玻璃成型工艺

玻璃成型工艺

一、常用玻璃成型方法、特点及所用设备

熔融玻璃经澄清、均化、冷却后即可成型。根据成型方式的不同可将成型方法分为吹制法、压制法、压延法、浇注法、拉制法、离心法、烧结法、喷吹法、焊接法和浮法等，还存在由两种成型工艺组合的生产方法，如压－吹法、吹－拉法、离心－压制法等。

1.吹制成型

吹制成型是古老而传统的玻璃成型方法。有不少稀世珍品是依靠这种方法制得的。目前这种成型方法仍不失为玻璃制造中广泛使用的一种成型手段。

手工吹制主要使用一根空心铁管（或不锈钢管），一端用来沾取玻璃液，另一端用于人工吹气。管长约1.5～1.7m，中心孔径φ0.5～1.5cm，可根据制品大小选用不同规格的吹管。

机械吹制包括吹－吹法、压－吹法、转吹法、带式吹制法。图2.8所示为带式吹制法示意图，用液流供料，玻璃液由漏料孔不断外流，经滚筒滚压成带状，然后依靠自重和扑气使之在传动链上形成一个空气料泡，再由旋转的成型模合拢吹制成型。该法主要用于生产灯泡壳和茶杯等，生产能力较大。它是由美国康宁玻璃公司首先发明和应用到工业生产上的，康宁公司以后发展的炊具生产也几乎是利用了这一原理。压－吹成型中，滴料在初型模中进行压制，使口部成型，然后转入成型模中进行吹制成型。该法得到的制品壁厚分布均匀，因而除了主要用来生产广口瓶等空心玻璃制品外，目前有些工厂也用此法生产小口瓶。

图2.8 带式吹制成型示意图

2.压制成型

压制成型有机械与人工两种方法，区别在于前者采用滴料供料和自动压机成型，后者为手工挑料或供料机供料，并使用手工压机或半机械化压制成型。压制成型自动化程度复杂，技术要求高，它是当前玻璃工厂广泛采用的成型方法。

压制成型的优点是生产批量大、工艺稳定、制品尺寸准确，且表面可以有线条简洁的花纹；缺点是制品粗糙度较高。压制成型对玻璃液的温度、黏度、成型时间及冷却介质等要求较高。

3.拉制成型

玻璃管（棒）制品的成型除用传统的手工拉制外，还有机械拉制。机械拉制成型分水平拉制法和垂直拉制法两种。水平拉制法有丹纳法（Danner process）和维洛法（Vello process），垂直拉制法分垂直引上法和垂直引下法。以下以丹纳水平控制法为例进行介绍。

丹纳水平拉制成型的工作原理：流入料道内的玻璃液，经闸板受控地流到成型室内的成型管体上，然后玻璃液随旋转的成型管体流向成型嘴，并在成型管体中间鼓入适量的空气，使玻璃液形成中空状，在机尾拉管机的牵引下，玻璃液连续地成型为玻璃管；若在成型管中不鼓入空气，则拉制成玻璃棒。

图2.9为丹纳法拉管机械装置图。

图2.9 丹纳法拉管机法示意图

4.注射成型

注射成型是近年来国内外新发展起来的一种玻璃成型方法，目前已广泛用于生产艺术制品。将熔融质量优良的玻璃滴入模具内，割去余料，经过退火与加工处理后，即可获得各种形象逼真、栩栩如生的艺术制品。该工艺中，模具设计与制造是关键，成型玻璃的黏度与温度要选择恰当。该成型方法简单，灵活性大，设备投资少、见效快。

5.离心成型法

离心成型法由玻璃料流直接流入离心成型机中，也有通过供料机滴料离心成型。由熔窑底部流料口流出的玻璃液进入离心盘，在离心盘的侧壁上开有4 000～6 000个孔眼，在离心盘高速旋转下，玻璃液因离心力作用由孔中甩出而呈细丝，经高温高速的燃气吹制成纤维棉，其成型过程如图2.10所示。图中A是离心机的喷丝头。

利用离心法成型原理还可生产器皿玻璃的果盘、工业玻璃透镜和显像管玻壳锥体。此时玻璃液经供料通道由供料机自动滴料，采用离心机高速旋转，使用分配器代替冲模进行离心成型。

图2.10 离心法成型

二、平板玻璃成型方法的原理、特点及所用设备

平板玻璃生产的方法有4种，浮法（Float process）、垂直引上法［包括有槽（Fourcault process）、无槽（Pittsburgh process）、对辊法（Asahi process）］、平拉法（Colburn process）、压延法（Calendering process）等。

1.浮法

浮法玻璃生产工艺是指玻璃液在熔融金属液面上漂浮成型的平板玻璃生产工艺方法。该方法可以生产厚度为0.5～30mm的平板玻璃，是世界上目前最先进的平板玻璃生产工艺方法。

浮法玻璃的生产工艺流程：根据设计的玻璃成分，选择玻璃生产所需的原料，根据设计的料方，称量各种原料经混合后制备成配合料；然后将合格的配合料送入玻璃熔窑，在 1 500℃～1 600℃温度范围内经过熔化、澄清、均化和冷却等过程，获得均匀的玻璃液；玻璃液经流道、流槽进入充满氮氢保护气体的锡槽，漂浮在熔融的锡液表面上，完成玻璃液的自然摊平、展薄、抛光、冷却后，玻璃带由过渡辊台托起离开锡槽进入退火窑中退火；退火后的玻璃带经切裁、检验、包装后即可作为产品出厂。

在浮法玻璃生产过程中，熔窑、锡槽和退火窑为浮法玻璃生产的三大热工设备。锡槽主要有两类：直通型和大小头型。我国目前采用的主要是大小头型锡槽（图2.11）。这种锡槽由进口端、主体和出口端三部分组成。进口端主要由流道、流槽、安全闸板和节流闸板等组成，玻璃液的温度在 1 050℃～1 150℃。锡槽的主体结构包括锡槽的槽底、胸墙、顶盖、钢结构、电加热、进气管、冷却系统等部件。主体部分内要完成玻璃液的摊平、展薄、抛光、冷却等成型操作，要求满足密封性和温度、压力等工艺参数可调性的要求，还要满足锡液对流和气体对流的要求。出口端也称为过渡辊台，其作用是靠转动作用牵引玻璃带前进，并且每根辊子可以上下调节，保证既不使玻璃带出锡槽时带出锡液，又不至于玻璃带在出锡槽时被划伤表面。出口端玻璃带温度在620℃左右。

图2.11 大小头型锡槽示意图

1—窑尾；2—安全闸板；3—节流闸板；4—流槽；5—流槽电加热；6—锡液；7—锡槽槽底；8—锡槽上部加热空间；9—保护气体管道；10—锡槽空气分隔墙；11—锡槽出口；12—过渡辊台传动辊子；13—过渡辊台电加热；14—退火窑；15

—锡槽顶盖；16—玻璃带

2.垂直法

垂直法主要包括有槽垂直引上、无槽垂直引上和对辊法三种，图2.12分别为三种方法的示意图。在垂直法生产平板玻璃过程中，原板的板根是玻璃成型的基础，两个边子是玻璃成板的前提，拉伸力是改板的根据，而玻璃液的黏度与表面张力是成型的基本性质。因此，玻璃的性质、板根的形成、边子的形成、原板的拉伸力是垂直法玻璃成型的四个重要组成部分。

与浮法玻璃生产原理比较，垂直法玻璃生产必须克服玻璃原板自身重力的影响，因此引上的高度受到限制，拉引速度也不能过大。并且由于受到重力的影响，板面质量较差，存在波筋、岗子、淋子等缺陷。垂直法的成型温度和析晶温度相近，玻璃液在成型室容易产生析晶，造成玻璃原板上出现析晶结石。另外，成型室析晶需要停炉搅拌玻璃水，影响产量。由于垂直法生产的玻璃表面质量差，后加工玻璃往往需要研磨和抛光，目前很少使用这种工艺加工玻璃原片。

3.平拉法

平拉法也称水平拉引法，是在有槽引上的基础上去除槽子砖，使原板直接从玻璃自由液面垂直引上，又称无槽引上，其示意图如图2.13所示。玻璃原板从自由玻璃液面引上至700～800mm高度后，绕经一个转向辊，再沿水平方向拉引进入退火窑。这种成型方法首先是由美国人发明，后经柯尔本及利比·欧文斯公司改造，故称为柯尔本－利比欧文斯法，简称柯尔本法（Colburn process）。相对于垂直法，这种生产方法与无槽法相近，不用槽子砖而只用引砖，所以玻璃的析晶及表面缺陷较少；又因为在引上一定高度后转向为水平拉引，故比无槽法拉引速度快得多。退火窑水平布置可以比引上法的引上机膛长，退火质量比垂直引上法好。特别是采用气垫转向辊后，玻璃质量得到进一步提高，接近浮法玻璃的质量。平拉法生产的平板玻璃可以作为玻璃深加工的原片，是目前唯一能与浮法并存的平板玻璃生产方法。

图2.12 垂直法生产平板玻璃示意图

1—通路；2—小眼；3—大梁；4—辅助冷却器；5—主冷却器；6—槽子砖；7—池墙；8—板根；9—石棉辊；10—鱼鳞板；11—引上机；12—原板；13—角铁；14—桥砖；15—端墙；16—L形砖；17—引砖；18—冷却器；19—八字水包；20—槽钢；21—石棉辊；22—吊平碹；23—玻璃液；24—转动式成形辊；25—辐射热挡板；26—冷却器；27—原板；28—石棉辊；29—裂缝

图2.13 平拉法成型室

1—成型砖；2—外唇砖；3—内唇砖；4，5—水包；6—冷却器；7—冷却水包；8—板根；9—拉边器；10—冷却转向辊；11—燃烧器；12—喷嘴；13，14—输送

辊

平拉法的特点：产品品种规格多，平拉法一窑可以设1～3条生产线，生产不同品种的玻璃，如厚度可为0.6～30mm，宽度可为2.5～4m。由于平拉法依然是从自由玻璃液面的垂直引上，况且需要在转向辊上转向，因此，很难达到浮法玻璃的质量指标。

4.压延法

压延玻璃生产过程为玻璃液从熔窑尾端溢流口溢出，经溢流槽和托砖流到压延机的上下压辊间，压延辊中间通冷却水，使流经上下压辊间的玻璃液迅速冷却，并由液态变为塑性状态，当玻璃从正在转动的上下压辊的间隙出来时，形成所要求厚度的玻璃板。压延辊与玻璃带之间的摩擦力使玻璃带运动，出压辊的玻璃带经过托板水箱的冷却和托辊的拖动，然后经过活动辊道进入连续退火窑中退火。上述过程连续进行，使熔融玻璃液形成连续玻璃带。

压延玻璃是单面或两面具有花纹图案的平板玻璃。生产双面压花玻璃的压延机上下压辊都刻有花纹；生产单面压花玻璃的压延机，上辊是光辊，下辊是刻花辊。压延玻璃的特点：成型温度（1 200℃）高，生产过程中不易产生析晶；压花玻璃对入射光有散射作用，形成均匀而柔和的采光效果；压延玻璃的退火与浮

法玻璃退火基本相同，可以生产高质量的玻璃；压延法还可方便地生产夹丝玻璃。压延玻璃经压辊生产平板玻璃，其质量决定于压辊表面质量。

三、玻璃成型过程中产生的主要缺陷及其预防

光学变形也称“锡斑”，是玻璃表面上的微小凹坑，其形状呈平滑的圆形，直径0.06～0.1mm，深0.05mm。这种斑点缺陷损害了玻璃的光学质量，使观察到的物象发生畸变，故也称其为“光畸变点”。

光学变形缺陷主要是由于氧化亚锡（SnO）和硫化亚锡（SnS）蒸气的聚集冷凝造成的。SnO可以溶于锡液，同时又有很大的挥发性，而SnS的挥发性更强，它们的蒸气在温度较低的部位冷凝并逐渐聚集，当聚集到一定程度，受到气流的冲击或震动等作用，冷凝的SnO或SnS就会落到未完全硬化的玻璃表面形成斑点缺陷。此外，这些锡化合物的聚集物也有可能受到保护气体中还原组分的作用，还原成金属锡，这种金属锡滴同样也会使玻璃形成斑点缺陷。当锡化合物在锡槽的高温段玻璃表面形成斑点时，由于这些化合物的挥发，会在玻璃表面形成一个小凹坑。

减少光学变形缺陷的办法主要有减少氧污染和硫污染。氧污染主要来源于保护气体中的微量氧和水蒸气以及锡槽缝隙漏入和扩散进入的氧。它使金属锡氧化生成SnO和SnO

浮渣，SnO既可溶解于锡液又能挥发进入保护气体，保护气体中

2

的SnO在锡槽顶盖表面冷凝、积聚而落到玻璃表面上。玻璃本身也是一个氧污染的来源，即玻璃液中溶解的O

会在锡槽中逸出，同样会使金属锡氧化；玻璃表

2

面的水蒸气进入锡槽空间，也增加了气体中氧的比例。硫污染是在使用氮氢保护气体的情况下，唯一由玻璃液带入锡槽的，在玻璃带的上表面是以H

S的形式释

2

放进入气体，再与锡反应生成SnS；在玻璃的下表面，硫进入锡液形成SnS，这些SnS溶于锡液并部分挥发进入保护气体中，同样可在锡槽顶盖的下表面冷凝、积聚而落到玻璃表面形成斑点。因此，为了防止斑点缺陷的产生，要经常采用高压保护气体吹扫锡槽，清理在锡槽顶盖表面上的SnO和SnS的冷凝物，以减少光学变形缺陷。