浮法玻璃生产技术和设备

　　中国洛阳浮法玻璃的发明者之一，姜宏先生等人的专著《浮法玻璃生产技术和设备》谈到，上世纪初Hitchcook和 Heal提出的使玻璃液在熔融的金属液表面进行热处理的设想是浮法玻璃发明的雏形。以后经历了约五十余年的努力，最终诞生的浮法玻璃生产技术的发明，对玻璃制品的发展和世界文明的推动，做出了多么巨大的贡献！熔融金属的本质一是对玻璃的支撑、二是对玻璃表面的加热。这种作用的本质一直是玻璃制品制造的精髓，可以追溯到对玻璃制品的发展有划时代意义的玻璃吹制技术的发明，至今仍然是容器玻璃制造的最重要的方法之一，吹制技术的原理就是火焰的利用和气力成型的巧妙结合，火焰可使玻璃分离、结合、成型、又可使玻璃具有光亮的表面，所以玻璃火焰技术的机理及合理使用值得我们永不停顿的探讨和发展。


    一.火焰用于玻璃制品的切割、爆口

    玻璃制品的切割，爆口工艺就是生产过程中制品分解成部分，或者去掉工艺性的部分。在机器吹吹、压吹法生产中吹口的去除，人工吹制时冒盖和制品的分离，管制安瓿针剂瓶自动拉延后的一分为二，玻璃仪器制造中灯工的基础操作等。主要有下面一些方法：a，在切割处喷射高温尖锐火焰，随后用传热很快的金属刀锋轻触受热的玻璃，制品就会在切割处分离。这是利用玻璃受急冷急热时瞬间产生极大的温度因力，超过了玻璃的强度极限。因为割口时伴有玻璃的爆裂声，这一工艺在一般的玻璃制品厂称为爆口。此方法的进一步发展是利用硬度高于玻璃的割刀，先在玻璃的切割处划痕，留下裂纹，然后再用火焰喷烧 此时制品也会自行分开，究其本质火焰在裂纹上下产生热应力，使裂纹迅速扩大而断裂。由于玻璃是一种脆性材料，表面一旦有微小的裂纹，其强度就大大降低，一般只有原来的百分之一。这样热应力就可以小些，也即加热的火焰温度可以低些，同样情况下能源就可节约。也因为玻璃切割工具的发展，成本已低。爆裂应力小，割口处易平整，所以这种方法值得推广。所用的设备只有一些单工位的手工机械，效果不大，在一些品种规格较多的工厂，还是直接由人工在完成。这是造成玻璃制品质量不稳定，废品多的主要原因。b，纯火焰切割法，在玻璃制品要切割处设置圈火，制品做一定的转动，在切割火焰的加热下达到玻璃的熔融温度，被切去的部分可以靠重力落去，或手动挑去，也有的正好利用玻璃熔融时的表面应力的收缩作为成型工艺形成制品的一部分，视制品的不同采用不同的方法。在机械化大规模压吹法生产的玻璃杯、壶中，使制品倒置，切割下来的吹口随重力分离，但要保持均匀。如和全自动压吹法H28机配套的30工位爱而特里烘爆口机就是按此原理工作的。在安瓿针剂瓶的制造时，需要割口后封口，在使一个连体瓶分开的同时，割口的火焰使玻璃收成瓶底。


    二.火焰用于玻璃制品的烘口

    玻璃制品的烘口工序，一是因为玻璃制品切割后，其切割部分由于应力的不均匀性，存在一定的不平度及边缘爆裂。二是在模具成型的制品中，由于模具对制品的成型封口作用，或多或少总会留下过渡的痕迹，需用进一步提高质量。对不同的玻璃制品，要求不同的处理方法。一般有两种：砂轮磨削和火焰烘口。砂轮磨削机理是砂轮的磨粒在高速旋转的动力下对玻璃表面的切削作用，切削面的质量取决于砂轮切削的程度，玻璃表面质量要求越高、切削程度要求越精细。一般采用分:粗、半精、精磨、抛光工序，采用不同的砂轮和不同的磨削参数以提高生产的速度。磨削的特点是整体平整度高，见棱见角，仅管费时费工，但对高档的玻璃制品是唯一的选择。烘口机理是玻璃在熔融状态下产生的表面张力，在其作用下切割处的尖端状态变圆滑。分析玻璃制品磨口特点，可加深对火焰烘口的认识，世界能源价格不断上涨，而玻璃工业是用能的大户，降低玻璃制品的能耗一直是玻璃工作者追求的目标和重大挑战。玻璃在加热时会产生表面张力这是所有液态物质的一大特性，就像玻璃的成型是利用了玻璃具有的粘性随温度变化的特性一样，这是制造玻璃制品的理论基础。同时熔融的物质表面具有最为光滑的表面，就象我们常常形容湖水的表面，在没有风的状态下是一平如镜。所以，火焰烘口也是高效、高质制造玻璃制品的一大技术，其关键就是掌握如何控制火焰正好使口部光滑张开，而制品的口部整体又不发生变形。由于重力的作用，过渡高温的地方将产生局部下突的波浪形变型，对正立的制品则为局部增厚。从能源利用的角度也是一种浪费。要求烘口的喷枪能集中均匀的加热，及采用和制品口部形状相吻合的火焰，要比单个烧枪的组合好的多。


    三.火焰用于玻璃制品的抛光

    玻璃制品的表面抛光的应用范围更广，要使玻璃制品具有一定的形状，在实际的生产中都要使用一定的工装模具，这样玻璃表面就会留下模具接触印记，同时在成型口部小底部大的制品时为了取出制品，模具需要采用剖分式，制品的表面就会留下外突的线痕，这些都随模具的制造精度，新旧，成型时锁模力，成型力大小，以及玻璃料和模具的温度，模具的冷却结构等有密切相关，但总会存在。特别是在大批大量的机械化生产中，要达到质量与成本的经济性，就要统筹、综合考虑。按玻璃制品成型的理论和烘口机理，玻璃制品这些缺陷可以通过表面火焰处理来提高，这就是玻璃制品的表面火焰抛光。顺理成章，在火焰烘口的基础上，增加结构相同的工位，只要对火焰的大小及部位进行适当的调整，就可来进行玻璃制品的火焰抛光工序。但是，由于制品的表面比口部大的多，形状丰富的多，同时整体受热，制品更易变形。同时，如果冷却不当，将使制品产生新的应力。如何考虑这些特点，设计合理的机构和烧枪，达到可控的加热及冷却，这是玻璃火焰机械设备需理解、分析的关键。常见的传统烘口、抛光设备有带式和圆盘式两类，习惯称为烧口机，玻璃制品在成型后放入其上进行烘口、抛光处理。带式烧口机有两种形式：一种是水平长圆形，一种是垂直长圆形。两种功能类似，只是所在的平面的面积大小。网带上在制品走过区域设有多道火焰烧枪，形成烘口、抛光工位。在此区域设有制品自身转动机构，一般也是由链轮、链条自动啮合组成。制品在输送前进的同时完成口部和外表面的火焰处理。火焰的结构倾向于短而高温，使热影响区域仅停留在制品的表面，减少变形。此类设备适应于形状为圆形，高度接近的大批大量生产的制品，由于链式烧口机兼有制品输送的作用，通常可以做得较长，这样可以设一些控制保温的措施，减少制品产生新的热应力而爆裂。圆盘式烧口机也有两种形式：一为单层转盘式，制品在转盘上公转同时自转，采用的加热方式同带式烘口机，火焰固定。由于是圆盘，在同样的功能下结构可以做的紧凑，所以设备成本最小。二为双层转盘式，分别为制品层和火盘层，制品在作公转和自转时，火盘层跟着制品作同步公转。这样制品在烘口及上侧的抛光过程中，火焰始终跟随，保持火焰的效率，稳定性最好。不足的是结构庞大，中间的旋转配气混合系统要求高，仅适合大规摸生产的玻璃制品。


    根据玻璃制品火焰技术运用的原理，结合最新的机械及控制技术，为了高效、高质的生产玻璃制品，开发能适应不同玻璃制品需求的火焰机械设备显得非常重要。可以看到应在下面几个方面做出努力：a，烧口制品增加划线工序，提高爆口的质量。b，带式烘口抛光机发展随动火头，保持制品和火头的相对精度。c，单圆盘式采用最新的转盘驱动定位技术，做到转位时间尽可能短，定位精度高，火盘加烧枪组合抛光，减少新的热应力，减低能耗。d，对异型玻璃制品，研发跟制品形状相似的抛光头机构。德国瓦尔特公司已推出CNC控制的烧枪。e，对大量手工制品，开发高效、低价的割口、烘口、抛光多工位机械，上海晖弘公司已推出这样的一体机，用机器来保证玻璃制品火焰处理的均匀、稳定。

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