专利名称：生产真空玻璃用超平钢化玻璃的生产方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢化安全玻璃的生产方法和设备，特别是用于生产真空玻璃用的、平整度要求很高的钢化玻璃的生产方法和设备。
背景技术：
众所周知，玻璃是脆性材料，强度不高、易碎，而且碎片锋利，伤害性强。为此，玻璃科技人员在研究玻璃的微观结构和性质后，发明了把玻璃进行淬火处理，使玻璃表面产生永久性残余压应力，提高了玻璃强度和降低其伤害性，这种玻璃称为钢化玻璃(temperedglass),其生产方法称为玻璃钢化(tempering)。早在1870年，玻璃钢化技术的专利就已出现。二十世纪30年代，法国生产的平钢化玻璃已投放市场。几十年来，国内外各种玻璃钢化技术及其设备的发明不断出现，例如垂直吊挂风冷钢化技术与设备、水平辊道钢化技术与设备、微粒钢化、液体钢化、对流加热钢化技术与装备等。玻璃钢化的加热装置、输送系统、冷却风栅等技术与设备等的较小的发明和改进性专利超过几千件，对提高钢化玻璃的生产效率和产品质量发挥了重大作用。但是，有关提高钢化玻璃的平整度的生产技术和设备的研究不多，尤其是超平钢化玻璃的生产技术和装备的研究和发明还是一个空白。H前的钢化玻璃生产技术，玻璃发生变形、出现波形弯曲和弓形弯曲几乎是不可避免的，所以我国和世界其他国家的钢化玻璃标准，都规定了钢化玻璃弯曲度的指标。例如，GB/T 9963《钢化玻璃》规定平型钢化玻璃的弯曲度，弓形时应不超过0.5%，波形时应不超过0.3%。GB 15763.2《建筑用安全玻璃第二部分钢化玻璃》规定“平面钢化玻璃的弯曲度，弓形时应不超过0.3%，波形时应不超过0. 2%。”这种钢化玻璃，可以满足用于建筑、车辆、设备和家具等要求。但是，对于正在发展的真空玻璃的生产，几乎是无法作为原片使用。真空玻璃是两片玻璃间有真空空腔的结构体，它的周边用低熔点玻璃焊料封接在一起，中间有承受大气压力支撑点。如果钢化玻璃的弯曲度大，两片玻璃之间的间隙变化太大，差值超过一定范围，真空玻璃的生产会非常困难，甚至成为不可能。例如，< 申请号>94192667 (PCT/AU94/00305)《制造真空玻璃窗的方法》、< 申请号>95196656 (PCT/AU1995/000640)《真空玻璃窗的结构改进》、< 申请号>02128829《一种制造真空玻璃的新工艺》等专利，都是在两块平板玻璃之间，每平方米放置一千多个、高度0. 12mm或0. 2mm的不锈钢片、不锈钢丝或高强度陶瓷等制成的支撑物。这些支撑物的高度是相同的，无法适应玻璃不规则变形造成的玻璃间隙的差异，支撑体不能均匀负担玻璃承受的大气压力，玻璃由于受力不均而破裂。这种真空玻璃生产方法要求两片玻璃平行度非常高，几乎不允许间隙差的存在，因此很难用钢化玻璃为原片生产钢化真空玻璃。 CN 2005 I 0069186. 7《建筑真空玻璃的生产方法》、CN2010 I 0168742. 7《钢化真空玻璃的生产方法和装备》和CN 2005 I 0087374. 2《生产建筑真空玻璃板用的玻璃焊料》发明了用玻璃焊料形成支撑点和在真空焊接炉内同时完成焊接与真空腔的形成。低熔点焊料玻璃形成的支撑体，可以有0. 2mm I. Omm,甚至更大些的变化,解决了固定高度的金属支撑体难以生产钢化玻璃的问题，实现了钢化真空玻璃的工业化生产。但是，两片玻璃的间隙差异也最好不超过0. 5_ I. Omm左右，否则真空玻璃产品会出现支撑点尺寸变化过大的问题，这会影响产品的外观和传热系数。目前的玻璃钢化方法和设备难以达到生产真空玻璃用的钢化玻璃的技术要求。为了工业化、大批量和低成本的生产钢化真空玻璃，解决超平钢化玻璃生产技术与设备问题，是目前玻璃科学工作者必须解决的重大课题。根据玻璃工艺学原理和玻璃钢化机理的分析，目前的玻璃钢化生产技术与设备，造成钢化玻璃变形大的主要根源是I.玻璃钢化温度等参数的确定很不精确
正确的平面玻璃钢化温度的范围很窄，为接近玻璃软化点附近的很小区域，即玻璃网络结构链已有相当的松弛，但又能保持在自身重量下不变形的区间。若玻璃温度超过软化点，玻璃将发生变形；但温度低、玻璃结构链松弛不足时，会造成玻璃钢化度低。当钢化温度过低时，玻璃往往在风栅急冷时破碎。精确的钢化温度是保证钢化过程中，被加热玻璃的温度低于软化点、不发生软化变形的基础。目前的玻璃钢化工艺都是大约的确定钢化温度和加热时间。例如，《安全玻璃》(石新勇主编，化工出版社，2006)指出“…淬火温度或钢化温度T2 = Tg+80°C左右。工厂中钢化6mm平板玻璃时，淬火温度为610 650°C，加热时间在200 300s范围内，…”。工厂生产钢化玻璃时，都是大约预定一个炉温，再经钢化炉上摸索，以玻璃不碎，变形可以接受，生产效率高的温度，为钢化操作温度。特别应该指出的是，各个工厂生产的浮法玻璃、Low-E玻璃的成分、色度和辐射系数等各不相同，玻璃的实际厚度与标明的公称厚度有一定的误差。玻璃成分的变化，SiO2,CaO, A1203、Na2OA2O等的差异会严重影响玻璃的粘度一温度曲线，即玻璃的软化点有高低不同；玻璃的色度、辐射系数和厚度都影响玻璃加热速率。用相同的钢化工艺制度、不精确的钢化温度的生产的钢化玻璃，变形大是不可避免的。2.没有直接测量和控制玻璃的温度目前的玻璃钢化炉都是测量与控制炉膛的温度，而不是玻璃本身。在这种情况下，玻璃的实际温度往往显著的超过软化点，而导致玻璃变形。例如《平板玻璃的加工》(刘缙主编，化工出版社2008年第一版)“。…考虑到炉膛的温度均匀性及加热速度，实际生产中(炉温)设定在比玻璃钢化温度高90°C 130°C。…，I毫米厚度玻璃的加热时间约为40 秒。”3.玻璃平面温度均匀性差、玻璃表面与内部温差大，使玻璃板部分区域超温严重，发生翘曲。目前使用的辐射加热玻璃钢化炉都是用镍铬丝或带，缠绕在耐火材料棒(管)上制成的加热元件，整个炉体分为若干个加热控制单元分别控制炉温。对流式钢化炉是若干个热风加热器，对玻璃板吹高温热风加热。若干个加热单元的加热、控制方式，难以保证整片平面上玻璃加热的均匀性，易发生玻璃局部过热的情况。特别是，镍铬发热元件的的辐射光谱与玻璃的吸收光谱差异较大。玻璃在近红外区有吸收带，最重要的是Fe2+在I. I微米处的吸收带，钠钙玻璃在2. 85微米、3. 5微米处都有吸收带。Si-O振动的作用引起的强烈吸收，使大于4. 5微米的红外线已完全不能透过至几毫米的普通玻璃层，即大于4. 5微米波长的辐射热无法到达玻璃内部。因此，玻璃内部的热量只能靠热传导得到，造成玻璃内部和外部的温差较大，当玻璃内部到达钢化温度时，表面温度已超过软化温度发生变形。另外，输送辊道和冷却风栅精度差，也是造成钢化玻璃变形大的原因。
发明内容
本发明的目的 是提供生产超平钢化玻璃的生产技术和相应的钢化设备，可以生产出变形很小、平整度满足钢化真空玻璃要求的钢化玻璃。本发明是在分析玻璃钢化过程原理的基础上，采用综合技术措施，使玻璃在钢化过程中，不发生超过生产真空玻璃用钢化玻璃的技术要求的变形。这些技术措施包括玻璃钢化参数测定技术、玻璃表面温度精确实时测量控制技术、玻璃均匀加热和控制技术与设备、精密输送辊道和风栅冷却系统。本发明的具体内容是I.在实验室内，使用专用玻璃钢化参数测定装置，精确测定每批被钢化玻璃原片的粘度-温度曲线、软化点和相应的钢化工艺条件下的加热时间一温度曲线，为玻璃钢化过程控制提供精确的参数。2.本发明的超平玻璃钢化设备，使用精密红外辐射测温仪和红外温度扫描仪，采用直接实时测量玻璃表面实际温度，与计算机组成控温系统，保证在钢化加热炉中，玻璃的实际温度不超过实验室内制定的钢化温度，玻璃不发生软化、变形。3.本发明的玻璃钢化设备是采用有主加热室、精细均化加热室的玻璃均匀加热和控制技术与设备。并且使用对流加热和石英玻璃管远红外加热的综合加热系统，保证被玻璃的平面上各个区域的温度均匀，也提高玻璃表面和内部的温度一致性。主加热室承担玻璃加热量的95%以上。玻璃从室温被加热到接近玻璃钢化温度，即玻璃钢化温度以下20°C左右。然后在精细均化加热室内，精细、均化的把玻璃加热到钢化温度，使玻璃平面的各部分的温差最小，玻璃表面与内部的温度一致。本发明采用石英玻璃管加热器，不仅解决了钢化炉横向温度差的问题，使被加热玻璃整个表面温度均匀，而且提高了玻璃表面与内部的温度一致性。这是因为石英玻璃管与被加热玻璃的主要成分都是SiO2,它们都是-SiO2-SiO2-网络结构，石英玻璃管的热发射谱与玻璃的热吸收谱基本重合，不仅大大提高了加热效率，降低玻璃钢化生产能耗，而且辐射热可以到达玻璃的内部，进行玻璃内、外同时加热，显著地降低玻璃内外温差，从而减少玻璃表面过热的状况，避免玻璃过热变形。4.采用市场上平直度、椭圆度等最好的石英辊及高安装精度的稳定输送系统、优良的冷却风栅。本发明的有益效果首先是大大的改善了钢化玻璃的变形情况，平整度提高6 8倍，即钢化玻璃弓形弯曲小于0. 05% 0. 07%、波形弯曲小于0. 03% 0. 04%，可以满足生产钢化真空玻璃的技术要求。同时，本发明使用石英玻璃管红外加热器，明显地提高了能源利用率，降低了玻璃钢化生产单位能耗。另外利用本发明的技术和设备，生产的超平钢化玻璃原片用于夹层玻璃，可以成倍的减少中间层PVB胶片的用量，降低钢化夹层玻璃的成本。
附图中，A-放片台、B-主加热室、C-精细均化加热室、D-淬冷风栅和E-计算机控制系统。I-将被钢化的玻璃、2-输送系统、3-强制对流加热器、4-石英陶瓷辊输送系统、5-石英玻璃管红外加热器、6-精密红外辐射测温仪和红外温度扫描仪。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式
。I.根据订货要求，对每批将要钢化的浮法玻璃或Low-E玻璃原片取样。在实验室中，使用专用玻璃钢化参数测定装置，精确测定将要钢化的玻璃原片的粘度-温度曲线、软化点和相应的钢化工艺条件下工艺曲线，输入计算机过程控制系统，成为钢化工艺控制参
数。 2.把经过冷加工的浮法玻璃原片或Low-E玻璃原片(I)，放到生产超平钢化玻璃设备的放片台(A)上。计算机控制系统(E)根据预定程序，启动输送系统(2)把玻璃送入主加热室(B)。把玻璃(I)从室温加热到比预定的玻璃钢化温度低20°C左右，约为560°C 590°C。主加热室(B)的加热系统采用强制对流加热器(3)，这样可以同时满足普通浮法玻璃或Low-E玻璃的加热的技术要求。由计算机控制的石英陶瓷辊输送系统(4)完成玻璃的进出和摆动。玻璃在主加热室内的摆动是保证加热均匀的必要措施。3.计算机控制系统(E)启动石英陶瓷辊输送系统(4)把经预热的玻璃送入精细均化加热室(C)并进行摆动。本室使用石英玻璃管红外加热器(5)，在计算机控制系统(E)的控制下，对玻璃(I)进行精细、均匀加热，使用精密红外辐射测温仪和红外温度扫描仪(6)，实时监测玻璃(I)的实际温度。当玻璃被加热到预定的钢化参数时，计算机控制系统(6)发出指令，石英陶瓷辊输送系统(4)把玻璃输送到玻璃淬冷风栅(D)，进行吹风淬冷，完成玻璃钢化过程。4.本发明的超平钢化玻璃生产设备采用市场上质量最好的石英陶瓷辊、精密安装输送系统和淬冷风栅。采用上述本发明的综合技术措施和设备，可以保证成品钢化玻璃的弓形弯曲度小于0.07%、波形弯曲度可以小于0.04%。这种钢化玻璃可以用于CN2010 I 016 8742. 7《钢
化真空玻璃的生产方法和装备》生产钢化真空玻璃。
权利要求
1.一种超平钢化玻璃生产方法和设备，其特征在于采用综合技术措施，这些技术措施包括玻璃钢化参数测定、玻璃均匀加热技术与设备、玻璃表面温度精确实时测量控制技术、精密输送辊道和风栅冷却系统，使玻璃在钢化过程中，不发生超过技术要求的变形，。
2.根据权利要求I所述超平钢化玻璃生产方法和设备，其特征在于在实验室内，使用专用玻璃钢化参数测定装置，精确测定每批被钢化玻璃原片的粘度-温度曲线、软化点和相应的钢化工艺条件下的加热时间一温度曲线，为玻璃钢化过程控制提供精确的参数。
3.根据权利要求I所述超平钢化玻璃生产方法和设备，其特征在于使用精密红外辐射测温仪和红外温度扫描仪，采用直接实时测量玻璃表面实际温度，与计算机组成控温系统，保证在钢化加热炉中，玻璃的实际温度不超过实验室内制定的钢化温度，玻璃不发生软化、变形。
4.根据权利要求I所述超平钢化玻璃生产方法和设备，其特征在于玻璃钢化设备是采用有主加热室、精细均化加热室的玻璃均匀加热和控制技术与设备；并且使用对流加热和石英玻璃管远红外加热的综合加热系统，保证被玻璃的平面上各个区域的温度均匀，也提高玻璃表面和内部的温度一致性。
5.根据权利要求I所述超平钢化玻璃生产方法和设备，其特征在于利用本发明的技术和设备，生产的超平钢化玻璃原片用于夹层玻璃，可以成倍的减少中间层PVB胶片的用量，降低钢化夹层玻璃的成本。
全文摘要
本发明涉及钢化安全玻璃的生产方法和设备，特别是用于生产真空玻璃用的、平整度要求很高的钢化玻璃的生产方法和设备。本发明的主要内容是采用综合技术措施，使玻璃在钢化过程中，不发生超过技术要求的变形。这些技术措施包括玻璃钢化参数测定、玻璃均匀加热技术与设备、玻璃表面温度精确实时测量控制技术、精密输送辊道和风栅冷却系统。本发明大大的改善了钢化玻璃的变形情况，显著地提高了钢化玻璃平整度，弓形弯曲和波形弯曲可以小于0.07％和0.04％，满足生产钢化真空玻璃的技术要求。另外利用本发明的方法和设备，生产用于夹层玻璃的钢化玻璃原片，可以成倍的减少中间层PVB胶片的用量，降低钢化夹层玻璃的成本。
文档编号C03C27/12GK102643014SQ20111004216
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者王世忠 申请人:王世忠