CN103922567B - 玻璃板的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种厚薄均匀的玻璃板的制造装置。玻璃板制造装置，由出料管、成型装置、挡板和限制机构组成，所述成型装置顶部设置有溢流槽，所述溢流槽与所述出料管连通，所述挡板设置在所述成型装置侧面沿长度方向的两侧，所述限制机构设置在成型装置下方，在所述挡板的底部设置有使玻璃带宽度相同但厚度变薄的减薄器。本发明通过在成型装置的底部两侧设置减薄器，使玻璃带进入减薄器时和离开减薄器时形成明显厚度差异，但玻璃带宽度无变化，有利于减少玻璃带在拉薄过程中板宽的收缩，提高了玻璃带冷却后形成玻璃板的板宽。本发明的装置特别适用于生产厚度在1.0mm以下的玻璃板，对0.5mm以下的超薄玻璃板的生产也特别适用。

Description

玻璃板的制造装置

技术领域

本发明涉及一种玻璃板的制造装置，特别是涉及一种下拉法制造超薄玻璃板的装置。

背景技术

目前，在下拉法生产玻璃板过程中，溢流下拉法和狭缝下拉法最具有代表性。溢流下拉法是指熔融的玻璃液通过出料管输送到楔形截面形状的成型装置中，玻璃液从成型装置的凹槽两侧溢流，通过成型装置的顶部，然后沿着成型装置的两侧壁面流下，在成型装置底部两侧壁交汇的地方融合在一起形成玻璃带，最后形成玻璃板的方法；狭缝下拉法是指熔融的玻璃液通过出料管输送到在底部具有长孔状狭缝的成型装置中，玻璃液从成型装置底部的长孔状狭缝中流出形成玻璃带，玻璃带在经过输送路径冷却、成型为玻璃板的方法。

在通过下拉法成型玻璃板时，如果要生产超薄玻璃板，就需要加快玻璃板的下拉速度，使玻璃板变薄，但在成型板厚为0.5mm以下的玻璃板却非常困难，而且由于拉引速度增加，容易导致玻璃液流量波动，产生板厚不均匀、玻璃板板宽收窄等问题。

为了解决上述问题，CN101528617B中提到在玻璃液流速不太高的情况下，在成型装置后的传输路径上适当的位置设置一个加热机构，该加热机构可以覆盖玻璃板的整个宽度，对从成型体出来的已冷却到一定温度的玻璃板进行均匀的二次加热，利用加热装置将玻璃板重新加热到软化点温度以上，使玻璃的粘度降低，再通过限制机构如拉边辊，既可防止玻璃带在宽度方向上的收缩，又可对玻璃带进行二次拉伸，使玻璃带变薄。利用该方式可以将成型后玻璃带在宽度方向上的中间部位的板厚拉制到再加热工序前的玻璃带宽度方向上的中间厚度的1/2以下。

但上述采用重热二次拉薄方法具有以下风险：1、再次加热玻璃板时玻璃板的横向温差要求非常高，否则会使玻璃板出现不均匀拉薄；2、两次拉薄玻璃板有可能对玻璃板的翘曲、表面平整度、表面质量产生负面影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种厚薄均匀的玻璃板的制造装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：玻璃板制造装置，由出料管、成型装置、挡板和限制机构组成，所述成型装置顶部设置有溢流槽，所述溢流槽与所述出料管连通，所述挡板设置在所述成型装置侧面沿长度方向的两侧，所述限制机构设置在成型装置下方，在所述挡板的底部设置有使玻璃带宽度相同但厚度变薄的减薄器。

进一步的，所述减薄器的长度L满足：

$L={\left(\frac{3\×\mathrm{\η\Δv}}{\mathrm{\ρ}\×g_y}\right)}^{\frac{1}{2}}.$

进一步的，当玻璃液流量稳定时，所述减薄器的长度L满足：

$L={\{\frac{3\×C(m,\mathrm{\ρ},W)\×\mathrm{\η}}{\mathrm{\ρ}\×g_y}\×\left(\frac{H_i-H_n}{H_i\×H_n}\right)\}}^{\frac{1}{2}}.$

进一步的，所述η在10⁶poise以下。

进一步的，所述η在10⁵poise以下。

进一步的，所述η为10⁴-10³poise。

进一步的，所述减薄器使玻璃带的厚度比进入减薄器前的厚度减少了3到11倍。

进一步的，所述减薄器采用耐火材料或金属材料制成。

进一步的，所述玻璃板的中间板厚为1.0mm以下。

进一步的，所述玻璃板的中间板厚为0.5mm以下。

本发明的有益效果是：通过在成型装置的底部两侧设置减薄器，使玻璃带进入减薄器时和离开减薄器时形成明显厚度差异，但玻璃带宽度无变化，有利于减少玻璃带在拉薄过程中板宽的收缩，提高了玻璃带冷却后形成玻璃板的板宽；通过本发明提供的关系式控制减薄器的长度，设计出适合于现场生产的需要尺寸。本发明的装置特别适用于生产厚度在1.0mm以下的玻璃板，对0.5mm以下的超薄玻璃板的生产也特别适用。

附图说明

图1是本发明装置的主视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是玻璃带通过减薄器时的厚度变化示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的玻璃板制造装置由出料管12、成型装置14、挡板15、限制机构17和减薄器18组成。

熔融玻璃液从玻璃供给装置出来进入到出料管12中，经过出料管12将熔融玻璃液输送到成型装置14。出料管12的一个作用在于将近似竖直流动的熔融玻璃液转变为成型装置14需要的水平流动，出料管12的另一个作用在于对玻璃液的温度进行调整，改变玻璃液的粘度，使玻璃液在进入成型装置4时的粘度满足成型需求。

成型装置14采用耐火材料制成，其截面形状为楔形，如图2所示，成型装置14顶部设置有溢流槽23，该溢流槽23与前端的出料管12连通。熔融玻璃液经出料管12进入成型装置14的溢流槽23中，当玻璃液装满溢流槽23中后，玻璃液从溢流槽23顶部溢出，沿成型装置14侧壁流到成型装置底部21汇聚，与成型装置14侧面24接触的玻璃液表面融入玻璃带内部，而与空气接触的两玻璃面在成型装置底部21汇聚后形成玻璃带的两个表面。

挡板15设置在成型装置14侧面沿长度方向的两侧，主要是限制玻璃液在成型装置侧面24的流动。

限制机构17设置在成型装置14下方，主要是用于限制从成型装置14出来的玻璃带的收缩，防止玻璃带在下拉过程中的摆动，限制机构17可以采用拉边辊或其他具有相似功能的装置。

为了控制玻璃液流下到成型装置14的底部两侧形成玻璃带，在2个挡板15的底部设置有减薄器18，减薄器18的设置加长了挡板15，使得玻璃带在离开成型装置14时与玻璃带在离开减薄器18时，玻璃带宽度相同但厚度变薄，如图3所示。也就是说，设置减薄器18的作用是使玻璃带进入减薄器18时和离开减薄器18时形成明显厚度差异，并且玻璃带在离开减薄器18时，宽度无收缩，从而减少玻璃带在拉薄过程中的板宽收缩，提高玻璃带冷却后形成玻璃板的板宽。

上述减薄器18的长度L与玻璃带离开成型装置14时的粘度、密度以及玻璃带进入和离开减薄器18的速度差和重力加速度有关，减薄器18的厚度T可以根据实际需要进行设计，但必须保证具有足够强度防止在玻璃带的压力下导致减薄器18变形。减薄器18的长度L可以通过流体力学的知识，结合O.S.NARAYANASWAMY在“AOne-DimensionalModelofStretchingFloatGlass”一文中提到的一维拉薄理论进行推导，如图3所示，玻璃带在离开成型装置14底部后，黏滞力与惯性力起主要作用，x方向的横向拉力、表面张力等对该处成型的作用可以忽略，通过对玻璃带的y方向受力分析得到以下关系式：

$\frac{\∂F}{\∂y}-\mathrm{\ρ}\×W\×H_{\left(y\right)}\×g_y=0$

$\frac{\∂F}{\∂y}=\mathrm{\ρ}\×W\×H_{\left(y\right)}\×g_y\⇒\∫\mathrm{dF}=(\mathrm{\ρ}\×g_y\×W)\·{\∫}_0^L{H}_{\left(y\right)}\·\mathrm{dy},\stackrel{\‾}{H}=\frac{{\∫}_0^L{H}_{\left(y\right)}\·\mathrm{dy}}{L}$

$F=\mathrm{\ρ}\×g_y\×W\×\stackrel{\‾}{H}\×L...1$

结合流体力学的理论可以得到以下关系式：

$\frac{F}{W\×\stackrel{\‾}{H}}=3\mathrm{\η}\·\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dy}}\⇒F=3\×W\×\stackrel{\‾}{H}\×\mathrm{\η}\·\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dy}}$

所以：

$F=3\×W\×\stackrel{\‾}{H}\×\mathrm{\η}\·\frac{\mathrm{\Δv}}{L}=\mathrm{\ρ}\×g_y\×W\×\stackrel{\‾}{H}\×L...2$

通过上述关系式1、2可以得出减薄器18的长度L有以下表达式：

$L={\left(\frac{3\×\mathrm{\η\Δv}}{\mathrm{\ρ}\×g_y}\right)}^{\frac{1}{2}}...3$

当玻璃液流量稳定时，通过质量守恒可以得到以下关系式：

$v_i=\frac{C(m,\mathrm{\ρ},W)}{H_i}{v}_n=\frac{C(m,\mathrm{\ρ},W)}{H_n}$

$\mathrm{\Δv}=v_n-v_i=C(m,\mathrm{\ρ},W)\·\left(\frac{H_i-H_n}{H_i\×H_n}\right)$

由于△v=v_n-v_i，所以关系式3，可以改写为：

$L={\{\frac{3\×C(m,\mathrm{\ρ},W)\×\mathrm{\η}}{\mathrm{\ρ}\×g_y}\×\left(\frac{H_i-H_n}{H_i\×H_n}\right)\}}^{\frac{1}{2}}...4$

上述推导过程中的参数物理意义如下：

L为减薄器在玻璃带运动方向的长度(cm)

F：玻璃液黏滞作用力(dyne)

C(m,ρ,W)：m,为玻璃质量流率；ρ,为玻璃密度(g/cm³)；W,为成型装置宽度(cm)；C为函数

g_y：重力加速度=981(cm/sec²)

η：玻璃液黏度(Poise)

H_(y)：玻璃带厚度(cm)

两挡板间玻璃带平均厚度(cm)

H_i：玻璃带进入减薄器的初始厚度(cm)

H_n：玻璃带离开减薄器的厚度(cm)

v_i：玻璃带进入减薄器的流动速度(cm/sec)

v_n：玻璃带离开减薄器的流动速度(cm/sec)

ΔV：流动速度差(cm/sec)

L：减薄器长度(cm)

X：坐标x轴方向

Y：坐标y轴方向

Z：坐标z轴方向

通过上述关系式3发现：减薄器18的长度与玻璃带粘度、密度、玻璃带进入和离开减薄器18的速度差以及重力加速度有关；通过上述关系式4发现，当玻璃液流量稳定时，减薄器18的长度与玻璃带粘度、玻璃带进入减薄器的初始厚度、玻璃带离开减薄器厚度、函数C以及重力加速度有关。

通过控制玻璃带离开成型装置时的粘度、密度、玻璃带进入和离开减薄器的速度差以及重力加速度，可以合理改变减薄器18的长度，达到最佳的牵引效果。并且根据关系式4，玻璃带进入减薄器时和离开减薄器时形成明显厚度差异,该差异的大小与关系式4中的参数有关系，具体来说，通过减薄器的作用玻璃带比进入减薄器时变薄了,优选出减薄器玻璃带的厚度比玻璃带进入减薄器前的厚度减少了3到11倍。

本发明利用物理模拟实验对上述的减薄器18的长度设计进行了实验，实验时控制模拟液参数稳定，然后测量模拟液在出减薄器18时宽度方向上中心的厚度，三次实验结果见表1，通过实验测试结果可以看出，实际测量的模拟液出减薄器18的中心厚度与理论计算有误差，该误差控制在20%范围内，该误差主要来源于测量误差。通过实验验证了本发明的上述关系式4在流量稳定时的实用性。根据关系式3、4可以计算减薄器18的长度,以及出减薄器18时的玻璃带的厚度。

表1实验结果

通过如上所述的玻璃板制造装置，玻璃液在从成型装置14流下的过程中，玻璃液在离开成型装置底部21两侧时，玻璃液应该与侧壁上的挡板15接触，即玻璃液应铺满由挡板15控制的整个成型装置的两侧。因此，超薄玻璃板制造时，离开成型装置底部21时玻璃的粘度是一个非常重要的参数。优选玻璃液在此处的粘度控制在10⁶poise以下，更优选在10⁵poise以下，最优选为10⁴-10³poise。

减薄器18的使用材质只要满足不向玻璃内引入杂质，并且能够满足长期高温稳定使用的材料都可以，可以是耐火材料，如含锆耐火材料、熔石英等，也可以是金属材料，如铂、铂合金等。减薄器18的形状可以为任意形状，只要满足安装使用要求即可。

本发明的玻璃板制造装置可以成型玻璃板宽度方向上中间板厚为1.0mm以下的玻璃板，特别适用于玻璃板宽度方向上中间板厚为0.5mm以下的玻璃板生产，尤其适用于玻璃板宽度方向上中间板厚在0.3mm以下的柔性玻璃板的生产。

Claims (9)

1.玻璃板的制造装置，由出料管(12)、成型装置(14)、挡板(15)和限制机构(17)组成，所述成型装置(14)顶部设置有溢流槽(23)，所述溢流槽(23)与所述出料管(12)连通，所述挡板(15)设置在所述成型装置(14)侧面沿长度方向的两侧，所述限制机构(17)设置在成型装置(14)下方，其特征在于：在所述挡板(15)的底部设置有使玻璃带宽度相同但厚度变薄的减薄器(18)，所述减薄器(18)的长度L满足：

$L={\left(\frac{3\×\mathrm{\η}\×\mathrm{\Δ}v}{\mathrm{\ρ}\×g_y}\right)}^{\frac{1}{2}}$

其中，L为减薄器在玻璃带运动方向的长度(cm)；η为玻璃液在该处的粘度(poise)；ρ为玻璃密度(g/cm³)；Δν为流入减薄器的速度与流出减薄器的速率差(cm/sec)；g_y为重力加速度(cm/sec²)。

2.如权利要求1所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：当玻璃液流量稳定时，所述减薄器(18)的长度L满足：

$L={\{\frac{3\×C(m,\mathrm{\ρ},W)\×\mathrm{\η}}{\mathrm{\ρ}\×g_y}\×\left(\frac{H_i-H_n}{H_i\×H_n}\right)\}}^{\frac{1}{2}}$

其中，L为减薄器在玻璃带运动方向的长度(cm)；C(m,ρ,W)为玻璃质量流率、玻璃液密度、成型装置宽度的函数；η为玻璃液在该处的粘度(poise)；ρ为玻璃密度(g/cm³)；g_y为重力加速度(cm/sec²)；H_i为玻璃带进入减薄器的初始厚度(cm)；H_n为玻璃带离开成型减薄器的厚度(cm)。

3.如权利要求1或2所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述η在10⁶poise以下。

4.如权利要求1或2所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述η在10⁵poise以下。

5.如权利要求1或2所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述η为10⁴-10³poise。

6.如权利要求1所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述减薄器(18)使玻璃带的厚度比进入减薄器(18)前的厚度减少了3到11倍。

7.如权利要求1所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述减薄器(18)采用耐火材料或金属材料制成。

8.如权利要求1所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述玻璃板的中间板厚为1.0mm以下。

9.如权利要求1所述的玻璃板的制造装置，其特征在于：所述玻璃板的中间板厚为0.5mm以下。