CN105621874A - 用于玻璃板回火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于玻璃板回火的方法。一种用于对基本上平坦的玻璃板回火的方法。将玻璃板加热至回火温度并通过向该玻璃板的两面吹送冷却空气来进行淬火。对玻璃板的两个侧部(G1)的顶面和底面的淬火比对玻璃板的中部(G2)的顶面和底面的淬火早开始或在淬火的开始阶段更有效地执行。由此，在侧部的两面上先于在中部的两面上建立期望的回火程度所需的压应力。为了实现这一点，玻璃板上方和下方的冷却空气封罩(4)设置有冷却作用削弱的分区(A)。

Description

用于玻璃板回火的方法

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃板回火的方法，该方法包括加热玻璃板至回火温度并通过向玻璃板的两面吹送冷却空气来进行淬火工序。

背景技术

用于玻璃板的回火炉(其中玻璃板在旋转的陶瓷辊的顶部上沿单向或来回移动，并且处于回火温度的该玻璃板从此处沿辊道行进到炉尾端处的淬火单元，在淬火单元中利用空气射流进行淬火)通常是已知的且正在使用中。配备有辊道的炉在本领域中例如被称作辊底式炉。典型炉温为约700℃，且用于冷却的空气的温度典型地与室外或厂内气温大致相同。冷却空气由风扇或压缩机供给。在基于空气支承技术的炉和淬火单元中，玻璃板在由薄的气垫支承的同时浮起且仅沿其一个侧边缘与传送轨道辊或其它输送元件相接触。基于空气支承技术的玻璃板回火设备显然不常见且知名度不如配备有辊道的回火设备。基于空气支承技术的炉在本领域例如被称作空气支承炉。不论玻璃板如何被支承，回火处理的目的始终相同。不论玻璃板支承的做法如何，都没有消除随后描述的双稳定性的问题，本发明解决了此问题。

厚度为4mm的玻璃板的典型回火温度(即玻璃从炉行进至淬火单元的温度)为640℃。玻璃回火温度可随着玻璃厚度增大而稍微降低。回火温度的升高实现了逐渐变薄的玻璃的回火并且降低了淬火所需的冷却能力。另一方面，仅仅将回火温度从640℃升高到670℃在玻璃上确立明显更高的强化或回火程度，即玻璃表面处的压应力增大。

到达回火处理的玻璃在其平直度和光学性能方面是优良的。它典型地具有1-4MPa的玻璃表面压应力。回火处理的一个目的是为玻璃板提供充分的强度增强，同时尽可能小地降低其平直度和光学性能。除强度外，回火玻璃的另一种期望的品质是破碎安全性。非回火玻璃破碎成大片，有割伤危险。回火玻璃破碎成几乎无害的碎屑。

回火时玻璃表面建立的压应力(强度或回火程度)取决于当玻璃通过对于玻璃而言常见的转变温度范围(约600→500℃)冷却时玻璃在厚度方向上的温度曲线。这种情况下，在厚度方向上的温度曲线呈现或多或少的抛物线形，其中表面与玻璃中央之间的温差为约100℃。针对获得相同的上述温差，越薄的玻璃需要越好的冷却作用。例如，厚3mm的玻璃的回火需要的单位玻璃面积的冷却风扇电机功率比厚4mm的玻璃的回火高约5倍。例如，厚4mm的玻璃板回火的目标是约100MPa的表面压缩，藉此玻璃厚度的中央具有约46MPa的拉应力。该类型的玻璃板破碎成满足安全玻璃标准的要求的碎屑类型。

所谓的热强化玻璃的目标不是实现安全破碎特性，也不是与回火玻璃一样高的强度(约50MPa的表面压缩即可)。所谓的超回火玻璃的目标是一种明显比普通回火玻璃强的玻璃。例如，在所谓的FRG玻璃(防火玻璃)中，表面压应力为至少160MPa。当淬火单元中的空气射流的冷却作用相对于回火明显降低时，将成功实现热强化。当淬火单元中的空气射流相对于回火的冷却作用明显升高时，将成功实现超回火。除此之外，作为一种处理，热强化和超回火与回火相似。本发明在玻璃的热强化和超回火方面也解决了同一问题。对于相似类型的玻璃，热强化方面的问题没有回火方面的问题严重，而在超回火方面的问题比回火方面的问题更严重。一般而言，所有三种上述处理可称为热强化或回火。

难以检测回火线路的尽头处的无载辊道的辊上存在的玻璃板的翘曲和双稳定性，因为玻璃由重力抵靠着辊道被压向平坦状态。重力的玻璃矫直效应在玻璃例如以其侧边缘搁靠在辊上而被升起至直立位置时消失。这允许视觉检查玻璃的侧边缘之一的平直度。玻璃在一个方向上看上去是直的(参见图8，玻璃i)或弯的。存在标准测量方法和玻璃曲率(总体平整度)的极限值。轻微弯曲不是问题。当在玻璃处于直立位置时使其弯曲时，稳定的玻璃(参见图8，玻璃ii)在弯曲力已消失之后始终呈现相同形状。双稳定玻璃在不利用外力的情况下无法在直立位置成为直的。当承受稍微朝向平直驱促它的力时，双稳定玻璃在反方向上突然使自身弯曲至与开始相同的曲率。这种自己造成的弯曲可在手上被感知到并且可听到所产生的声音。因此，双稳定玻璃具有至少两种由此可在直立位置达到的可选形状(参见图8，玻璃iii)。双稳定玻璃板的形状也可包括与双稳定相同的现象引起的局部变形。

上述双稳定性连同伴随的翘曲一起是本领域中众所周知的回火玻璃质量问题。在实践中，回火后的双稳定玻璃板是不能接受的。一般而言，当玻璃的表面积较大(至少0.5m²)并具有方形时，特别是在尤其厚3-4mm的玻璃的回火中产生双稳定性(较薄玻璃的回火不常见)。为了消除双稳定性，回火线操作人员典型地调节炉的加热。即使最后能成功，此任务的成功也通常由于双稳定性和/或相关的翘曲或由于调节过程造成的某种其它品质缺陷而需要浪费多块玻璃。成功取决于操作人员的技能和炉的容量。随着玻璃厚度从3mm不断减小，该问题变得越来越严重。在发明之前的试验中，发现问题如此严重，以至于不再能够通过调节炉来将它消除。双稳定性问题还随着玻璃板的尺寸增大、玻璃变得越来越方(即，玻璃的长度接近其宽度)以及玻璃的回火程度增加而变得越来越突出。

公报GB1071555公开了一种用于通过利用在各个区域中和玻璃板的相对表面上刻意地产生的不等应力进行弯曲来产生弯曲回火玻璃板的方法和设备。在初始冷却区段，仅玻璃板的端部区域的上表面接受冷却以产生这些区域的暂时向上弯曲。在实际的淬火区段中，玻璃板的上表面和下表面接受冷却作用不等的冷却以为玻璃板的相对表面提供不等的压应力并由此实现玻璃板的期望固化或弯曲。因此，其目的不是解决平坦玻璃板的双稳定性问题。

双稳定性是玻璃板中存在的应力和所述应力在玻璃的各个部位的差异的结果。在其它方面，与平坦玻璃板中的双稳定性的产生相关的理论在本领域通常不是已知的。本发明基于新的经验信息。已在实际实验中论证本发明的益处。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种方法，该方法使得薄(厚度小于6mm，尤其小于3mm)而大(超过0.5m²，尤其超过1m²)的热强化回火和超回火玻璃板能被制成为稳定的和直的。

利用本发明的方法基于在所附权利要求1中提出的特征来达到此目标。本发明的优选实施例在从属权利要求中提出。在权利要求中，术语“回火”通常指基于热处理的玻璃的显著强化。

附图说明

现在将参照附图更详细地说明本发明，在附图中

图1在平面图中示意性地示出用于执行该方法的设备的截面，

图2示出该设备的沿图1中的线II-II的纵向截面，

图3示出设备的冷却空气封罩及其吹送开口，

图4在从垂直于玻璃表面的方向的视图中示出用于根据本发明的优选实施例的设备的冷却空气封罩及其吹送开口，

图5示出图4的设备的一个变型，

图6示出长吹送封罩的锥形分区，

图7示出分隔成区段的冷却空气封罩，所述区段设置有阀7，以及

图8示出在玻璃板的平面的方向上看的玻璃的形状和双稳定性。

具体实施方式

用于执行该方法的设备包括以根据图1的所述次序相继位于玻璃板行进方向上的炉1和淬火单元2。炉1设置有典型地水平的辊5或空气支承台及其传送元件。这组成了用于玻璃板的传送轨道。待加热的玻璃板G在炉内沿一个方向或来回以恒定速度被连续驱动一个加热循环的持续时间。在已被加热至回火温度的情况下，玻璃板以递送速度W从炉1行进至淬火单元2，递送速度W典型地比玻璃在炉1中的运动速度高。典型地，递送速度为300-800mm/s并且至少只要玻璃已冷却至上述转变温度范围就保持恒定。例如，厚3mm的玻璃的每个部位都需要保持淬火至少约3秒的时间。例如，在600mm/s的递送速度下，这将需要长度不小于1800mm的淬火单元2。

淬火单元2设置有典型地水平的辊5和位于辊上方和下方的冷却空气封罩3，如图2所示。当炉1是空气支承炉时，辊5或空气支承台及其传送元件典型地在相对于水平方向稍微倾斜的位置在淬火单元2中横向于玻璃G的运动方向。冷却空气封罩3设置有吹送开口4，冷却空气从吹送开口4在射流中朝向玻璃G排出。吹送开口4典型地是圆形孔且典型地成排接连地设置，如图3所示。吹送开口4也可采取其它形状，例如槽形。

图4示出送入利用本发明的方法操作的淬火单元2中的过程中的玻璃板。在图4中，第一冷却空气封罩3在玻璃的运动方向上包括在冷却能力方面且由此还在其冷却作用方面削弱且具有宽度L2的分区(A)。该冷却能力适合在与分区(A)相当的表面区域上比分区(A)外侧的冷却空气封罩3的冷却能力弱。例如通过封闭吹送开口、将吹送开口间隔开或减小其尺寸，可执行冷却能力的这种削弱。在玻璃的横向(＝与玻璃的运动方向垂直的水平方向)上，分区(A)具有相对于其它区域而言尖锐的边界。例如通过在区域(A)的内部沿其侧边缘(＝与玻璃的侧部G1相邻的边缘)增加比分区A外部的吹送开口小的吹送开口4，可缓和边界的尖锐度。还通过使分区(A)在玻璃的运动方向上的宽度变窄来减小边界的上述尖锐度，因为玻璃正以速度W移动且因此单排吹送开口4不足以用于玻璃回火。

在玻璃板上方和下方存在的冷却空气封罩3中需要冷却能力减弱的分区A以使回火后的玻璃板平直。在根据本发明的一个优选实施例的设备中，冷却能力减弱的分区(A)在玻璃板上方和下方的冷却空气封罩3中基本上等同并且在与玻璃板的运动方向垂直的方向上对称地配置在玻璃板的中间。冷却空气封罩3及其冷却作用在玻璃G的运动方向上在分区(A)之后变成在玻璃G的全部宽度彼此相同，如图4所示。

现在来看图4中玻璃G通向淬火单元的通路。在减弱分区(A)中，冷却能力对于期望的回火程度而言不足，即未发生淬火。因此，玻璃的每个单位长度的中部(G2)比相应的即相同x座标的单位长度的侧部(G1)开始淬火的时间标迟时间段t＝S/W。因此，削弱的分区(A)相比于侧部(G1)而言延迟了玻璃的中部(G2)开始淬火的时间。结果，玻璃的侧部(G1)更快地冷却并且其中产生回火应力的时间比中部(G2)中早。

图5示出分区(A)，该分区(A)在其冷却能力方面且由此还在其冷却作用方面被削弱，并且建立在两个连续的冷却空气封罩3中且在玻璃的行进方向上变窄。冷却空气封罩3在从玻璃的行进方向看时位于淬火单元2的上游端处。分区(A)的变窄能以阶梯或线性方式或以其中间方式发生。冷却能力的侧向曲线线也可采用不同于改变分区的宽度的方式改变。这些方式包括例如当沿玻璃的运动方向和/或朝向分区(A)的侧边缘行进时吹送开口4的尺寸、密度或吹送方向的逐渐变化。

图6示出了分区(A)，该分区(A)在玻璃板的行进方向上以锥形方式变窄并且被容纳在部分或完全覆盖淬火区域的长吹送封罩3中。分区(A)仅存在于淬火单元的一小段长度上，仅示出其初始位置。典型地，分区(A)位于淬火单元2的起始处的前0-60cm的距离上且其在玻璃的运动方向上的长度至少等于吹送开口的直径且不超过60cm。分区(A)的该位置同样适用于图4和5的示例性实施例。然而，图6的示例性实施例在以下意义上与这些实施例不同：侧部与中部之间不存在明显的边界，相反，本发明利用任意选择的通道宽度实现。图6中用虚线示出对侧部G1和中部G2的建议选择。该选择和其它通道宽度选择实现了本发明的表征特征：侧部的顶面和底面的淬火更早地开始并且比玻璃板的中部的顶面和底面的淬火更有效地在早期淬火阶段执行。结果，期望的回火程度所需的压应力在侧部的两面上比在中部的两面上更早地产生。

在图7的示例性实施例中，第一吹送封罩被分割成设置有阀7的封罩区段6，阀7可用于调节待通过封罩区段6吹送的冷却空气量。此外，经由分散的入口，封罩区段6可被供给以冷却空气，其在淬火单元的横向上的温度曲线符合要求，特别是使得冷却能力的削弱完全或部分地通过升高分区(A)中的局部吹送温度来进行。在一典型实施例中，连续安置在与玻璃的行进方向垂直的方向上的封罩区段是短的，例如5cm。

此外，接下来将描述本发明的优选或可选的运行实践，其视情况而定适用于所有上述实施例。

冷却作用削弱的分区(A)的宽度在玻璃宽度的20％以上，但可大得多，优选为玻璃板宽度的60％以上，甚至90％以上。

对于在淬火单元中前进的玻璃板的中部(G2)，淬火在边缘部分(G1)后至少2cm、甚至超过4cm处在玻璃板的两面上开始。

在玻璃板(G)在适合就其冷却能力而言更弱的分区(A)的下游的运动方向上，通过其实现的冷却布置结构和冷却作用在玻璃板(G)的全部宽度基本上相同。

在冷却能力和作用削弱的分区(A)中，吹送开口4的总表面积可以比冷却空气封罩的在该分区之外的尺寸相似的区域中所包括的吹送开口的总表面积小。开口的总表面积的减小可通过减小吹送开口4的直径和/或通过减少吹送开口4的数目和/或通过完全或部分地封闭一些吹送开口4来实现。

冷却能力的削弱可完全或部分地通过降低已在其冷却能力方面被削弱的分区(A)中的吹送射流的排出压力来实现。在特别优选的情况下，分区(A)中的冷却能力的削弱可完全或部分地借助于安置在从吹送开口4排出的吹送射流中的挡板来实现。这也提供了调节冷却能力的削弱的可行性，因为挡板适合手动或自动移动。这同样适用于用于部分地或完全封闭吹送开口的器具，例如可移位的穿孔阻尼器。

还可完全或部分地通过相比于在分区(A)外部的吹送距离增大分区(A)中的吹送开口(4)与玻璃(G)之间的吹送距离来实现冷却能力的削弱。这种设置可通过增大玻璃(G)与吹送射流之间的竖直距离和/或通过改变吹送射流的方向来实现。

通过沿淬火单元(2)的横向在削弱的分区(A)的两侧在玻璃板的侧部(G1)上吹送而产生的传热系数基本上等于淬火单元(2)的其余部分在玻璃上的传热系数，并且通过在削弱的分区(A)中在玻璃板的中部(G2)上吹送而产生的传热系数平均比上述传热系数低至少20％。

在与玻璃板的运动方向垂直的方向上，传热削弱的分区(A)必然基本上对称地位于玻璃板的中间。还优选传热削弱的分区(A)在玻璃板的两面上基本上相同。这有助于实现平坦玻璃板的双稳定性。

经由吹送开口(4)发生的吹送的冷却能力优选地被调节成使得，玻璃板的两面由于该调节而被永久留下大小为至少50MPa的基本上相等的压应力。

为了避免不必要的压应力之差，优选在玻璃(G)的横向上的冷却能力和冷却作用在削弱的分区(A)的边界处不会发生急剧的变化，而是冷却能力和冷却作用被调节成逐渐改变的类型。例如通过在玻璃的运动方向上调节削弱的分区(A)的宽度和/或改变冷却作用的曲线，可促进这种逐渐的变化。

示例

当例如在厚度为2.1mm的玻璃中通过吹送而产生的传热系数为1000W(m²K)时，吹送空气温度为30℃，玻璃回火温度为690℃，玻璃运动速度为W＝600mm/s，并且淬火在侧部之后的7.2cm处在中部上开始，侧部中的玻璃的表面已冷却88℃(冷却至602℃的温度)并且在玻璃的淬火在玻璃的中部上仅开始时全部玻璃厚度平均冷却23℃(冷却至667℃的平均温度)。

如果在玻璃的整个表面区域以完全一致的方式(即，以相同速度、同时以在厚度方向上一致的温度曲线)通过上述转变范围冷却、从而不会在玻璃表面的方向上形成应力差的情况下，本发明或许将是不必要的。这种情况下，回火应力也将在完全相同的时间在整个玻璃表面上建立。在实践中，上述完全的同时不会发生。对于本发明，玻璃承受回火应力的顺序根据实践验证从消除双稳定性的观点看是正确的。

在本发明中，淬火单元或玻璃板的长度方向是与玻璃板的运动平行的方向。淬火单元的起点是玻璃首先到达的淬火单元的部分。玻璃板或淬火单元的横向是与玻璃板的运动方向垂直的水平方向。在上文中，玻璃板的中部指的是玻璃板与其运动同向的中间部分，而侧部指的是侧边缘与玻璃板的运动同向的部分。回火所需的冷却能力(单位为W/m²)大幅波动，取决于对玻璃板期望的厚度和回火程度。因此，本发明包括检查淬火单元的各个部位的相对冷却能力。因而，由于问题不是绝对而是相对冷却能力，所以仅相关地讨论在玻璃板的各个部位的冷却作用。因此，当讨论冷却能力时，它实际上指同时的冷却效率和冷却作用。通过将冷却能力除以玻璃与空气之间的温差来获得传热系数。

Claims (4)

1.一种用于玻璃板回火的方法，所述方法包括加热玻璃板至回火温度并通过向所述玻璃板的两面吹送冷却空气来进行淬火步骤，其特征在于，为了消除回火后的基本上平坦的玻璃板的双稳定性，所述玻璃板的两个侧部(G1)的顶面和底面的淬火比所述玻璃板的中部(G2)的顶面和底面的淬火更早开始或在淬火的初始阶段更有效地执行，并由此在所述侧部的两面上先于在所述中部的两面上建立期望的回火程度所需的压应力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述玻璃板的两面上产生对所述中部的淬火在对边缘部分的淬火之后至少2cm开始，其中，所述中部是在淬火单元中前进的玻璃板的一部分且宽度为所述玻璃板的宽度的至少一半。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述玻璃板的两面上产生对所述中部的淬火在对边缘部分的淬火之后至少4cm开始，其中，所述中部是在淬火单元中前进的玻璃板的一部分且宽度为所述玻璃板的宽度的至少70％。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述淬火通过一定量和一定压力的冷却空气进行，即以一定的冷却效率进行，使得玻璃板的两面产生至少50MPa的永久压应力，并且使得所述中部晚于边缘部分达到最终压应力。