均質(zhì)爐如何降低鋼化玻璃自爆率

圖2鋼化玻璃均質(zhì)爐示意圖（單位mm）

　　編者按 “鋼化”玻璃——對(duì)于這個(gè)聽(tīng)著就結(jié)實(shí)的名字，人們?cè)絹?lái)越熟悉。門(mén)窗、幕墻、桌椅、電器、地板……鋼化玻璃制品越來(lái)越多。由于破碎后不會(huì)形成刀狀的尖角，鋼化玻璃還被冠以“安全玻璃”的美稱(chēng)。但是近期網(wǎng)上時(shí)不時(shí)見(jiàn)到有關(guān)玻璃臺(tái)板、淋浴房、礦燈具玻璃、烤爐門(mén)玻璃、玻璃幕墻等鋼化玻璃制品自爆的報(bào)道。如再不解決自爆問(wèn)題，不但影響鋼化玻璃的推廣，甚至可能使鋼化玻璃產(chǎn)品失去公眾的信任。

　　本文詳細(xì)介紹了一種鋼化玻璃均質(zhì)爐，能在玻璃使用前快速使具有自爆可能的玻璃提前自爆，從而提高鋼化玻璃的安全性。

　　鋼化玻璃的自爆是影響其安全性能的主要原因，鋼化玻璃內(nèi)部的非玻璃體物質(zhì)（如硫化鎳）微粒會(huì)導(dǎo)致鋼化玻璃自爆，這種物質(zhì)由生產(chǎn)玻璃的原材料中的雜質(zhì)帶入玻璃。有一些硫化鎳微粒經(jīng)過(guò)一段時(shí)間它的晶體結(jié)構(gòu)從α狀態(tài)轉(zhuǎn)變到β?tīng)顟B(tài)，在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，硫化鎳微粒的體積產(chǎn)生較大程度的膨脹。這個(gè)體積膨脹過(guò)程形成鋼化玻璃強(qiáng)大的內(nèi)應(yīng)力，造成鋼化玻璃自爆。

　　鋼化玻璃因?yàn)樽陨韮?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(gè)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?xún)?nèi)，經(jīng)過(guò)該均質(zhì)爐設(shè)備處理過(guò)后的鋼化玻璃自爆率下降至不到萬(wàn)分之一，因此該設(shè)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(zhì)爐是間接鋼化玻璃安全性的裝置，在玻璃完成鋼化后進(jìn)入均質(zhì)爐，通過(guò)均質(zhì)爐的高溫加熱原理，進(jìn)行引爆測(cè)試和消除殘余的硫化鎳，將存在“自爆”隱患即玻璃內(nèi)應(yīng)力不均的的鋼化玻璃在測(cè)試過(guò)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(guò)均質(zhì)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(nèi)部的硫化鎳作為非玻璃體物質(zhì)微粒一直存在玻璃中，是導(dǎo)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(zhì)帶入玻璃。一些硫化鎳微粒經(jīng)過(guò)一段時(shí)間它的晶體結(jié)構(gòu)從α狀態(tài)轉(zhuǎn)變到β?tīng)顟B(tài)，在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，硫化鎳微粒的體積產(chǎn)生大幅度的膨脹。這個(gè)體積膨脹過(guò)程形成鋼化玻璃強(qiáng)大的內(nèi)應(yīng)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?yàn)榱蚧�鎳的晶型轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致體積增加，從而引起的自爆會(huì)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(nèi)，則在破碎的起點(diǎn)處可以比較容易找到一個(gè)“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?xún)A斜45度角看，很容易在玻璃的板心看到一個(gè)較小的黑點(diǎn)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(kāi)的。

　　圖1 硫化鎳玻璃自爆圖

　　對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行二次加熱并退火的均質(zhì)處理（又稱(chēng)熱浸處理）是公認(rèn)的解決自爆問(wèn)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(shí)間后緩慢降溫，使鋼化玻璃中的硫化鎳顆粒在均質(zhì)處理中完成晶相轉(zhuǎn)變，讓可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)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(yùn)輸、安裝及對(duì)后續(xù)工序返工產(chǎn)生的影響。目前國(guó)內(nèi)主要是采用強(qiáng)制對(duì)流型電加熱熱浸爐來(lái)處理鋼化玻璃。已有的鋼化玻璃均質(zhì)爐，其加熱箱大多設(shè)在爐體的頂部或后部，用風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)通過(guò)風(fēng)道向爐內(nèi)的需均質(zhì)的鋼化玻璃輸送熱風(fēng)并使熱風(fēng)穿過(guò)鋼化玻璃間的間隙吸回風(fēng)機(jī)，不間斷地重復(fù)，使鋼化玻璃加熱到額定溫度，并長(zhǎng)時(shí)間保持恒溫，已達(dá)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(lái)諸多不便。

　　鋼化玻璃均質(zhì)爐的結(jié)構(gòu)

　　首先，在爐內(nèi)溫度升高到280攝氏度時(shí)要求保溫在兩個(gè)小時(shí)以上，這樣就對(duì)爐體的保溫性能提出嚴(yán)格的要求，如果保溫效果不好，將使?fàn)t內(nèi)的溫度很難控制在一個(gè)水平，這使得爐內(nèi)溫度會(huì)忽高忽低嚴(yán)重影響玻璃質(zhì)量，據(jù)研究，280℃時(shí)的相變速率是250℃時(shí)的100倍, 因此必須確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度曲線(xiàn)。否則，一方面有些玻璃溫度太高，會(huì)引起硫化鎳逆向相變; 另一方面溫度低的玻璃因保溫時(shí)間不夠，使得硫化鎳相變不完全。兩種情況均會(huì)導(dǎo)致無(wú)效的均質(zhì)處理，所以在均質(zhì)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(zhì)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(yán)格，這是由于在爐體的上部大多數(shù)要布滿(mǎn)電纜線(xiàn)，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(zhì)的可靠性更重要的是節(jié)約大量的電能，為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)作出貢獻(xiàn)。

　　其次，為了保障均質(zhì)爐內(nèi)部的溫度能在同一個(gè)水平，還要求均質(zhì)爐內(nèi)部有空氣流動(dòng)通暢，防止有氣流的死角，造成局部溫度過(guò)高或過(guò)低而造成玻璃均質(zhì)的失敗。爐體內(nèi)部空氣流動(dòng)由放在爐體頂部的風(fēng)機(jī)提供。第一，要求風(fēng)機(jī)是高溫風(fēng)機(jī)，可以常時(shí)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(fēng)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(guò)風(fēng)道將風(fēng)傳入爐內(nèi)，可以將風(fēng)在爐內(nèi)的循環(huán)如圖2所示。

　　圖中箭頭方向表示風(fēng)的流向，風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)吹到加熱區(qū)，通過(guò)加熱形成熱風(fēng)在爐內(nèi)循環(huán)，以4400mm×3700mm×3300mm的爐內(nèi)尺寸為例，要求內(nèi)部的風(fēng)量達(dá)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(nèi)部空氣流通的均勻，建議采用多臺(tái)風(fēng)機(jī)多個(gè)進(jìn)風(fēng)口的辦法提高空其在爐內(nèi)部的均勻性。這里還要強(qiáng)調(diào)的是風(fēng)道、風(fēng)機(jī)的保溫也是至關(guān)重要。

　　關(guān)于爐體的主要骨架盡量采用優(yōu)質(zhì)的鋼材，因?yàn)殚L(zhǎng)期的加熱冷卻，這樣的冷熱循環(huán)對(duì)鋼材的影響極其嚴(yán)重，所以在選擇鋼材時(shí)一定要多注意，爐體內(nèi)壁應(yīng)該必須選擇不銹鋼材料。

　　具體實(shí)施方式

　　以圖2所示，打開(kāi)爐門(mén)，將已有玻璃的A型架放入均質(zhì)爐的腔室①內(nèi)，關(guān)閉爐內(nèi)自鎖裝置；設(shè)定溫度，將模塊式加熱體加熱，形成加熱器②；開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)③將氣流經(jīng)進(jìn)風(fēng)口④送入加熱室⑤，氣流沿加熱室流動(dòng)將熱量送至爐體的進(jìn)風(fēng)道⑥；爐體進(jìn)風(fēng)道靠腔室面開(kāi)有有規(guī)則的側(cè)孔⑦，側(cè)孔有可調(diào)節(jié)空氣流量的調(diào)風(fēng)扳⑧，氣流通過(guò)這些側(cè)孔進(jìn)入腔室，溫度均勻；氣流流動(dòng)至出風(fēng)道⑨，再沿出風(fēng)道回歸風(fēng)機(jī)形成循環(huán)流動(dòng)的恒溫氣流。為了更有效地使氣流溫度均勻，除調(diào)節(jié)側(cè)風(fēng)板外，又在腔室內(nèi)加制了內(nèi)置風(fēng)道⑩，這樣就有效地保證了腔室內(nèi)溫度的均勻性，從而達(dá)到玻璃的均質(zhì)處理效果。爐體四周的保溫層，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(zhì)爐的優(yōu)點(diǎn)

　　首先，本均質(zhì)爐爐門(mén)利用氣動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，靈活開(kāi)啟、關(guān)閉，方便玻璃的裝載、卸載，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。值得注意的是均質(zhì)爐爐門(mén)設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能避免使用電動(dòng)門(mén)，因?yàn)樵诓Ａ�升溫過(guò)程中，電機(jī)受熱后容易出現(xiàn)故障，一旦爐門(mén)關(guān)不緊將極大地降低均質(zhì)效果。其次，爐體內(nèi)頂柜和內(nèi)側(cè)柜前面焊接一獨(dú)立框用來(lái)和爐門(mén)密封，達(dá)到良好的密封效果，均質(zhì)是通過(guò)熱的對(duì)流加熱玻璃的，如果密封不加，會(huì)導(dǎo)致升溫緩慢，從而降低效率。再次，本設(shè)備有意將風(fēng)機(jī)放置于高于爐體頂部一段距離，以減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)，并給予爐絲端子與電源線(xiàn)連接有更大的安全空間。最后，本設(shè)備采用模塊化加熱，將每組爐絲制作成一個(gè)緊湊的長(zhǎng)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(jìn)風(fēng)道設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，可使腔內(nèi)的上、中、下部風(fēng)速均勻，有助于腔內(nèi)溫度均勻，腔內(nèi)恒溫水平。

　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，經(jīng)本設(shè)備均質(zhì)處理后，鋼化玻璃自爆概率會(huì)大大降低，每1萬(wàn)平方米玻璃在2年內(nèi)發(fā)生1片自爆的概率不到萬(wàn)分之一。此時(shí)的鋼化玻璃才可以稱(chēng)得上真正的安全玻璃。鋼化玻璃采用均質(zhì)處理技術(shù)后，成本有了一定的提高，玻璃的價(jià)格也提高了，但是從社會(huì)責(zé)任和公共安全的角度來(lái)考慮，玻璃生產(chǎn)企業(yè)還是應(yīng)該建議客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)經(jīng)過(guò)均質(zhì)處理的鋼化玻璃。