拉制參數(shù)對堿鋁硅超薄浮法玻璃拉薄行為的影響

 

拉薄是超薄柔性浮法玻璃生產(chǎn)的一道重要工序。縱向牽引力、拉制溫度（黏度）及溫度制度是影響薄玻璃生產(chǎn)的重要因素。縱向牽引力太小，拉出的玻璃達不到超薄柔性玻璃的厚度要求；縱向牽引力過大，有拉斷玻璃板的危險。拉制溫度愈高，玻璃黏度愈小，拉成既定厚度玻璃所需縱向牽引力愈小，而薄玻璃在表面張力作用下的回縮增厚能力則增強；拉制溫度過低，玻璃黏度增加，拉制阻力增加，拉制困難，拉出既定厚度玻璃所需縱向牽引力要求愈大。不同組成玻璃，其黏度-溫度曲線不同，拉制溫度要求自然不同。玻璃縱向溫度制度影響窯爐作業(yè)及生產(chǎn)產(chǎn)品的最終厚度。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，借助所提出的數(shù)學(xué)模型，通過調(diào)整參數(shù)，將其應(yīng)用于堿鋁硅超薄玻璃的拉薄分析；用數(shù)值方法研究拉制過程中工藝、過程參數(shù)對超薄玻璃拉薄行為的影響，以期進一步提升對超薄玻璃制備技術(shù)的認(rèn)識。

 

（1）基本數(shù)據(jù)。應(yīng)用模型，在計算機上對堿鋁硅超薄玻璃進行了模擬計算。計算中用到的玻璃液的性質(zhì)見表1。

 

表1 堿鋁硅玻璃性質(zhì)及特征黏度點對應(yīng)的溫度

 

（2）堿鋁硅玻璃的平衡厚度與回縮增厚速度。將錫液密度和表面張力及表1中堿鋁硅玻璃的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），可算得高堿鋁、低堿鋁和鈉鈣硅玻璃在錫液上的平衡厚度，分別為7.25 mm、6.78 mm和6.01 mm。該數(shù)據(jù)比普通鈉鈣硅酸鹽玻璃的平衡厚度（6.01 mm）略大。表明高堿鋁和低堿鋁硅玻璃比普通浮法玻璃拉薄要求更高。玻璃厚度及黏度對低堿鋁和高堿鋁硅玻璃的回縮增厚速度的影響見圖1、圖2。

 

圖1 玻璃厚度和黏度對低堿鋁硅玻璃的回縮增厚速度的影響

 

圖2 玻璃厚度和黏度對高堿鋁硅玻璃的回縮增厚速度的影響

 

從圖1和圖2也可看出，隨黏度增大，無論厚玻璃還是薄玻璃，玻璃帶回縮增厚速度迅速減小，黏度至約105Pa·s時，回縮增厚速度不再明顯變化；黏度至108Pa·s時，回縮增厚速度重疊在一起。利用玻璃黏度-溫度表達式，帶入表1相應(yīng)數(shù)據(jù)，可算得相應(yīng)的溫度。普通鈉鈣玻璃、低堿鋁和高堿鋁硅玻璃的相應(yīng)溫度分別為：812℃，844℃，952℃。

 

（3）縱向牽引力與玻璃最終厚度的關(guān)系。為避免重復(fù)，以下研究以低堿鋁硅玻璃為例進行計算與分析。計算時輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)：玻璃產(chǎn)量為10 t/d，拉制溫度為845℃，末端玻璃溫度為645℃，縱向溫度梯度為6.67℃/m。計算時，輸入一個縱向牽引力，利用公式（3）～（5），從拉制區(qū)算至錫槽末端，得到末端玻璃帶厚度。低堿鋁硅玻璃的末端玻璃厚度與縱向牽引力的關(guān)系如圖3所示。

 

圖3 低堿鋁硅玻璃的縱向牽引力與末端玻璃厚度的關(guān)系

 

從圖3可見，隨縱向牽引力增加，末端玻璃厚度逐漸減小，在表2所述條件下，至212 N時，末端玻璃厚度已拉薄至0.1 mm，達到超薄玻璃的要求。

 

（4）拉制溫度對所需縱向牽引力的影響。為研究拉制溫度對拉制超薄玻璃所需縱向牽引力的影響。本文在保持上文所述基本條件不變的情況下，改變溫度進行了計算。圖4是拉得0.1 mm厚超薄玻璃所需的縱向牽引力。

 

圖4 拉制溫度對所需縱向牽引力的影響

 

從圖4可見，將拉制溫度提高到1000℃，拉得所需厚度的超薄玻璃的縱向牽引力迅速降低；降低拉制溫度（900℃），所需縱向牽引力迅速上升。因此，拉制超薄玻璃的溫度不宜過低。

 

（5）玻璃帶縱向溫降對縱向牽引力的影響。圖5給出了玻璃帶縱向溫降對拉得0.1 mm厚超薄玻璃所需縱向牽引力的影響。

 

圖5 玻璃帶縱向溫降對所需縱向牽引力的影響

 

從圖5可見，在保持日產(chǎn)量和拉制溫度不變的情況（產(chǎn)量為10 t/d,拉制溫度為845℃）下，隨玻璃帶溫降梯度增加（即玻璃帶末端溫度降低），拉得相同厚度的超薄玻璃所需縱向牽引力近似直線上升（溫度梯度為1.667℃/m時，牽引力約為79 N；3.333℃/m，139 N；6.667℃/m，291 N）。因此，在既定的拉制條件下，玻璃帶溫降不宜過大，能保持正常的作業(yè)即可。

 

利用前期所提出數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算方法，通過改變參數(shù)，在計算機上進一步研究了玻璃組分和拉制條件對超薄玻璃拉薄行為的影響。

 

（1）薄玻璃的回縮增厚速度隨玻璃厚度變薄迅速增大，隨玻璃黏度增大急劇減小。在黏度約為105Pa·s時，薄玻璃的回縮增厚速度不再明顯變化。因此，可在此黏度對應(yīng)的玻璃溫度下，進行薄玻璃的拉薄分析。

 

（2）縱向牽引力越大，所拉得的玻璃的最終厚度越小。因此，可通過改變縱向牽引力調(diào)整玻璃的厚度，但所得到的玻璃的厚度與縱向牽引力不是線性關(guān)系。

 

（3）拉制溫度高低影響拉得超薄玻璃所需縱向牽引力的大小。拉制溫度過低，所需縱向牽引力太大；拉制溫度過高，所需縱向牽引力雖然可以減小，但拉得的薄玻璃會在表面張力作用下迅速回縮增厚，需設(shè)置拉邊機。有多對拉邊機時的合理成形溫度的定量分析有待進一步研究。

 

來源：玻璃雜志

作者：程弋芮、林祎愷等
作者單位：華東理工大學(xué)無機材料系

2022年第3期