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玻璃板制造:浮法工藝

發(fā)布時間:2019-11-22 瀏覽量:1905 來源:考雅吧
玻璃板制造:浮法工藝

早在美索不達(dá)米亞時期和古埃及時期人們就開始制造玻璃,當(dāng)時制作出的玻璃只不過是沙子、碳酸鈉和石灰的混合物而已。該混合物被加熱到約1500攝氏度時會變成熔質(zhì),慢慢冷卻后會硬化。最早成功制出透明、平整的玻璃的工藝中包括旋制法,該制法非常有效,因?yàn)椴Aг谟绍涀冇驳倪^程中不會接觸任何表面,因此可以一直保持完美無瑕的狀態(tài),最后通過“火處理”收尾。然而,該過程耗時很長,而且要耗費(fèi)大量的勞動力。
 
盡管如此,人們對平整玻璃的需求很高,全世界的玻璃制造者都在尋找可以連續(xù)制造玻璃的方法。第一個連續(xù)帶式工藝過程是用兩個高溫滾軸擠壓熔化的玻璃——類似老式的軋板機(jī)。該工藝可以連續(xù)不斷地制造幾乎各種厚度的玻璃,但是滾軸會在玻璃板的兩面都留下痕跡,這就需要對玻璃進(jìn)行打磨和拋光。這一過程會磨去約20%的玻璃,而且所用的機(jī)器也很昂貴。
 
Alistair Pilkington發(fā)明了浮法玻璃制造工藝。該制法可以用來制造用于建筑物上的透明、有色的加膜玻璃,也可以為車輛提供透明的有色玻璃。Pilkington一直在反復(fù)實(shí)驗(yàn),研究如何改良熔化工藝。在1952年,他萌生了用熔化金屬作基床加工玻璃板的想法,有了這樣的金屬液槽,就可以徹底淘汰滾軸了。該金屬的熔點(diǎn)必須低于玻璃的硬化溫度(約600攝氏度),但同時沸點(diǎn)要高于熔化玻璃的溫度(約1500攝氏度)。最符合這些條件的金屬是錫。
 
實(shí)現(xiàn)這一想法的另一個條件就是重力。重力可以保證熔化金屬的表面完全平整且水平。因此,把熔化的玻璃澆在熔錫上時,玻璃的下表面也會完全平整。如果玻璃能夠保持足夠的高溫,它就會在熔錫上慢慢流動,直到其上表面也平整、水平,并與下表面完全平行。一旦將玻璃冷卻至604攝氏度或更低,玻璃就會硬化到表面不會被刮花的程度,這樣就可以通過滾軸將其運(yùn)送到冷卻槽了。玻璃和錫的表面張力相互作用會使成形的玻璃板的厚度穩(wěn)定在6毫米。幸運(yùn)的巧合是,當(dāng)時市場對玻璃板的需求有60%是6毫米玻璃板。
 
1953年,Pilkington建立了一個試點(diǎn)工廠。到1955年為止,他已經(jīng)說服他的公司建立成套的工業(yè)裝置。然而,他們經(jīng)過14個月的不間斷生產(chǎn)且每個月花費(fèi)10萬英鎊,才在廠里首次生產(chǎn)出可用的玻璃。而且,他們在成功生產(chǎn)出能投入市場的玻璃之后,就將機(jī)器關(guān)閉了,為的是在接下來幾年能夠持續(xù)生產(chǎn)。當(dāng)機(jī)器再次投入生產(chǎn)時,又花了四個月的時間來使生產(chǎn)流程走上正軌。1959年,他們終于成功了。如今浮法制玻工廠遍布全球,每一個工廠都能夠15年不間斷地日產(chǎn)玻璃千噸。
 
今天的浮法制玻工廠可以生產(chǎn)出接近光學(xué)質(zhì)量的玻璃。在容納了2000噸熔化玻璃的熔爐內(nèi),同時進(jìn)行著多個程序一一熔化、精煉、均質(zhì)化。這些過程發(fā)生在由高溫驅(qū)動的熔化玻璃流的不同區(qū)域,并匯總成為一個長達(dá)50小時的無間斷熔煉過程,向金屬液槽平穩(wěn)、連續(xù)地提供玻璃。接著玻璃會被送往加膜區(qū),最后會被送達(dá)熱處理區(qū)——該區(qū)域能夠緩釋玻璃內(nèi)部在冷卻過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。
 
自20世紀(jì)50年代以來,浮法制玻的原理不曾改變過。然而,玻璃制品卻經(jīng)歷了巨大變化:從之前單一的6.8毫米玻璃板到如今的亞毫米級至25毫米區(qū)間任意厚度的玻璃板;從之前很容易被內(nèi)含物和氣泡損毀的玻璃帶到如今接近光學(xué)完美的玻璃。為了保證最高質(zhì)量,每一個生產(chǎn)階段都有監(jiān)察。偶爾,在精煉過程中也會有一個氣泡未被排出,一顆沙粒沒有熔化,或是液錫的波動導(dǎo)致玻璃帶產(chǎn)生波紋等情況。自動的在線監(jiān)察有兩項(xiàng)任務(wù):一是向上游(生產(chǎn)前階段)報(bào)告生產(chǎn)過程中可以修正的紕漏。監(jiān)察技術(shù)可以在玻璃帶上實(shí)現(xiàn)每秒超過一億次的測量,以定位肉眼無法辨認(rèn)的瑕疵;二是讓下游(生產(chǎn)后階段)計(jì)算機(jī)操控刀具切割掉有瑕疵的部分。
 
浮法玻璃是按平方米出售的。在生產(chǎn)的最后階段,計(jì)算機(jī)會根據(jù)顧客的需求設(shè)計(jì)玻璃的裁割方案,以實(shí)現(xiàn)浪費(fèi)的最小化。

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