專利名稱：一種鋼化玻璃冷卻方法及鋼化爐冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃鋼化領(lǐng)域，具體涉及一種鋼化玻璃的冷卻系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
鋼化玻璃的產(chǎn)品已廣泛使用在建筑、航空、汽車、輪船、機車、電子顯示器件等眾多領(lǐng)域。鋼化玻璃自1870年在法國獲得第一項專利始，于十九世紀獲得數(shù)項專利，并于1892年在工業(yè)上得以應(yīng)用。之后發(fā)展了平鋼化玻璃、彎鋼化玻璃等一系列產(chǎn)品，至二十世紀八十年代，隨著玻璃新品種的增加，鋼化玻璃制造工業(yè)進行了新產(chǎn)品的開發(fā)和研究，在建筑節(jié)能窗的低輻射玻璃鋼化，汽車玻璃的大型及異性玻璃鋼化等都有長足的進展。物理鋼化玻璃是在玻璃表面形成壓應(yīng)力層，使它增加一個預(yù)應(yīng)力來提高玻璃強度，目前廣泛應(yīng)用的是快速風(fēng)冷卻鋼化(簡稱風(fēng)鋼化)法。 風(fēng)鋼化是將玻璃加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上80°C，利用空氣作為冷卻介質(zhì)，快速將玻璃表面熱量帶走，外層玻璃冷卻較快，而玻璃中心是由外層玻璃通過熱傳導(dǎo)冷卻，因此玻璃中心相對于玻璃外層冷卻的較慢，于是通過這個過程在玻璃外層與中心部分產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，而玻璃的抗壓強度是其抗拉強度的十倍以上，通過內(nèi)應(yīng)力的引入，增加了玻璃的抗拉強度，使玻璃的強度得以提高。通常情況下，鋼化玻璃強度比普通退火玻璃的強度高4-6倍，熱急冷穩(wěn)定性可由150°C左右提高至280-320°C。鋼化玻璃的強度主要取決于內(nèi)應(yīng)力的大小，與玻璃的鋼化溫度，冷卻速率有關(guān)。一般情況下，鋼化溫度為600-680°C，冷卻介質(zhì)為室溫空氣，由空氣在熱玻璃表面流動帶著熱量，凍結(jié)玻璃表面，因此，冷卻能力在一定程度上影響鋼化玻璃的鋼化度，進而影響鋼化玻璃的強度及破碎后碎片粒度。鋼化度增加，玻璃的抗彎強度和抗沖擊強度增加。然而，鑒于風(fēng)鋼化使用的冷卻介質(zhì)為空氣，而空氣本身的溫度與熱容導(dǎo)致其制冷能力有限，即使增大風(fēng)壓也不能應(yīng)用于鋼化薄玻璃(如厚度小于等于3mm的玻璃)及特殊需求的過鋼化玻璃。同時增大風(fēng)壓意味著增大風(fēng)機容量,耗電量急速增加,成本大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一是提供一套新的鋼化爐冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明鋼化爐冷卻系統(tǒng)，用于對鋼化玻璃進行冷卻，包括向鋼化爐送入空氣的風(fēng)機、集風(fēng)箱及送風(fēng)通道，在該集風(fēng)箱或送風(fēng)通道上安裝一個盛放液氮的液氮罐，液氮罐有閥口與集風(fēng)箱連接，且該閥口裝有與風(fēng)機啟動聯(lián)機的電磁閥。本發(fā)明目的在于提供一種鋼化玻璃的冷卻方法，通過利用上述對物理鋼化爐冷卻系統(tǒng)的特殊設(shè)計，降低冷卻介質(zhì)的溫度，減少普通鋼化玻璃生產(chǎn)時風(fēng)機的裝機容量，并適于生產(chǎn)薄層鋼化玻璃或過鋼化玻璃。本發(fā)明鋼化玻璃冷卻方法，是在玻璃淬冷階段，使用風(fēng)機向鋼化爐送入空氣，包括在風(fēng)機送入空氣的同時向與風(fēng)機相連的集風(fēng)箱內(nèi)短時間注入液氮的驟冷過程，使集風(fēng)箱內(nèi)形成空氣與氣化液氮的混合冷卻介質(zhì)，并使該混合冷卻介質(zhì)通過送風(fēng)通道被送入鋼化爐中淬冷鋼化爐內(nèi)的高溫玻璃。液氮注入集風(fēng)箱內(nèi)的驟冷時間不超過玻璃淬冷階段時間，驟冷時間一般為10s。驟冷過程空氣與液氮混合比例為IOOm3空氣1(T40升液氮。液氮全部注入集風(fēng)箱實現(xiàn)驟冷后，還包括所述風(fēng)機持續(xù)送入空氣數(shù)十秒的過程?？刂骑L(fēng)機送風(fēng)速度在10m3/s，所述混合冷卻介質(zhì)進入鋼化爐的送風(fēng)速度在12m3/
So混合冷卻介質(zhì)進入鋼化爐的溫度從室溫降低30°C以上，優(yōu)選控制在4'50°C。所述鋼化玻璃冷卻方法，針對厚度6_普通玻璃進行鋼化，進行以下操作在玻璃淬冷階段，風(fēng)機以10m3/s的送風(fēng)速度向集風(fēng)箱中送入空氣，同時將10-40L (優(yōu)選20L)液氮注入集風(fēng)箱中，在10秒鐘內(nèi)注完，使液氮與風(fēng)箱中流動空氣混合并氣化，隨著氣流進入送風(fēng)通道并以12m3/s的速度進入鋼化爐，鋼化爐進風(fēng)口溫度下降至r-50°C (20L液氮注入時為-20°C)，完成驟冷過程；風(fēng)機繼續(xù)以原送風(fēng)速度持續(xù)送入空氣40-50s，完成淬冷階段過程；由風(fēng)機按原送風(fēng)速度送入空氣緩冷3分鐘，將玻璃從鋼化爐中取出得普通鋼化玻璃。所述鋼化玻璃冷卻方法，針對厚度3mm或以下薄層玻璃或厚度12mm的玻璃進行鋼化，進行以下操作玻璃淬冷階段，風(fēng)機以IOmVs的送風(fēng)速度向集風(fēng)箱中送入空氣，同時將20L液氮注入集風(fēng)箱中，在10秒鐘內(nèi)注完，使液氮與風(fēng)箱中流動空氣混合并氣化，隨著氣流進入送風(fēng)通道并以12m3/s的速度進入鋼化爐，鋼化爐進風(fēng)口溫度下降至_20°C，完成驟冷過程；風(fēng)機繼續(xù)以原送風(fēng)速度持續(xù)送入空氣40-50S，完成淬冷階段過程；由風(fēng)機按原送風(fēng)速度送入空氣緩冷3分鐘，將玻璃從鋼化爐中取出獲得薄層鋼化玻璃。以上所述鋼化玻璃冷卻方法生產(chǎn)得到的3mm或以下薄層鋼化玻璃或12mm厚過鋼化玻璃也為本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容。所述薄層鋼化玻璃的玻璃強度達到普通鋼化要求；所述過鋼化玻璃表面平均應(yīng)力達270MPa，90%的玻璃碎裂粒度小于4mm。本發(fā)明通過設(shè)計物理鋼化設(shè)備的風(fēng)冷卻系統(tǒng)和方法，在鋼化爐風(fēng)冷卻系統(tǒng)中配備低溫液氮輸入系統(tǒng)，液氮溫度為零下196°C，通過把低溫液氮引入到風(fēng)冷卻系統(tǒng)，液氮氣化，與空氣混合，降低了冷卻介質(zhì)的溫度，實驗表明，在獲得同樣的鋼化度的情況下，冷卻介質(zhì)溫度降低30°C，可降低空氣壓力15%。低溫液氮在送風(fēng)系統(tǒng)的引入，不僅可以減小風(fēng)機裝機容量及運行成本，而且降低冷卻氣體的溫度能有效的提高玻璃鋼化度，不僅可使鋼化玻璃的強度明顯提高，而且可鋼化普通風(fēng)鋼化不可鋼化的3_以下的平板玻璃及特殊需求的過鋼化度玻璃。


圖I為本發(fā)明鋼化爐冷卻系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2為本發(fā)明實施例3生產(chǎn)的過鋼化玻璃碎裂效果照片。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種新型的鋼化玻璃冷卻方法及鋼化爐冷卻系統(tǒng)。在常規(guī)的鋼化系統(tǒng)中，風(fēng)機通過集風(fēng)箱和送風(fēng)通道將作為冷卻介質(zhì)的空氣直接送入鋼化爐玻璃淬冷部分，參見圖I所示。本發(fā)明的改進是繼續(xù)參見圖I所示，在風(fēng)路上，集風(fēng)箱上面位置安裝一個能夠盛放液氮的罐體，液氮罐與集風(fēng)箱之間通過一個閥口連接，由電磁閥控制閥口的開合，電磁閥與風(fēng)機啟動聯(lián)機。操作中，首先，在液氮罐中注入液氮，封閉液氮罐，當(dāng)鋼化爐中淬冷玻璃階段啟動后，風(fēng)機開始工作，此時電磁閥打開液氮罐閥口將液氮加入到集風(fēng)箱中，與風(fēng)機所送空氣(通常為室溫空氣)混合，混合中液氮被氣化，體積瞬間膨脹約1000倍，液氮氣化成低溫氮氣與風(fēng)機提供的空氣共同形成冷卻介質(zhì)，通過送風(fēng)通道送入鋼化爐對高溫玻璃淬冷(驟冷過程)。具體可以是在淬冷階段開始5S后打開電磁閥，向進風(fēng)系統(tǒng)加入液氮，IOs后液氮全部加入完成驟冷過程。該驟冷過程中，從以下幾方面提高系統(tǒng)的冷卻能力1.液氮與空氣混合，液氮氣化，吸收氣化潛熱，降低冷卻介質(zhì)溫度；2.低溫氮氣與空氣混合，降低冷卻介質(zhì)的溫度；3.氣體體積膨脹做功吸熱，降低冷卻介質(zhì)溫度；4.增大了進風(fēng)壓力，增加冷卻風(fēng)量。淬冷階段結(jié)束后，關(guān)閉電磁閥，向集風(fēng)箱停止送入液氮，此時單獨由風(fēng)機提供空氣緩冷。發(fā)明人通過大量的實驗證明，在淬冷階段，驟冷過程液氮的加入量與送風(fēng)量之間的關(guān)系是IOOm3空氣1(Γ40升液氮，對應(yīng)的，可降低冷卻介質(zhì)溫度30°C以上(31 85°C)，而鋼化強度可提升30MPa以上(32 109MPa)。在達到同樣鋼化強度時，風(fēng)機送風(fēng)量可降低1(Γ30%。以下繼續(xù)結(jié)合實施例和實驗例詳述本發(fā)明。實施例I :生產(chǎn)普通鋼化玻璃本實施例對比普通鋼化及利用本發(fā)明冷卻系統(tǒng)鋼化效果。樣品6mm玻璃，相同的玻璃對應(yīng)標號分在2組中，共有12塊玻璃分為2組進行檢測，進行普通風(fēng)冷鋼化強度與本發(fā)明液氮冷卻鋼化玻璃強度試驗，并對結(jié)果進行對比；鋼化條件及操作某小型鋼化爐，風(fēng)機裝機容量為30KW，夏季鋼化爐進風(fēng)口溫度35°C。在鋼化爐風(fēng)機后部集風(fēng)箱上部位置裝設(shè)體積為20升的液氮罐，在風(fēng)冷卻啟動前加滿液氮，密封。玻璃淬冷階段開始5秒后，開啟電磁閥打開液氮罐閥口，液氮在10秒鐘內(nèi)全部注入集風(fēng)箱中，使之與風(fēng)箱中流動空氣(未注入液氮時的風(fēng)機送風(fēng)速度為10m3/S)混合并氣化，隨著氣流 進入風(fēng)道并從噴嘴噴出進入鋼化爐，由于液氮氣化體積膨脹，此時瞬間混合冷卻風(fēng)速增至12m3/S，進風(fēng)口溫度由原來的35°C下降至零下20°C，此時完成淬冷階段的驟冷過程；待液氮全部注入后，持續(xù)送風(fēng)(空氣，送風(fēng)速度為10m3/S)40秒后(將液氮罐中液氮排空)，關(guān)閉電磁閥，繼續(xù)送風(fēng)10秒，關(guān)淬冷風(fēng)機，完成整個淬冷階段。淬冷階段結(jié)束后，此時由風(fēng)機按原低功率狀態(tài)送風(fēng)速度(10m3/S)提供空氣緩冷3分鐘時間，將玻璃樣品從鋼化爐中取出用于檢測。檢測使用偏光鏡應(yīng)力儀對不同淬冷條件下鋼化玻璃的強度進行檢測，數(shù)據(jù)見表
Io表I :6mm鋼化玻璃強度
權(quán)利要求
1.一種鋼化爐冷卻系統(tǒng)，用于對鋼化玻璃進行冷卻，包括向鋼化爐送入空氣的風(fēng)機、集風(fēng)箱及送風(fēng)通道，其特征在于，在該集風(fēng)箱或送風(fēng)通道上安裝一個盛放液氮的液氮罐，液氮罐有閥口與集風(fēng)箱連接，且該閥口裝有與風(fēng)機啟動聯(lián)機的電磁閥。
2.一種鋼化玻璃冷卻方法，用權(quán)利要求書I所述的鋼化爐冷卻系統(tǒng)，在玻璃淬冷階段，使用風(fēng)機向鋼化爐送入空氣，其特征在于，包括在風(fēng)機送入空氣的同時向與風(fēng)機相連的集風(fēng)箱內(nèi)短時間注入液氮的驟冷過程，使集風(fēng)箱內(nèi)形成空氣與氣化液氮的混合冷卻介質(zhì)，并使該混合冷卻介質(zhì)通過送風(fēng)通道被送入鋼化爐中淬冷鋼化爐內(nèi)的高溫玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，液氮注入集風(fēng)箱內(nèi)的驟冷時間不超過玻璃淬冷階段時間，驟冷時間一般為10s。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，驟冷過程空氣與液氮混合比例為IOOm3空氣10 40升液氮。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，液氮全部注入集風(fēng)箱實現(xiàn)驟冷后，還包括所述風(fēng)機持續(xù)送入空氣數(shù)十秒的過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，控制風(fēng)機送風(fēng)速度在10m3/s,所述混合冷卻介質(zhì)進入鋼化爐的送風(fēng)速度在12m3/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，混合冷卻介質(zhì)進入鋼化爐的溫度從室溫降低30°C以上，優(yōu)選控制在4'50°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，針對厚度6mm普通玻璃進行鋼化，進行以下操作在玻璃淬冷階段，風(fēng)機以10m3/s的送風(fēng)速度向集風(fēng)箱中送入空氣，同時將10-40L (優(yōu)選20L)液氮注入集風(fēng)箱中，在10秒鐘內(nèi)注完，使液氮與風(fēng)箱中流動空氣混合并氣化，隨著氣流進入送風(fēng)通道并以12m3/s的速度進入鋼化爐，鋼化爐進風(fēng)口溫度下降至r-50°C (20L液氮注入時為-20°C)，完成驟冷過程；風(fēng)機繼續(xù)以原送風(fēng)速度持續(xù)送入空氣40-50s，完成淬冷階段過程；由風(fēng)機按原送風(fēng)速度送入空氣緩冷3分鐘，將玻璃從鋼化爐中取出得普通鋼化玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一所述鋼化玻璃冷卻方法，其特征在于，針對厚度3mm或以下薄層玻璃或厚度12mm的玻璃進行鋼化，進行以下操作玻璃淬冷階段，風(fēng)機以10m3/s的送風(fēng)速度向集風(fēng)箱中送入空氣，同時將20L液氮注入集風(fēng)箱中，在10秒鐘內(nèi)注完，使液氮與風(fēng)箱中流動空氣混合并氣化，隨著氣流進入送風(fēng)通道并以12m3/s的速度進入鋼化爐，鋼化爐進風(fēng)口溫度下降至_20°C，完成驟冷過程；風(fēng)機繼續(xù)以原送風(fēng)速度持續(xù)送入空氣40-50S，完成淬冷階段過程；由風(fēng)機按原送風(fēng)速度送入空氣緩冷3分鐘，將玻璃從鋼化爐中取出獲得薄層鋼化玻璃。
10.權(quán)利要求9所述鋼化玻璃冷卻方法生產(chǎn)得到的3mm或以下薄層鋼化玻璃或12mm厚過鋼化玻璃；所述薄層鋼化玻璃的玻璃強度達到普通鋼化要求；所述過鋼化玻璃表面平均應(yīng)力達270MPa，90%的玻璃碎裂粒度小于4mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼化玻璃冷卻方法及鋼化爐冷卻系統(tǒng)，包括向鋼化爐送入空氣的風(fēng)機、集風(fēng)箱及送風(fēng)通道，還包括在該集風(fēng)箱或送風(fēng)通道上安裝的一個盛放液氮的液氮罐，在玻璃淬冷階段，在風(fēng)機送入空氣的同時向與風(fēng)機相連的集風(fēng)箱內(nèi)短時間注入液氮經(jīng)歷一個驟冷過程，使集風(fēng)箱內(nèi)形成空氣與氣化液氮的混合冷卻介質(zhì)，并使該混合冷卻介質(zhì)通過送風(fēng)通道被送入鋼化爐中淬冷鋼化爐內(nèi)的高溫玻璃。本發(fā)明可大幅度降低玻璃風(fēng)鋼化中傳統(tǒng)冷卻介質(zhì)空氣的溫度，并減少風(fēng)機裝機容量，以此可用于鋼化厚度小于3mm的浮法玻璃或生產(chǎn)過鋼化玻璃。
文檔編號C03B27/04GK102976597SQ201210552329
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者吳云龍, 左巖, 楊磊, 張保軍, 趙芳紅, 傅國英 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院