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玻璃板制造:浮法工藝

玻璃板制造:浮法工藝

發布日期:2019-11-26 瀏覽次數:2180

早在美索不達米亞時期和古埃及時期人們就開始制造玻璃,當時制作出的玻璃只不過是沙子、碳酸鈉和石灰的混合物而已。該混合物被加熱到約1500攝氏度時會變成熔質,慢慢冷卻后會硬化。早成功制出透明、平整的玻璃的工藝中包括旋制法,該制法非常有效,因為玻璃在由軟變硬的過程中不會接觸任何表面,因此可以一直保持完美無瑕的狀態,通過“火處理”收尾。然而,該過程耗時很長,而且要耗費大量的勞動力。


  盡管如此,人們對平整玻璃的需求很高,全世界的玻璃制造者都在尋找可以連續制造玻璃的方法。第1個連續帶式工藝過程是用兩個高溫滾軸擠壓熔化的玻璃——類似老式的軋板機。該工藝可以連續不斷地制造幾乎各種厚度的玻璃,但是滾軸會在玻璃板的兩面都留下痕跡,這就需要對玻璃進行打磨和拋光。這一過程會磨去約20%的玻璃,而且所用的機器也很昂貴。

  Alistair Pilkington發明了浮法玻璃制造工藝。該制法可以用來制造用于建筑物上的透明、有色的加膜玻璃,也可以為車輛提供透明的有色玻璃。Pilkington一直在反復實驗,研究如何改良熔化工藝。在1952年,他萌生了用熔化金屬作基床加工玻璃板的想法,有了這樣的金屬液槽,就可以徹底淘汰滾軸了。該金屬的熔點必須低于玻璃的硬化溫度(約600攝氏度),但同時沸點要高于熔化玻璃的溫度(約1500攝氏度)。符合這些條件的金屬是錫。

  實現這一想法的另一個條件就是重力。重力可以保證熔化金屬的表面完全平整且水平。因此,把熔化的玻璃澆在熔錫上時,玻璃的下表面也會完全平整。如果玻璃能夠保持足夠的高溫,它就會在熔錫上慢慢流動,直到其上表面也平整、水平,并與下表面完全平行。一旦將玻璃冷卻至604攝氏度或更低,玻璃就會硬化到表面不會被刮花的程度,這樣就可以通過滾軸將其運送到冷卻槽了。玻璃和錫的表面張力相互作用會使成形的玻璃板的厚度穩定在6毫米。幸運的巧合是,當時市場對玻璃板的需求有60%是6毫米玻璃板。

  1953年,Pilkington建立了一個試點工廠。到1955年為止,他已經說服他的公司建立成套的工業裝置。然而,他們經過14個月的不間斷生產且每個月花費10萬英鎊,才在廠里首次生產出可用的玻璃。而且,他們在成功生產出能投入市場的玻璃之后,就將機器關閉了,為的是在接下來幾年能夠持續生產。當機器再次投入生產時,又花了四個月的時間來使生產流程走上正軌。1959年,他們終于成功了。如今浮法制玻工廠遍布全球,每一個工廠都能夠15年不間斷地日產玻璃千噸。

  今天的浮法制玻工廠可以生產出接近光學質量的玻璃。在容納了2000噸熔化玻璃的熔爐內,同時進行著多個程序一一熔化、精煉、均質化。這些過程發生在由高溫驅動的熔化玻璃流的不同區域,并匯總成為一個長達50小時的無間斷熔煉過程,向金屬液槽平穩、連續地提供玻璃。接著玻璃會被送往加膜區,會被送達熱處理區——該區域能夠緩釋玻璃內部在冷卻過程中產生的應力。

  自20世紀50年代以來,浮法制玻的原理不曾改變過。然而,玻璃制品卻經歷了巨大變化:從之前單一的6.8毫米玻璃板到如今的亞毫米級至25毫米區間任意厚度的玻璃板;從之前很容易被內含物和氣泡損毀的玻璃帶到如今接近光學完美的玻璃。為了保證高質量,每一個生產階段都有監察。偶爾,在精煉過程中也會有一個氣泡未被排出,一顆沙粒沒有熔化,或是液錫的波動導致玻璃帶產生波紋等情況。自動的在線監察有兩項任務:一是向上游(生產前階段)報告生產過程中可以修正的紕漏。監察技術可以在玻璃帶上實現每秒超過一億次的測量,以定位肉眼無法辨認的瑕疵;二是讓下游(生產后階段)計算機操控刀具切割掉有瑕疵的部分。

  浮法玻璃是按平方米出售的。在生產的階段,計算機會根據顧客的需求設計玻璃的裁割方案,以實現浪費的小化。


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