浮法玻璃生产技术与设备（第二版）5 玻璃的退火与退火窑(1).ppt

5 玻璃的退火与退火窑 机械零件的退火 将钢件（钢坯）加热到临界温度以上30°C~50°C保温一段时间，然后再缓慢地冷却下来（一般用炉冷），其目的是用来清除铸、锻、焊零件的内应力，降低硬度，以易于切削加工，细化金属晶粒，改善组织，增加韧性。 浮法玻璃的退火是指从锡槽出来的玻璃带，按一定的温度曲线，进行冷却的过程。其目的是消除玻璃中的残余内应力和光学不均匀性，以及稳定玻璃内部的结构。 玻璃的退火可分为两个主要过程：一是内应力的减弱和消除，二是防止内应力的重新产生。 5.1 退火的原理 玻璃中内应力的消除是以松弛理论为基础的，所谓内应力松弛是指材料在分子热运动的作用下使内应力消散的过程，内应力松弛的速度在很大程度上决定于玻璃所处的温度。 5.1.1 内应力的类型及成因 (1)应力类型 永久应力—当高温玻璃经退火到室温并达到 温度均衡后，玻璃中仍然存在的 热应力，也称谓残余应力； 暂时应力—随温度梯度的存在而存在，随温 度梯度的消失而消失的热应力。 （2）热应力的成因 玻璃制品在加热（应变温度Tg以下）或冷却过程中，由于其导热性较差，在其表面层和内层之间必然产生温度梯度，因而在内外层之间产生应力。 玻璃冷却时，玻璃内外层产生了温差，玻璃外表层温度低于内层，故外层收缩大于内层，外层的收缩受到内层膨胀的膨胀（拉伸作用—拉应力），内层受到外层的压缩（挤压—压应力）。玻璃表层受到张应力，内层受到压应力。 当外层不再降温，内层却随着温度的不断降低而继续收缩，所产生的应力与前期相反。 若两者大小相等，则温度梯度消失后，没有应力产生；若不相等，则产生残余的应力，即永久应力。 应力产生的原因与该温度区域的冷却速度、温度梯度、黏度和玻璃厚度有关。 5.1.2 退火的定义和目的 玻璃的退火：主要是将玻璃置于退火窑中经过足够长的时间通过退火温度范围或以缓慢的速度冷却下来，不再产生超过允许范围的永久应力和暂时应力。 退火的目的：消除玻璃中的残余应力和光学不均匀性。 过程：一是内应力的减弱和消失；二是防止产生新的应力。 5.1.3 应力的检验 利用玻璃中的内应力使玻璃在光学上成为各向异性体，影响玻璃光学性能的现象来检验玻璃中内应力的大小. 玻璃中的内应力可以用光程差表示。 应用偏光仪测定玻璃中单位行程的光程差，从而可以根据不同玻璃的偏光应力系数B来计算玻璃中的内应力。 残余应力与玻璃板厚度的关系 5.1.1.3 玻璃退火的标准 一般光学玻璃制品退火要求高些，退火后的残余应力要求在2～5.0nm/cm之内。 普通钠钙硅玻璃相为100nm/cm。 玻璃退火后的残余应力随玻璃板的厚度增加而增大。 5.1.1.4 退火温度的确定 玻璃在此塑性变形时的温度范围，称为玻璃的退火温度范围。 最高退火温度是指在此温度下保温2min，应力可以消除95%； 最低退火温度是指在此温度下保温2min，应力可以消除5%。这两个温度构成了玻璃的退火温度范围。 退火温度的上下限，一般介于50～100℃之间，它与玻璃本身的特性有关。根据理论计算和生产经验，浮法玻璃的最高退火温度约为540～570℃。 5.1.2 退火窑的分区 按退火工艺分加热均热预冷区(又称预退火区)、重要冷却区(又称退火区)、冷却区(又称后退火区)和急速冷却区。急速冷却区又分直接热风和直接冷风冷却区。 5.1.2.1 加热均热预退火区(A区) 在正常生产情况下，玻璃带从锡槽拉引出来经过过渡辊台，进入退火窑的温度一般为590±10℃。此温度高于玻璃的最高退火温度，是可以不再加热的。 边部必须适当加热。 5.1.2.2 重要冷却区(B区) 所谓重要冷却区是指玻璃在退火过程中最关键的区域，因为经退火后的玻璃中的永久应力的大小及其分布状况，主要决定于玻璃在此区的冷却速度和温度的分布情况。 主要消除玻璃中残存应力的地方。 出A区温度在510~520℃左右 。 5.1.2.3 冷却区(亦称后退火区，C区) 玻璃退火区域以下，即在玻璃退火的下限温度以下的冷却，可以以较快的速度进行，但冷却速度也不能太快。 玻璃在低于退火下限温度进行冷却所产生的内应力为暂时应力，暂时应力沿板厚度方向分布与永久应力相反，其最大的张应力在板的表面。如冷却速度太快，则会引起暂时应力过大而使玻璃破裂。 出C区温度在410~420℃左右 5.1.2.4 D区 退火窑没有保温，靠钢壳体散热。 出D区温度为370~380℃。 5.1.2.5热风循环强制对流冷却区 （Ret区） 过去以对流和辐射的方式，把自身的热量传递给其周围介质和壳体，而使玻璃自身逐步冷却下来。 ，由于玻璃温度已经较低，此区的其综合给热系数大大减少，这