃［2］，對(duì)于熱熔玻璃生產(chǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，選用了低于理論值最高退火溫度10～20 ℃。對(duì)于不同厚度不同圖案的玻璃需要測(cè)出成型后玻璃的最大厚度再利用公式計(jì)算其理論保溫時(shí)間，對(duì)于疊紋玻璃以紋理凸起端至底面的厚度作為計(jì)算理論保溫時(shí)間的厚度，為了保證充分退火，需在理論計(jì)算值的基礎(chǔ)上增加15～30 min保溫時(shí)間，對(duì)于疊紋玻璃，保溫時(shí)間應(yīng)取大值。冷卻速度取計(jì)算值的20% ～30%。產(chǎn)品形狀越復(fù)雜、厚度越大，冷卻速度越要慢。當(dāng)爐內(nèi)溫度降為90 ℃時(shí)，熱熔爐蓋可開(kāi)啟一小縫，通過(guò)自然冷卻使玻璃繼續(xù)降溫，當(dāng)溫度降為30 ℃左右時(shí)即可完全打開(kāi)爐蓋，繼續(xù)冷卻至環(huán)境溫度時(shí)，產(chǎn)品即可出爐。

對(duì)于不同圖案的玻璃，不同厚度的玻璃，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，采用表3的參數(shù)，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，鋼化成品率得到很大提高。

表3 某企業(yè)不同厚度玻璃的退火、保溫、冷卻速度最佳參數(shù)

（5）保溫時(shí)間的設(shè)備保障

退火過(guò)程中，玻璃板面溫度的均勻性非常重要，因?yàn)闇囟炔痪鶎a(chǎn)生應(yīng)力差，導(dǎo)致殘余應(yīng)力存在，玻璃易炸裂。為保證溫度的均勻性，熱熔爐加熱系統(tǒng)可設(shè)置兩套加熱管，一套用于加熱，另一套用于溫度補(bǔ)償，每套加熱管又分成多組，通過(guò)溫控儀自動(dòng)控溫，保障退火過(guò)程中溫度的均勻性，為保證保溫時(shí)間和冷卻速度的準(zhǔn)確性，爐底爐頂可設(shè)置冷卻風(fēng)扇。

3 熱熔玻璃的表面質(zhì)量控制

（1）選用優(yōu)質(zhì)的玻璃原片。熱熔玻璃的材質(zhì)為浮法玻璃，玻璃的厚度可根據(jù)制品的形狀和要求而定，但玻璃必須清洗干凈再干燥，如有油跡、污穢等，熱加工后在玻璃表面會(huì)形成污點(diǎn)，影響玻璃質(zhì)量。另外，不同廠家生產(chǎn)的平板玻璃成分不盡相同，因此玻璃的退火溫度制度也會(huì)不同，所以加工熱熔玻璃時(shí)，應(yīng)盡可能使用同一廠家的玻璃，以便形成統(tǒng)一的加工制度，降低生產(chǎn)難度。

（2）玻璃的放置。熱熔玻璃放置即裝爐時(shí)，玻璃的錫面必須向下，錫面起到隔離作用，由于錫面的保護(hù)作用，加熱時(shí)玻璃和模具黏連性降低，保護(hù)了玻璃的表面質(zhì)量。

（3）模具表面鋪覆隔離粉。在生產(chǎn)中，特別是以石英砂作模具生產(chǎn)紋理玻璃制品時(shí)，在石英砂表面鋪覆一層薄薄的滑石粉，燒制出的產(chǎn)品表面滑潤(rùn)，亮度高，質(zhì)量好。

（4）石英砂參數(shù)選擇。石英砂既作為熱載體又可作為模具材料，其質(zhì)量選擇非常重要。粒度過(guò)大產(chǎn)品表面受熱不均，表面凹凸過(guò)于明顯，過(guò)小在攤平時(shí)易于產(chǎn)生粉塵，一般選用粒徑40目～80目的石英砂。此外還應(yīng)選擇雜質(zhì)含量少的精制石英砂，防止石英砂所含雜質(zhì)與玻璃反應(yīng)，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。另外為保證良好的承托性和均勻加熱，熱熔爐爐底鋪設(shè)的石英砂厚度一般為15 cm。

（5）二氧化硫處理表面。二氧化硫具有減少鋼化彩虹、減輕玻璃下表面的劃傷、抑制玻璃表面微裂紋的擴(kuò)展、延緩玻璃發(fā)霉的作用［4］，在熱熔玻璃加工過(guò)程中，采用在爐內(nèi)加入分析純升華硫，升華硫在高溫下升華后與氧氣反應(yīng)，形成二氧化硫，實(shí)現(xiàn)二氧化硫?qū)ΣＡП砻娴谋Ｗo(hù)作用。使用篩子均勻地將固態(tài)粉狀的升華硫鋪設(shè)于模具的凹陷處，升華硫不要和玻璃下表面直接接觸，否則未完全轉(zhuǎn)化固態(tài)升華硫熔融物會(huì)沾附于玻璃表面，難以清理。

二氧化硫是無(wú)色氣體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，有毒性，長(zhǎng)期吸入，容易引起呼吸系統(tǒng)疾病，如慢性支氣管炎、肺氣腫等，還會(huì)增加肺癌的發(fā)生率。因此在進(jìn)行熱熔玻璃生產(chǎn)過(guò)程中，二氧化硫處置不當(dāng)，會(huì)對(duì)車(chē)間環(huán)境及人員產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為保證生產(chǎn)安全，加熱過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體通過(guò)排氣管引入密閉的消石灰吸收池，進(jìn)行中和處置。

消石灰吸收液的濃度一般為取15%～20%，消石灰吸收二氧化硫后形成CaSO3，當(dāng)玻璃燒制完成后，向吸收池內(nèi)通入空氣，使CaSO3充分氧化，轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定無(wú)害的石膏（CaSO4·2H2O），實(shí)現(xiàn)二氧化硫的無(wú)害化處理。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)合玻璃退火溫度、保溫時(shí)間、慢冷速度和快冷速度的理論計(jì)算值給出了一組優(yōu)化后的生產(chǎn)參數(shù)，為企業(yè)生產(chǎn)提供參考。產(chǎn)品的表面質(zhì)量可以通過(guò)選取優(yōu)質(zhì)玻璃、正確裝爐、合理選用石英砂、進(jìn)行表面處理等措施得到改善。通過(guò)配制15%～20%消石灰吸收液，酸堿中和池吸收二氧化硫，降低對(duì)車(chē)間環(huán)境和人體健康的影響。