拉制参数对碱铝硅超薄浮法玻璃拉薄行为的影响

引言

拉薄是超薄柔性浮法玻璃生产的一道重要工序。纵向牵引力、拉制温度（黏度）及温度制度是影响薄玻璃生产的重要因素。纵向牵引力太小，拉出的玻璃达不到超薄柔性玻璃的厚度要求；纵向牵引力过大，有拉断玻璃板的危险。拉制温度愈高，玻璃黏度愈小，拉成既定厚度玻璃所需纵向牵引力愈小，而薄玻璃在表面张力作用下的回缩增厚能力则增强；拉制温度过低，玻璃黏度增加，拉制阻力增加，拉制困难，拉出既定厚度玻璃所需纵向牵引力要求愈大。不同组成玻璃，其黏度-温度曲线不同，拉制温度要求自然不同。玻璃纵向温度制度影响窑炉作业及生产产品的最终厚度。本文在前期工作的基础上，借助所提出的数学模型，通过调整参数，将其应用于碱铝硅超薄玻璃的拉薄分析；用数值方法研究拉制过程中工艺、过程参数对超薄玻璃拉薄行为的影响，以期进一步提升对超薄玻璃制备技术的认识。

结果分析与讨论

（1）基本数据。应用模型，在计算机上对碱铝硅超薄玻璃进行了模拟计算。计算中用到的玻璃液的性质见表1。

表1 碱铝硅玻璃性质及特征黏度点对应的温度

（2）碱铝硅玻璃的平衡厚度与回缩增厚速度。将锡液密度和表面张力及表1中碱铝硅玻璃的相关数据代入式（1），可算得高碱铝、低碱铝和钠钙硅玻璃在锡液上的平衡厚度，分别为7.25 mm、6.78 mm和6.01 mm。该数据比普通钠钙硅酸盐玻璃的平衡厚度（6.01 mm）略大。表明高碱铝和低碱铝硅玻璃比普通浮法玻璃拉薄要求更高。玻璃厚度及黏度对低碱铝和高碱铝硅玻璃的回缩增厚速度的影响见图1、图2。

图1 玻璃厚度和黏度对低碱铝硅玻璃的回缩增厚速度的影响

图2 玻璃厚度和黏度对高碱铝硅玻璃的回缩增厚速度的影响

从图1和图2也可看出，随黏度增大，无论厚玻璃还是薄玻璃，玻璃带回缩增厚速度迅速减小，黏度至约105Pa·s时，回缩增厚速度不再明显变化；黏度至108Pa·s时，回缩增厚速度重叠在一起。利用玻璃黏度-温度表达式，带入表1相应数据，可算得相应的温度。普通钠钙玻璃、低碱铝和高碱铝硅玻璃的相应温度分别为：812℃，844℃，952℃。

（3）纵向牵引力与玻璃最终厚度的关系。为避免重复，以下研究以低碱铝硅玻璃为例进行计算与分析。计算时输入的相关数据：玻璃产量为10 t/d，拉制温度为845℃，末端玻璃温度为645℃，纵向温度梯度为6.67℃/m。计算时，输入一个纵向牵引力，利用公式（3）～（5），从拉制区算至锡槽末端，得到末端玻璃带厚度。低碱铝硅玻璃的末端玻璃厚度与纵向牵引力的关系如图3所示。

图3 低碱铝硅玻璃的纵向牵引力与末端玻璃厚度的关系

从图3可见，随纵向牵引力增加，末端玻璃厚度逐渐减小，在表2所述条件下，至212 N时，末端玻璃厚度已拉薄至0.1 mm，达到超薄玻璃的要求。

（4）拉制温度对所需纵向牵引力的影响。为研究拉制温度对拉制超薄玻璃所需纵向牵引力的影响。本文在保持上文所述基本条件不变的情况下，改变温度进行了计算。图4是拉得0.1 mm厚超薄玻璃所需的纵向牵引力。

图4 拉制温度对所需纵向牵引力的影响

从图4可见，将拉制温度提高到1000℃，拉得所需厚度的超薄玻璃的纵向牵引力迅速降低；降低拉制温度（900℃），所需纵向牵引力迅速上升。因此，拉制超薄玻璃的温度不宜过低。

（5）玻璃带纵向温降对纵向牵引力的影响。图5给出了玻璃带纵向温降对拉得0.1 mm厚超薄玻璃所需纵向牵引力的影响。

图5 玻璃带纵向温降对所需纵向牵引力的影响

从图5可见，在保持日产量和拉制温度不变的情况（产量为10 t/d,拉制温度为845℃）下，随玻璃带温降梯度增加（即玻璃带末端温度降低），拉得相同厚度的超薄玻璃所需纵向牵引力近似直线上升（温度梯度为1.667℃/m时，牵引力约为79 N；3.333℃/m，139 N；6.667℃/m，291 N）。因此，在既定的拉制条件下，玻璃带温降不宜过大，能保持正常的作业即可。

结论

利用前期所提出数学模型和数值计算方法，通过改变参数，在计算机上进一步研究了玻璃组分和拉制条件对超薄玻璃拉薄行为的影响。

（1）薄玻璃的回缩增厚速度随玻璃厚度变薄迅速增大，随玻璃黏度增大急剧减小。在黏度约为105Pa·s时，薄玻璃的回缩增厚速度不再明显变化。因此，可在此黏度对应的玻璃温度下，进行薄玻璃的拉薄分析。

（2）纵向牵引力越大，所拉得的玻璃的最终厚度越小。因此，可通过改变纵向牵引力调整玻璃的厚度，但所得到的玻璃的厚度与纵向牵引力不是线性关系。

（3）拉制温度高低影响拉得超薄玻璃所需纵向牵引力的大小。拉制温度过低，所需纵向牵引力太大；拉制温度过高，所需纵向牵引力虽然可以减小，但拉得的薄玻璃会在表面张力作用下迅速回缩增厚，需设置拉边机。有多对拉边机时的合理成形温度的定量分析有待进一步研究。

来源：玻璃杂志

作者：程弋芮、林祎恺等
作者单位：华东理工大学无机材料系

2022年第3期