CN101067565A - 测量玻璃流量变化的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在超薄平板玻璃生产工艺中测量玻璃流量变化的装置及其方法，其装置包括退火装置，退火装置至少有由辐射吸热冷却系统、均温装置和保温封闭系统组成的急冷区，冷却系统为与平板玻璃对称安装的冷却管道，冷却系统里装有入媒质测温热电偶、出媒质测温热电偶和流量计；并经过通路与数据分析和控制系统相连，数据分析和控制系统一路与监视器相连接，另一路与玻璃流量调节控制回路相连，通过分析超薄平板玻璃退火装置中急冷区内辐射吸热装置的冷却水入出水温度、流量来测量玻璃流量，进一步控制玻璃流量，使玻璃流量稳定，具有测量准确、效率高的优点。

Description

测量玻璃流量变化的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种在超薄平板玻璃生产工艺中测量玻璃流量变化的装置及其方法，具体地说，即通过分析超薄平板玻璃退火装置中急冷区内辐射吸热装置的冷却水入出水温度、流量来测量玻璃流量，更进一步来控制玻璃流量，使玻璃流量稳定。
背景技术：
超薄玻璃基板应用范围很广，尤其在平面显示领域，超薄玻璃基板作为液晶显示器的原材料尤为重要。超薄平板玻璃生产工艺，有浮法生产工艺、向上牵引法生产工艺、有槽下拉法生产工艺和溢流成形法生产工艺等，其中溢流成形法生产超薄玻璃基板以玻璃基板正反两面在生产过程中不接触任何设备，依靠自然抛光而获得较高的表面性能而闻名。本专利以溢流成形法生产工艺来介绍技术背景，目的是详细的介绍技术的背景，这些技术背景是公知技术，不包含在本发明专利内。
如图1A为溢流成形法生产超薄平板玻璃的工艺流程示意图，图1B为溢流成形法工艺流程的横截面示意图。101为池炉，102为熔融玻璃通道，103为成形砖，104为玻璃板，105为封闭炉，106为成形槽中的熔融玻璃，107为过渡区，108为急冷区，109为退火区，108和109组成退火炉。成形砖被包覆在封闭炉105内，封闭炉105的作用是保证成形砖处于玻璃成形时的温度。在池炉101中熔化后的熔融玻璃经过玻璃通道102的澄清、搅拌和冷却进入到成形砖103的槽中，然后在成形砖103的两侧溢出，再向下流动，在成形砖103的根部玻璃汇合成一张玻璃板。玻璃板再向下流动经过渡区107，在急冷区108的进行强制辐射冷却，在退火区109处进行合适退火后就可以得到成品玻璃板104。
图2A和图2B为急冷区108的示意图。其由均温板201、冷却水管202、隔热层203、入水测温热电偶204、出水测温热电偶205、入水连接管206、出水连接管207、入水集管208、出水集管210、流量计209组成。玻璃板200在急冷区内经过时通过与急冷区内壁均温板201辐射换热，将玻璃板200散失的热量传递给均温板，均温板再与冷却水管进行热交换，将玻璃板200散失的热量传递给冷却水。通过冷却水的流动将玻璃板200散失的热量释放出去。
在超薄玻璃基板生产过程中，对玻璃流量的测量的传统方法，是通过在线测量设备测量经过退火和自然冷却后的玻璃板的断面厚度分布，再进行计算机处理后得到的。这种测量玻璃流量的方法由于测量玻璃流量的位置处于整个生产工序流程的最后端，其反映出的玻璃流量是若干时间前的玻璃流量，因此其远远滞后于玻璃实际流量数据，依据此玻璃流量的数据对玻璃流量进行调整往往会造成玻璃流量的更不稳定。因此，对玻璃流量的测量位置越在工序前端就越能够及时获得实时的玻璃流量数据，也就更能够正确地调整玻璃流量。
德国专利DE102004019014介绍了玻璃基板的退火装置和结构，但是其仅仅用于玻璃基板的退火，而不是用于玻璃流量的测量。
发明内容：
为了能够实现实时测量超薄玻璃板生产过程中的玻璃流量，本发明利用在急冷区的热量平衡，对通过急冷区的冷却水的温度进行实时监控，来得到玻璃流量变化的信息，从而达到测量玻璃流量变化的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种测量玻璃流量变化的装置，包括用来保证超薄平板玻璃退火的退火装置，该退火装置至少有用于使平板玻璃快速降低的急冷区，急冷区内由辐射吸热冷却系统、均温装置和保温封闭系统组成，冷却系统为一组与平板玻璃对称安装的冷却管道，在冷却管道和平板玻璃之间，有用于均温的均温装置，
a、在冷却系统里，安装有进入冷却系统的媒质测温热电偶、出冷却系统的媒质测温热电偶和媒质流量计；
b、进入冷却系统的媒质测温热电偶、出冷却系统的媒质测温热电偶、媒质流量计经过通路与数据分析和控制系统相连接，该数据分析和控制系统的一路与监视器相连接，另一路与对玻璃流量进行调节控制的玻璃流量调节控制回路相连接。
更进一步说，在平板玻璃溢流法生产超薄平板玻璃的生产流程中，该装置包括封闭炉、被包覆在封闭炉内的带有容纳流入熔融玻璃成形槽的成形砖、成形砖根部玻璃汇合处的过渡区、急冷区和退火区，急冷区和退火区组成退火炉，急冷区由里层的均温板、外层的隔热层、均温板和隔热层之间的冷却水管组成，冷却水管为一组与平板玻璃对称安装的管道，在冷却水管的入水管上安装有入水测温热电偶，在冷却水管的出水管上安装有出水测温热电偶，各个入水管和出水管汇集连通在总的入水管和出水管上，在冷却水管上还安装有流量计，入水测温热电偶、出水测温热电偶、流量计通过通路与PLC程序逻辑控制器相连接，该PLC程序逻辑控制器的一路与监视器相连接，另一路与对玻璃流量进行调节控制的玻璃流量调节控制回路相连接，入水测温热电偶、出水测温热电偶、流量计测量出来的信号经过通路被送到PLC程序逻辑控制器内，经过信号分析与处理，然后发出玻璃流量变化信号，一路送至人工监视器，另一路送至对玻璃流量进行调节控制的玻璃流量调节控制回路。
一种利用上述的装置进行测量玻璃流量变化的方法，使用一种用来保证超薄平板玻璃退火的退火装置，该退火装置至少有用于使平板玻璃快速降低的急冷区，急冷区内由辐射吸热冷却系统、均温装置和保温封闭系统组成，辐射吸热冷却系统为一组与平板玻璃对称安装的冷却管道，在冷却管道和平板玻璃之间有用于均温的均温装置，
a、在冷却系统里，安装有进入冷却系统的媒质测温热电偶、出冷却系统的媒质测温热电偶和媒质流量计；
b、使用数据分析和控制系统采集退火装置急冷区冷却媒质的入出温度和流量数据，再用来折算出玻璃流量，并进一步控制玻璃流量，保证玻璃流量的稳定。
使用数据分析和控制系统采集退火装置急冷区冷却媒质的入出温度和流量数据，再用来折算出玻璃流量的方法如下：
单位时间内急冷区的热量传递有以下几种：玻璃板进入急冷区时的热量Q玻 璃入，玻璃板离开急冷区时的热量Q玻璃出，玻璃板与均温板之间的辐射换热量Q换1，玻璃板散失到两侧面的的其他热量Q其他，均温板与冷却水管之间的换热量Q换2，急冷区整体对外界空气散失的热量Q换3，因此有：
Q玻璃入-Q玻璃出＝Q换1+Q其他＝Q换2+Q换3              (1)
对于Q玻璃入，有：Q玻璃入＝c×m1×T1                 (2)
其中：c为玻璃的比热容，m1为玻璃的质量流量，T1为玻璃进入急冷区时的温度，对于Q玻璃出，有：Q玻璃入＝c×m2×T2               (3)
其中：c为玻璃的比热容，m2为玻璃的质量流量，T2为玻璃离开急冷区时的温度，在均温板和两侧耐火材料组成的空腔与外界完全封闭，因此玻璃板与均温板之间只有辐射换热Q换1，Q其他为玻璃板和两侧边耐火材料之间的换热量，由于玻璃板与均温板为竖直平行平板，其辐射换热量满足平行平板之间辐射换热计算公式，因此对于Q换1，有：
其中：Q1为玻璃板辐射出的热量，也是均温板辐射吸收的热量；Q2为玻璃板辐射吸收的热量，也是均温板辐射出的热量；F为玻璃板辐射的有效面积，其等于均温板辐射的有效面积；ε玻璃为玻璃板的辐射率，ε均温板为均温板的辐射率，X1，2为两辐射表面的角系数；T3为玻璃板的温度，T4为均温板的温度。
均温板向外传递的热量，一部分通过辐射、对流等换热方式被冷却水所吸收，即还有一部分通过隔热材料传递到外界空气中。其中传递给冷却水的热量可以表示为：
Q换2＝c水*m3*T5-c水*m4*T6                     (5)
其中：c水为水的比热容；m3为进入冷却管道的水的质量流量，T5为冷却水入水温度，m4为排出冷却管道的水的质量流量，T6为冷却水出水温度。
通过关系式(2)和(3)我们知道：玻璃板在急冷区释放的热量，其仅与进出急冷区的玻璃板的质量流量m和进出急冷区的玻璃板的温度有关。
通过关系式(5)我们知道：单位时间内急冷区传递给冷却水的热量Q换2，其仅与冷却水进口温度、出口温度和冷却水流量m有关系。
对于从隔热材料传递到外界空气中的热量Q换3和玻璃板散失到两侧面的的其他热量，其与玻璃板的温度有一定的函数关系，因此：我们记为：
Q换3＝f1(T)                                   (6)
Q其他＝f2(T)                                  (7)
通过实际工艺生产记录我们知道，在正常生产过程中，Q换3、Q其他的变化比较小，往往忽略不计。
因此，通过以上分析可以推出：控制冷却水入水温度不变化、冷却水流量不变化，那么影响冷却水出口温度的因素只与进入急冷区玻璃板的质量流量m、进入急冷区的玻璃板温度有关系。我们通过对进入急冷区玻璃板的温度进行控制，而假定进入急冷区的玻璃板温度稳定的情况下，影响冷却水出口温度的因素就仅与进入急冷区玻璃板的质量流量m有一定函数关系，我们记为：
T6＝f3(m)+A                                (8)
其中T6为冷却水出水温度，m为玻璃板的质量流量，f3为某函数关系，A为常数。
通过关系式(8)，如果我们对冷却水出水温度进行监控，就可以实时有效地检测玻璃板的流量。
本发明的积极效果为：通过本发明，可以在超薄平板玻璃生产中，较早的在线检测到玻璃流量的变化，从而能够实时对玻璃流量进行监控和调整，达到稳定玻璃流量、稳定生产工艺、提高生产效率的目的。
附图说明：
图1A为溢流成形法生产超薄平板玻璃的工艺流程示意图。
图1B为溢流成形法工艺流程的横截面示意图。
图2A为急冷区108的剖视图。
图2B为急冷区108的结构示意图。
图3A为体现本发明的实施例的生产流程示意图。
图3B为体现本发明的退火炉中的急冷区325的的剖视图。
图3C为体现本发明的退火炉中的急冷区的结构示意图。
具体实施方式：
图3为体现本发明的实施例——平板玻璃溢流法生产超薄平板玻璃的生产流程。如图3A示。327为玻璃板，321为封闭炉，322为成形槽中的熔融玻璃，323为成形砖，324为过渡区，325为急冷区，326为退火区，325和326组成退火炉。成形砖323被包覆在封闭炉321内，封闭炉321的作用是保证成形砖处于玻璃成形时的温度。在池炉中熔化后的熔融玻璃经过玻璃通道的澄清、搅和冷却进入到成形砖323的槽中，然后在成形砖321的两侧溢出，再向下流动，在成形砖323的根部玻璃汇合成一张玻璃板。玻璃板再向下流动经过渡区324，在急冷区325进行强制辐射冷却，在退火区326处进行合适退火后就可以得到成品玻璃板327。图3C为退火炉急冷区325的剖视图，其使用水作为冷却媒质。
图3B为退火炉中的急冷区325，图中301为PLC程序逻辑控制器，冷却水管302、入水测温热电偶304、出水测温热电偶305、入水连接管306、出水连接管307、入水集管308、出水集管310、流量计309，入水测温热电偶304、出水测温热电偶305、流量计309测量出来的信号经过通路311、312、313被送到PLC控制器301内，经过信号分析与处理，然后发出玻璃流量变化信号，一路314送至监视器进行人工监视，另一路315送至玻璃流量调节控制回路对玻璃流量进行调节控制。
体现本专利的第一个实施例，在此溢流法生产工艺中，玻璃的稳定出料量为5吨/天，即57.87g/s，玻璃板毛宽1240mm，玻璃板厚度为0.7mm，退火炉急冷区入口玻璃板温度为965℃，急冷区冷却水入口温度保持稳定在30℃，冷却水流量保证稳定在1400cm3/s，稳定玻璃流量时冷却水出口温度为35℃，程序控制器PLC选用Siemens S5。表1中的数据为在急冷区冷却水出口温度和玻璃流量的变化数据。其中玻璃实际流量是对玻璃板经过t1时间(退火、冷却)使用在线厚度检测仪的检测后计算得到的。预测玻璃流量为程序控制器根据冷却水出水温度等数据预测出来的玻璃流量。从表1中我们可以较实时地得到玻璃的流量。
体现本专利的第二个实施例，在此溢流法生产工艺中，玻璃的稳定出料量为10吨/天，即115.74g/s，玻璃板毛宽1800mm，玻璃板厚度为0.70mm，退火炉急冷区入口玻璃板温度为980℃，急冷区冷却水入口温度稳定保持在40℃，冷却水流量稳定保持在1950cm3/s，正常玻璃流量时冷却水的出水温度为45℃，程序控制器PLC选用Siemens S5。表2中的数据为此实施例中在急冷区冷却水出口温度和玻璃板流量的变化数据。其中玻璃实际流量是对玻璃板经过t2时间(退火、冷却)后使用在线厚度检测仪的检测后得到的。预测玻璃流量为程序控制器根据冷却水出水温度等数据预测出来的玻璃流量。从表2中我们可以较实时地得到玻璃的流量。
体现本专利的第三个实施例，在此溢流法生产工艺中，玻璃的稳定出料量为3吨/天，即34.72g/s，玻璃板毛宽750mm，玻璃板厚度为0.70mm，退火炉急冷区入口玻璃板温度为950℃，急冷区冷却水入口温度稳定保持在30℃，冷却水流量稳定保持在970cm3/s，正常玻璃流量时冷却水的出水温度为35℃，程序控制器PLC选用Siemens S5。表2中的数据为此实施例中在急冷区冷却水出口温度和玻璃板流量的变化数据。其中玻璃实际流量是对玻璃板经过t3时间(退火、冷却)后使用在线厚度检测仪的检测后得到的，预测玻璃流量为程序控制器根据冷却水出水温度等数据预测出来的玻璃流量。从表3中我们可以较实时地得到玻璃的流量。
本发明中的冷却媒质不仅仅可以使用冷却水，还可以使用空气等气体、不易燃的油等。本发明的举例仅列举了溢流下拉法生产平板玻璃的一个实施例，其他工艺中涉及本发明精神的玻璃流量测量方法也包含在本发明内。
表1.第一个实施例中退火装置急冷区中玻璃板流量对冷却水出水温度的影响数据。
    序号   1   2   3   4
    冷却水入水温度℃   30.0   30.0   30.0   30.0
    冷却水流量cm3/s   1400   1400   1400   1400
    玻璃板毛宽mm   1400   1400   1400   1400
    玻璃板进入退火炉急冷区入口时的温度℃ 965 965 965 965
    冷却水出水温度℃   35.0   36.2   37.5   34.3
    预测玻璃流量g/s   58.87   60.30   62.75   57.10
    实际玻璃流量g/s   58.87   60.33   62.74   57.11
表2.第二个实施例中退火装置急冷区中玻璃板流量对冷却水出水温度的影响数据。
    序号   1   2   3   4
    冷却水入水温度℃   40.0   40.0   40.0   40.0
    冷却水流量cm3/s   1950   1950   1950   1950
    玻璃板毛宽mm   1800   1800   1800   1800
    玻璃板进入退火炉急冷区入口时的温度℃ 980 980 980 980
    冷却水出水温度℃   45.0   45.8   47.3   44.1
    预测玻璃流量g/s   115.74   120.31   128.02   109.77
    玻璃实际流量g/s   115.74   120.30   128.03   109.76
表3.第三个实施例中退火装置急冷区中玻璃板流量对冷却水出水温度的影响数据。
    序号   1   2   3   4
    冷却水入水温度℃   30.0   30.0   30.0   30.0
    冷却水流量cm3/s   970   970   970   970
    玻璃板毛宽mm   750   750   750   750
    玻璃板进入退火炉急冷区入口时的温度℃ 950 950 950 950
    冷却水出水温度℃   35.0   36.2   37.5   34.0
    预测玻璃板流量g/s   34.72   35.60   36.90   33.43
    玻璃板实际流量g/s   34.72   35.61   36.93   33.41

Claims (5)

1、一种测量玻璃流量变化的装置，包括用来保证超薄平板玻璃退火的退火装置，该退火装置至少有用于使平板玻璃快速降低的急冷区，急冷区内包括辐射吸热冷却系统、均温装置和保温封闭系统，冷却系统为与平板玻璃对称安装的冷却管道，在冷却管道和平板玻璃之间有用于均温的均温装置，其特征在于：
a、在冷却系统里，安装有进入冷却系统的媒质测温热电偶、出冷却系统的媒质测温热电偶和媒质流量计；
b、进入冷却系统的媒质测温热电偶、出冷却系统的媒质测温热电偶、媒质流量计经过通路与数据分析和控制系统相连接，该数据分析和控制系统的一路与监视器相连接，另一路与对玻璃流量进行调节控制的玻璃流量调节的控制回路相连接。
2、根据权利要求1所述的测量玻璃流量变化的装置，其特征在于：在平板玻璃溢流法生产超薄平板玻璃的生产流程中，该装置包括封闭炉、被包覆在封闭炉内的带有容纳流入熔融玻璃成形槽的成形砖、成形砖根部玻璃汇合处的过渡区、急冷区和退火区，急冷区和退火区组成退火炉，急冷区由里层的均温板、外层的隔热层、均温板和隔热层之间的冷却水管组成，冷却水管为一组与平板玻璃对称安装的管道，在冷却水管的入水管上安装有入水测温热电偶，在冷却水管的出水管上安装有出水测温热电偶，各个入水管和出水管汇集连通在总的入水管和出水管上，在冷却水管上还安装有流量计，入水测温热电偶、出水测温热电偶、流量计通过通路与PLC程序逻辑控制器相连接，该PLC程序逻辑控制器的一路与监视器相连接，另一路与对玻璃流量进行调节控制的玻璃流量调节控制回路相连接，入水测温热电偶、出水测温热电偶、流量计测量出来的信号经过通路被送到PLC程序逻辑控制器内，经过信号分析与处理，然后发出玻璃流量变化信号，一路送至监视器进行监视，另一路送至对玻璃流量进行调节控制的玻璃流量调节控制回路。
3、一种利用如权利要求1或2所述的装置进行测量玻璃流量变化的方法，使用一种用来保证超薄平板玻璃退火的退火装置，该退火装置至少有用于使平板玻璃快速降低的急冷区，急冷区内由辐射吸热冷却系统、均温装置和保温封闭系统组成，辐射吸热冷却系统为一组与平板玻璃对称安装的冷却管道，在冷却管道和平板玻璃之间有用于均温的均温装置，其特征在于：
a、在冷却系统里，安装有进入冷却系统的媒质测温热电偶、出冷却系统的媒质测温热电偶和媒质流量计；
b、使用数据分析和控制系统采集退火装置急冷区冷却媒质的入出温度和流量数据，再用来折算出玻璃流量变化，并进一步调节控制玻璃流量，保证玻璃流量的稳定。
4、根据权利要求3所述的测量玻璃流量变化的方法，其特征在于：使用数据分析和控制系统采集退火装置急冷区冷却媒质的入出温度和流量数据，再用来折算出玻璃流量变化的方法如下：
单位时间内急冷区的热量传递有以下几种：玻璃板进入急冷区时的热量Q玻璃入，玻璃板离开急冷区时的热量Q玻璃出，玻璃板与均温板之间的辐射换热量Q换1，玻璃板散失到两侧面的的其他热量Q其他，均温板与冷却水管之间的换热量Q换2，急冷区整体对外界空气散失的热量Q换3，因此有：
Q玻璃入-Q玻璃出＝Q换1+Q其他＝Q换2+Q换3                           (1)
对于Q玻璃入，有：Q玻璃入＝c×m1×T1                              (2)
其中：c为玻璃的比热容，m1为玻璃的质量流量，T1为玻璃进入急冷区时的温度，
对于Q玻璃出，有：Q玻璃入＝c×m2×T2                         (3)
其中：c为玻璃的比热容，m2为玻璃的质量流量，T2为玻璃离开急冷区时的温度，
在均温板和两侧耐火材料组成的空腔与外界完全封闭，因此玻璃板与均温板之间只有辐射换热Q换1，Q其他为玻璃板和两侧边耐火材料之间的换热量，由于玻璃板与均温板为竖直平行平板，其辐射换热量满足平行平板之间辐射换热计算公式，因此对于Q换1，有：
Figure A2006101283580004C1
其中：Q1为玻璃板辐射出的热量，也是均温板辐射吸收的热量；Q2为玻璃板辐射吸收的热量，也是均温板辐射出的热量；F为玻璃板辐射的有效面积，其等于均温板辐射的有效面积；ε玻璃为玻璃板的辐射率，ε均温板为均温板的辐射率，X1，2为两辐射表面的角系数；T3为玻璃板的温度，T4为均温板的温度，
均温板向外传递的热量，一部分通过辐射、对流等换热方式被冷却水所吸收，即还有一部分通过隔热材料传递到外界空气中，其中传递给冷却水的热量可以表示为：
Q换2＝c水×m3×T5-c水×m4×T6                                (5)
其中：c水为水的比热容；m3为进入冷却管道的水的质量流量，T5为冷却水入水温度，m4为排出冷却管道的水的质量流量，T6为冷却水出水温度，
通过关系式(2)和(3)知道：玻璃板在急冷区释放的热量，其仅与进出急冷区的玻璃板的质量流量m和进出急冷区的玻璃板的温度有关，
通过关系式(5)我们知道：单位时间内急冷区传递给冷却水的热量Q换2，其仅与冷却水进口温度、出口温度和冷却水流量m有关系，
对于从隔热材料传递到外界空气中的热量Q换3和玻璃板散失到两侧面的其他热量，其与玻璃板的温度有一定的函数关系，因此记为：
Q换3＝f1(T)                              (6)
Q其他＝f2(T)                             (7)
通过实际工艺生产记录知道，在正常生产过程中，Q换3、Q其他的变化比较小，往往忽略不计，
因此，通过以上分析可以推出：控制冷却水入水温度不变化、冷却水流量不变化，那么影响冷却水出口温度的因素只与进入急冷区玻璃板的质量流量m、进入急冷区的玻璃板温度有关系，通过对进入急冷区玻璃板的温度进行控制，而假定进入急冷区的玻璃板温度稳定的情况下，影响冷却水出口温度的因素就仅与进入急冷区玻璃板的质量流量m有一定函数关系，记为：
T6＝f3(m)+A                                  (8)
其中T6为冷却水出水温度，m为玻璃板的质量流量，f3为某函数关系，A为常数，
通过关系式(8)，如果对冷却水出水温度进行监控，就可以实时有效地检测玻璃板的流量。
5、根据权利要求4所述的测量玻璃流量变化的方法，其特征在于：此生产系统的玻璃流量在3至10吨/天，优选于5至6吨/天。
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