浮法玻璃成型Word文档格式.docx
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玻璃的表面张力系指玻璃与另一相接触的相分界面上，在恒温下增加一个单位表面时所作的功，也是每单位面积所储存的表面自由能。
硅酸盐玻璃的表面张力一般为（220一380）X10一3N/m，比水的表面张力大3一4倍，也比熔融盐类的表面张力大，而与熔融金属的表面张力相近。
玻璃的表面张力是与玻璃制造有关的重要性质，在制取玻璃和玻璃制品的生产过程中起着重要的作用。
在玻璃成型中所用的吹制法、玻璃圆珠成珠过程，均与表面张力有关。
近代浮法玻璃的生产原理，也基于玻璃和熔融锡液表面张力的相互作用和重力作用，从而获得了可和磨光玻璃表面质量相媲美的优质玻璃。
在热加工中，玻璃制品烘口、火抛光等，因表面张力的作用使粗糙表面恢复光滑透明。
表面张力有时也带来不利影响。
如生产玻璃薄膜和玻璃纤维时，必须很好地克服表面张力的作用。
平板玻璃拉制时，要用拉边器克服表面张力所引起的收缩。
2.表面张力的测量法方法
玻璃表面张力的测定方法很多，但精确度都不高。
主要测定方法有滴重法、最大拉力法（或称拉筒法、吊环法）、玻璃丝收缩法、最大气泡压力法和座滴法等。
玻璃的表面张力与玻璃成分有关。
玻璃中含的碱金属离子按Li+>
Na+>
K十顺序降低玻璃的表面张力。
A1203、LaZO3、CaO、MgO能增加表面张力，而氟化物、VZO，则能显著降低表面张力。
通常，表面张力随温度的升高而减小，但也有表面张力随温度升高而变大的反常现象，即具有正的表面张力温度系数。
3.表面张力的影响因素
A.表面张力与物质的性质有关，不同的物质分子间作用力不同，分子间作用力大，相应的表面张力也大。
玻璃液的表面张力与化学组成有关，不同氧化物对玻璃的表面张力的影响不同
B.物质的表面张力还与他接触的另一相的物质的性质有关，这是由于与不同的物质接触时，表面层的分子受到的力常不同，致使表面张力有异
C.温度也影响表面表面张力，同一物质温度高时的表面张力比温度低时要小。
当温度升高时，液体密度减小，而蒸汽密度增加，因而表面层分子所受两方面分子引力差值减小，表面张力值也随之减小
4.表面张力在生产中的应用
浮法玻璃的生产原理基于玻璃和熔融锡液表面张力的相互作用和重力作用，玻璃液的表面张力还影响到玻璃液对金属表面的附着作用。
生产过程中，表面张力对玻璃液的摊平定边有重要作用，玻璃液在锡液面上的铺展是有限度的。
当摊开到一定程度上时，玻璃液就会形成一定厚度的表面光滑平整的液层。
浮法成型就是利用这种原理有借助于玻璃液边部的表面张力。
在高温低粘度的情况下，是分子沿厚度方向收缩，同时也起到定边的作用
5.抛光与表面张力
浮法玻璃的抛光主要依赖于玻璃液的表面张力。
浮法成型工艺可以控制较小的降低速度和均匀的温度场，使表面张力充分发挥作用。
（1）在水平摊开过程中，摊平抛光就是指玻璃液在适宜的高温状态下，具有表面张力能充分发挥作用的时间和黏度，同时在重力的作用下，靠其本身所获得的玻璃表面自然光光洁平整。
（2）玻璃液摊平抛光的条件及抛光时间：
a.具有高温和均匀的温度场b.玻璃液与锡液互不润湿c.有足够的摊平抛光时间
粘度在玻璃成型中的作用
粘度是玻璃的重要性质之一，他贯穿着玻璃生产的各个阶段，从熔融澄清均化成型加工直到退火都与粘度密切相关。
黏度在生产中起很大的作用，黏度过大，拉制玻璃时会产生条纹，影响玻璃表面的平整度；
黏度过小，玻璃液的摩擦力会减小，使拉制过程无法进行。
温度越高，粘度越小；
温度越低，粘度越大。
粘度还与原料的成分有关。
黏度成型温度原料成分
1.粘度介绍
粘度又称为粘滞系数。
是指抵抗流体流动的量度。
由于液体分子间的引力不大，故液体的经摩擦力比较小，所以液体具有流动性。
2.粘度与各种化学成分的关系
常见氧化物对玻璃粘度的作用大致如下：
a.SiO2Al2O3ZrO2等提高玻璃粘度
b.碱金属氧化物降低玻璃的粘度
c.碱金属氧化物对玻璃粘度的作用较为复杂，如CaO在低温是增加粘度，在高温时当含量小于10%时降低粘度，当含量大于12%时增加粘度
d.PbO2CdOBi2O3等降低粘度Li2OZnOBrO3等都有增加低温粘度，降低高温粘度的作用
3.粘度与温度的关系
玻璃的粘度随温度的降低而增大，玻璃从熔融态到固态变化过程中，年度的变化是连续渐变的，期间没有数值上的突变。
这点与晶体不同，晶体加热至熔融温度时，粘度值会突然改变，玻璃的粘度——温度曲线见图，当冷却开始时，玻璃液处于较高温度，其粘度增长速度很缓慢，但随温度下降，其粘度增长很快，成型的粘度应选择在粘度——温度曲线弯度处，以保证玻璃具有自动定性速度，由于粘度提高，很快通过了结晶倾向的区段而不产生析晶
4.粘度在成型过程中的应用
在成型阶段，粘度所起的作用更为显著，开始成型粘度为102Pa.S.在103~4*107Pa.S的粘度范围内，玻璃液逐渐定型硬化，玻璃成分不同，相应的该粘度范围的区域也不相同。
由于成型方法不同，或要求有较宽的成型温度区域，或要求有较窄的成型温度区域。
成型过程中，玻璃液粘度产生的粘滞力与重力摩擦力表面张力形成平衡力系，是成型过程顺利进行。
如果没有控制好粘度，就不能获得需要的厚度宽度的玻璃，，质量也不能保证，例如，在抛光阶段，应有较低粘度，拉薄阶段，则应有较高粘度。
成型过程中浮托介质的选择及其流动
浮托介质的选择在浮法玻璃的生产中尤为重要，锡作为浮托介质要价格便宜且无毒，在玻璃的生产中不与玻璃液反应。
在国外的浮托介质现在采用Sn,Sa-Cu,Sa-Ag等外，还有所谓气垫法，这是用高温压缩空气托起并抛光玻璃带，因而不需要保护气体。
锡液流动对流化学性质物理性质
1.锡的物理性质
锡的熔点231.89°
C，沸点2260°
C。
有三种同素异形体：
白锡为四方晶系，密度7.28克/厘米³
，硬度2，延展性好；
灰锡为金刚石形立方晶系，密度5.75克/厘米³
；
脆锡为正交晶系，密度6.54克/厘米。
锡液的密度比玻璃液的密度大，能起到浮托的作用，但由于锡液的密度大，对锡槽底部的钢筋底腐蚀较大，应保证锡的状态为固态，防止渗锡，要保证槽底的温度小于231.89°
锡液有极低的粘度，这表明有良好的运动性能，这对均匀浮法玻璃表面温度有较大的影响。
1.锡的化学性质
锡的外层有四个电子，可以形成稳定的四价化合物和不稳定的二价化合物。
在空气中锡的表面生成二氧化锡保护膜而稳定，加热下氧化反应加快；
锡与卤素加热下反应生成四卤化锡；
也能与硫反应；
锡对水稳定，能缓慢溶于稀酸，较快溶于浓酸中；
锡能溶于强碱性溶液；
在氯化铁、氯化锌等盐类的酸性溶液中会被腐蚀。
2.锡槽内锡液的流动
浮法玻璃在锡液上的成型要求锡业不仅能够保持相对静止的镜面，而且能够维持相对均匀的温度场。
锡液流动既可使锡槽中锡液均匀，也能使锡液温度出现波动，增加能耗甚至影响产品质量，研究锡液流动之目的在于增大锡液的有益流动，减少有害流动。
在锡槽的工作温度1100~600范围内，锡业处于流动状态，造成锡液流动原因有两个因素：
一是锡业的温度差造成的自然流动。
由于锡槽的进恐端和出口端存在一定的温差（约450左右），锡液就必然存在温度差，因而锡液将会产生自然流动，其流动形态与瑶池内玻璃液的流动形态相似。
二是玻璃带带动造成强制流动，玻璃带在锡槽内的移动速度每小时至少数十米，甚至会达到数百米，这种高速移动必然会给锡业带来强烈的影响，因此可以说，玻璃带的带动作用是锡液流动的主要因素。
在锡槽中由于玻璃带温度场及锡槽周边的影响，锡液流动主要表现为三种形式：
一是玻璃带受牵引辊拉力作用向前移动，就会产生与玻璃带前进方向相同的前进流，二是在玻璃带下方锡液深层与洗液前进流反向的深层回流，其中以深层回流对玻璃质量的影响最大，因为这一回流在正在成型的玻璃带下表面产生蠕动，由于锡液深度小于100mm，冷热锡液难免相互混掺，造成玻璃带由于温度不同而产生粘度不均。
三是玻璃带两侧锡液裸露部分与玻璃带前进方向相反的表层回流。
（4）锡液对流的控制
通过调节锡液横向纵向的流动，产生有利于玻璃生产的流动。
A.锡液深度
随着锡液深度减浅，锡液流动加剧，深度方向的前进流与回流聚会相互干扰，冷热锡液的混掺在970-885°
C范围内会造成难以去除的玻璃带下表面波纹。
增加锡液深度，有利于合理组织对流。
然而随着锡液加深，导致锡槽负荷加重，锡耗也随之增大，这将提高投资费用和玻璃成本，实践表明，锡槽中锡液深度最佳为50-100mm.
B.挡坎设置
挡坎能合理的组织和控制对流，挡坎主要控制回流的锡液不要流到970-885°
C范围的玻璃带下方，而是直接返回到温度为970°
C的玻璃带下方，控制锡槽内热交换过程，提高玻璃质量。
C.直线电机
直线点机是一种将电能转换为直线运动机械能的电力装置。
当直线电机三相绕组通入交变电流时，产生“行波磁场“，位于“行波磁场“中的导体因切割磁力线而产生感应电流，点流域磁场相互作用便产生电磁力。
在锡槽中，这种电磁力推动锡液流动，通过调节电机的参数，就可方便的控制锡液流动的方向与速度。
D.挡畦
锡槽内的热交换
锡槽内存在着对流传热，辐射传热，传导传热三种热交换。
传热影响因素
（1）传热过程
A.锡液液面与玻璃带和锡槽空间之间存在辐射热交换，由于锡液能透热，因此还有透过锡液的辐射传热，即存在向下层锡波及向槽底和槽壁的辐射热传递。
B.锡液通过槽底，槽壁耐火材料和刚外壳的传导传热‘
C.锡槽内部对流传热以及锡液与玻璃带，槽底槽壁之间的对流传热，锡液的对流传热因为锡液对流剧烈面占有一定的比重。
如前所述，锡液对流主要是受高速前进的玻璃带带动面造成的强制对流，且由于锡液平均深度仅为60MM左右，所以锡液前进流与回流的相互作用以及洗液留与槽体内衬的相互作用对锡液内热传递有着重要影响。
（2）影响锡液内热传递的因素
（2）影响锡液内热传递的因素
A.玻璃带的温度和颜色，玻璃带温度愈高，颜色玻璃比无色透明玻璃的辐射能力强。
B.锡液的温度温度高锡液的热导率增大，辐射能力强。
C.锡液的对流锡液对流速度增加，有利于对流传热。
D.锡液内分隔离装置对锡液的流动状态有影响，因而也对锡液的热传递产生不同的影响。
（3）锡液的传热
辐射传热起到间接冷却的作用，对流换热其直接冷却的作用
参考文献：
锡槽内的保护气体
浮法玻璃生产的成型过程是在通入保护气体（N2及H2）的锡槽中完成的。
为了保证锡液不被污染，国内浮法企业通常采用氮、氢混合气体填充锡槽的上部空间，以阻隔氧、硫成分的侵入。
氮是一种惰性气体，用以保持锡槽微正压；
氢气是一种还原性气体，可以与混入锡槽内的氧反应生成水逐步被蒸发，还能使锡的氧化物还原，从而保证了锡液不被氧化、污染。
锡耗锡氧化气体流动
（1）保护气体
a.成分：
氮气氢气，氮气含量90%~97%，氢气含量3%~10%
b.目的：
使锡槽内保持中性或还原气氮，防止锡液氧化生成二氧化锡，二氧化锡使玻璃出现雾点，锡滴.粘锡等。
c.与氢气的关系：
氢气对二氧化锡的还原能力随温度升高而增强。
在锡槽的首尾部氢气含量较多，中部较少。
d.制备：
氮气的制备——空气分离法
氢气的制备——水电解制氢氨分解制氢
e.储存：
氮气的存储:
中压储罐储存，液氮储存。
氢气的储存：
湿式储气柜储存，中压储罐储存
f.混合：
氮气和氢气可以在气体混合罐中进行，较简单的在输送管道上混合，既在氮气官道上装混合器。
g.加入氮气既防止了锡液的氧化，又不与锡反应。
为了克服由于玻璃进出锡槽和开启锡槽操作孔侵入的空气和惰性气体本身带入的氧气反应致使玻璃污染。
在惰性气体氧气中加入一定比例的还原气体.
（2）保护气体的作用
•锡槽中锡液的污染，不但造成大量的锡消耗，而且导致玻璃产生光畸变点缺陷，严重影响玻璃毛板的质量。
由此可见，防止锡液的污染，保护锡液的纯净，是浮法生产的重要保证。
锡液的污染，主要是因氧、硫成分侵入锡槽中，与锡液反应生成SnO、SnO2、SnS、SnS2的过程。
当锡液中氧含量增加时，会显著加速锡的氧化，生成SnO和SnO2，它们会使玻璃的下表面产生“雾点”（因玻璃降温时溶解氧逸出所致）、沾锡（SnO扩散进入玻璃中使其对锡有亲和性）的现象。
表面含有SnO的玻璃在钢化时会出现彩虹。
硫与锡生成SnS，在865℃以下呈固态，浮在锡液上会划伤玻璃。
而SnO及SnS易挥发，挥发物在冷凝时落在尚没有硬化的玻璃表面形成坑点，引起“光畸变点”。
氧、硫成分主要来源于玻璃液及锡槽缝隙漏入的气体。
锡槽中常用高温导流排空装置引出废气体
2.锡槽内保护气体的流动
★锡槽空间充满了保护气体。
保护气体一般从槽顶进气孔进入锡槽。
当保护气体经过电热元件时，保护气体被加热，电热元件被冷却。
★锡槽空间保护气体的流动是一个伴随着温度压力体积等变化的复杂过程。
其流动形态不仅受到温度压力制度的影响，而且受到玻璃带向前移动的带动作用，结果在锡槽内形成一个下层与玻璃带移动反方向相同，上层与玻璃带移动方向相反的循环流。
这个循环流受到保护气体不入和露出的影响。
★为了防止保护气体温度对玻璃带成型质量的影响，在锡槽的纵向划分了几个地段。
★根据保护气体在锡槽中产生循环流的特征，有些工厂在沿口处通入含量较高的保护气体，使在贴近玻璃带和锡液表层形成一层氢气含量较高的保护膜，它可以防止锡液氧化，提高玻璃质量。
（2）保护气体的参数
就国内浮法玻璃企业而言，目前大多采用N2+H2作保护气体，供气设备的压力一般维持在0.03MPa左右，流量维持在1400～1500Nm3/h，其中氮气为1300～1400Nm3/h；
氢气为90～110Nm2/h（约占混合气的5%～10%）。
在锡槽的分布多采用首部5%～6%；
中部2%～4%；
尾部4%～6%。
保护气体的质量控制指标：
氮气中氧的体积分数≤10×
10-6，露点≤-60℃；
氢气氧体积分数≤3×
10-6，露点≤-60℃。
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