均質爐降低鋼化玻璃自爆率原因探討

 

      鋼化玻璃因為自身優(yōu)越的性能使得其在現(xiàn)代建筑中被大規(guī)模的使用，其自爆的特性一直困擾著整個行業(yè)。目前大多數(shù)企業(yè)將鋼化玻璃的自爆率控制在1.5‰以內，經(jīng)過該均質爐設備處理過后的鋼化玻璃自爆率下降至不到萬分之一，因此該設備可以較大幅度的提升鋼化玻璃的安全性能，使用前景廣闊。

 

      工藝原理

 

      鋼化玻璃均質爐是間接鋼化玻璃安全性的裝置，在玻璃完成鋼化后進入均質爐，通過均質爐的高溫加熱原理，進行引爆測試和消除殘余的硫化鎳，將存在“自爆”隱患即玻璃內應力不均的的鋼化玻璃在測試過程中提前引爆，從而避免了鋼化玻璃安裝后再次發(fā)生“自爆”，經(jīng)過均質后的鋼化玻璃合格率將大大提升，從而提高了建筑物鋼化玻璃的安全可靠性。

 

      鋼化玻璃內部的硫化鎳作為非玻璃體物質微粒一直存在玻璃中，是導致鋼化玻璃自爆的最主要因素，硫化鎳由生產(chǎn)玻璃的原材料（石英砂、硅石粉等）中的雜質帶入玻璃。一些硫化鎳微粒經(jīng)過一段時間它的晶體結構從α狀態(tài)轉變到β狀態(tài)，在這個轉變過程中，硫化鎳微粒的體積產(chǎn)生大幅度的膨脹。這個體積膨脹過程形成鋼化玻璃強大的內應力，造成鋼化玻璃自爆。引起玻璃自爆硫化鎳直接在0.04mm至0.65mm之間，平均粒徑0.2mm。

 

      因為硫化鎳的晶型轉變，導致體積增加，從而引起的自爆會在局部生產(chǎn)放射性裂紋，如圖1所示，如果玻璃破碎后仍留在框內，則在破碎的起點處可以比較容易找到一個“蝴蝶”形狀的圖案特征，從自爆后的玻璃碎片中產(chǎn)生的“蝴蝶斑”，以傾斜45度角看，很容易在玻璃的板心看到一個較小的黑點至于“蝴蝶”中，正處于裂紋之間，而且自爆破損的玻璃裂紋的走向是由中心向四周散開的。

 

　　對鋼化玻璃進行二次加熱并退火的均質處理（又稱熱浸處理）是公認的解決自爆問題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290~300攝氏度左右，并保溫一定時間后緩慢降溫，使鋼化玻璃中的硫化鎳顆粒在均質處理中完成晶相轉變，讓可能自爆的玻璃在工廠內提前破碎。此方法可以有效降低鋼化玻璃出廠后的自爆率，提高成品率，減小因自爆而產(chǎn)生的交通運輸、安裝及對后續(xù)工序返工產(chǎn)生的影響。目前國內主要是采用強制對流型電加熱熱浸爐來處理鋼化玻璃。已有的鋼化玻璃均質爐，其加熱箱大多設在爐體的頂部或后部，用風機將熱風通過風道向爐內的需均質的鋼化玻璃輸送熱風并使熱風穿過鋼化玻璃間的間隙吸回風機，不間斷地重復，使鋼化玻璃加熱到額定溫度，并長時間保持恒溫，已達到引爆其中有"自爆"隱患的鋼化玻璃的目的。但不足之處是溫度的均勻性較差、耗能多、維修和清理不方便，給生產(chǎn)帶來諸多不便。

 

      鋼化玻璃均質爐的結構

 

      首先，在爐內溫度升高到280攝氏度時要求保溫在兩個小時以上，這樣就對爐體的保溫性能提出嚴格的要求，如果保溫效果不好，將使爐內的溫度很難控制在一個水平，這使得爐內溫度會忽高忽低嚴重影響玻璃質量，據(jù)研究，280℃時的相變速率是250℃時的100倍，因此必須確保爐內的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度曲線。否則，一方面有些玻璃溫度太高，會引起硫化鎳逆向相變；另一方面溫度低的玻璃因保溫時間不夠，使得硫化鎳相變不完全。兩種情況均會導致無效的均質處理，所以在均質爐本身的保溫上，以加工空間為4400mm×3700mm×3300mm的為例，在爐體的四周至少要采用200mm的保溫層，而由于大多數(shù)的均質爐都采用將加熱裝置放于爐體頂端的位置，所以在頂端的保溫要求更加嚴格，這是由于在爐體的上部大多數(shù)要布滿電纜線，是為了有更好的隔熱效果，至少要有500mm的保溫層。這樣不僅可以提高均質的可靠性更重要的是節(jié)約大量的電能，為建設節(jié)約型社會作出貢獻。

 

      其次，為了保障均質爐內部的溫度能在同一個水平，還要求均質爐內部有空氣流動通暢，防止有氣流的死角，造成局部溫度過高或過低而造成玻璃均質的失敗。爐體內部空氣流動由放在爐體頂部的風機提供。第一，要求風機是高溫風機，可以常時間在高溫環(huán)境下工作，并且耐高溫至少在400攝氏度；第二，風道系統(tǒng)由不銹鋼材料制作，這樣可以提高它的使用壽命。通過風道將風傳入爐內，可以將風在爐內的循環(huán)。

 

      箭頭方向表示風的流向，風機將冷風吹到加熱區(qū)，通過加熱形成熱風在爐內循環(huán)，以4400mm×3700mm×3300mm的爐內尺寸為例，要求內部的風量達到40000m3/h以上，循環(huán)速度要求在1。5m/s左右，這同樣為了能夠使內部空氣流通的均勻，建議采用多臺風機多個進風口的辦法提高空其在爐內部的均勻性。這里還要強調的是風道、風機的保溫也是至關重要。

 

      關于爐體的主要骨架盡量采用優(yōu)質的鋼材，因為長期的加熱冷卻，這樣的冷熱循環(huán)對鋼材的影響極其嚴重，所以在選擇鋼材時一定要多注意，爐體內壁應該必須選擇不銹鋼材料。

 

      具體實施方式

 

      打開爐門，將已有玻璃的A型架放入均質爐的腔室①內，關閉爐內自鎖裝置；設定溫度，將模塊式加熱體加熱，形成加熱器②；開動風機③將氣流經(jīng)進風口④送入加熱室⑤，氣流沿加熱室流動將熱量送至爐體的進風道⑥；爐體進風道靠腔室面開有有規(guī)則的側孔⑦，側孔有可調節(jié)空氣流量的調風扳⑧，氣流通過這些側孔進入腔室，溫度均勻；氣流流動至出風道⑨，再沿出風道回歸風機形成循環(huán)流動的恒溫氣流。為了更有效地使氣流溫度均勻，除調節(jié)側風板外，又在腔室內加制了內置風道⑩，這樣就有效地保證了腔室內溫度的均勻性，從而達到玻璃的均質處理效果。爐體四周的保溫層？輥？輯？訛，阻止了加熱腔室與外界的熱量交換，大大節(jié)省了電能。

 

      此均質爐的優(yōu)點

 

      首先，本均質爐爐門利用氣動連桿機構，靈活開啟、關閉，方便玻璃的裝載、卸載，降低勞動強度。值得注意的是均質爐爐門設計時需要盡可能避免使用電動門，因為在玻璃升溫過程中，電機受熱后容易出現(xiàn)故障，一旦爐門關不緊將極大地降低均質效果。其次，爐體內頂柜和內側柜前面焊接一獨立框用來和爐門密封，達到良好的密封效果，均質是通過熱的對流加熱玻璃的，如果密封不加，會導致升溫緩慢，從而降低效率。再次，本設備有意將風機放置于高于爐體頂部一段距離，以減少風機運行時產(chǎn)生的震動，并給予爐絲端子與電源線連接有更大的安全空間。最后，本設備采用模塊化加熱，將每組爐絲制作成一個緊湊的長方體，均勻分布在加熱區(qū)域，便于加熱體的檢修更換。而且進風道設有風量調節(jié)裝置，可使腔內的上、中、下部風速均勻，有助于腔內溫度均勻，腔內恒溫水平。

 

      經(jīng)過試驗據(jù)統(tǒng)計表明，經(jīng)本設備均質處理后，鋼化玻璃自爆概率會大大降低，每1萬平方米玻璃在2年內發(fā)生1片自爆的概率不到萬分之一。此時的鋼化玻璃才可以稱得上真正的安全玻璃。鋼化玻璃采用均質處理技術后，成本有了一定的提高，玻璃的價格也提高了，但是從社會責任和公共安全的角度來考慮，玻璃生產(chǎn)企業(yè)還是應該建議客戶購買經(jīng)過均質處理的鋼化玻璃。