超白玻璃熔窑卡脖处异形水包的开发使用

曾敏 仝争利 周楠

（中建材（宜兴）新能源有限公司 宜兴 214200）

0 引言

随着我国现代化建设的不断发展，对新能源材料的需求进一步提高，光伏玻璃的市场也快速增加［1］。超白压延玻璃作为一种先进的封装盖板材料用于太阳能电池中，在太阳能电池中能起到保护组件、机械支撑和透光散射的作用，是太阳能晶硅组件中不可或缺的关键材料。但超白压延玻璃具有极高的生产难度和科技含量，在玻璃生产过程中出现很小的缺陷都会对生产出的玻璃质量和等级造成极大的影响。

本文结合实际生产工况，通过多次试验并且结合超白压延玻璃温度与黏度的关系，研究探讨生产超白玻璃板存在的化学线道缺陷与玻璃熔窑卡脖处水包的关系，并提出一定的解决方法，为生产优质和稳定的超白压延玻璃提供一定的参考。

1 研究现状及方法

1.1 研究现状

目前，超白玻璃窑炉的保障和维护以及窑炉内部各方面的协调处理是生产高质量超白太阳能光伏玻璃的关键，Beknazarian DV等［2］提出了在燃烧玻璃窑的现代建设中，采用优质耐火材料和多种隔热材料，将其复合成多层隔热板，减少热损失。然而，由于高温物理和化学腐蚀，在使用保温隔热材料时，提高墙体的温度，会使其使用寿命大大降低。这就要求在选定的炉况操作条件下，选择一套最优的保温材料，以最大效率保证窑炉的最大运行寿命。V.Ya.Dzyuzer［3］研究了一种使用空气流出的穿孔表面冷却熔化罐的巴氏-刚玉砖砌体的方法。刘缙等［4］研究了在玻璃熔窑上层液面池壁砖处内贴水包的可行性，并且表明该项技术可以延长池壁砖的使用寿命，增加炉龄及玻璃质量。张红军等［5］研制出了窑炉两侧挡料水包并且成功的减少了偏料，稳定了生产，还有效地减缓了池壁的侵蚀。

1.2 研究方法

本次研究是基于我司现存的250 t/d的超白全氧玻璃熔窑上所进行的，结合文献［6］以及现场实际情况和经验，通过在超白玻璃窑炉卡脖处的多次实验的影响进行研究分析。

2 研究内容与分析

2.1 化学线道的出现及分析

2.1.1 化学线道的出现

化学线道是指玻璃中存在着的尚未均化的、黏度高、表面张力大的玻璃态夹杂物在拉制成形时所形成的明亮、细长的线条缺陷，存在于玻璃表面或玻璃内部。产生原因有使用不同成分的碎玻璃、配合料混合不均匀、配合料成分出差错、大窑中死角处的玻璃液卷入工作流等。我司超白全氧玻璃熔窑经过一段时期的运行以后，发现原片生产线冷端处生产的玻璃原片出现长时间的化学线道。通过一段时间的观察，发现该化学线道的位置基本都处于窑炉两条原片生产线的边侧，故排除了化学线道是因为玻璃使用不同成分的碎玻璃、配合料混合不均匀、配合料成分出差错等原因引起的玻璃缺陷，经取样化验分析，发现边部样品一两取样点SiO2含量分别为73.692%、73.995%，较正常位置SiO2含量超出1.41%和1.71%；样品二两取样点SiO2含量分别为75.069%、75.130%，较正常位置SiO2含量超出2.79%和2.85%，可见化学线道处玻璃成分与正常位置有所不同，SiO2含量偏高，化学线道的成分为硅的聚集物，经过现场多天的排查，最终发现化学线道可能是窑炉中的卡脖水包与池壁间隙处的玻璃液流动带走了水包上凝固的玻璃液所造成的。

2.1.2 化学线道的分析（超白玻璃液黏度与温度的关系）

根据武林雨等［7］所研究的超白浮法玻璃熔化温度与黏度特性对液流影响的分析，可以得出铁含量0.0096%的超白玻璃与铁含量0.122%的普通玻璃，其在玻璃液表面黏度相同的情况下（假设为10），随着深度的提高，温度的下降，玻璃的黏度大不相同，见表1、图1。

表1 两种玻璃在不同玻璃液温度的黏度［7］

从表1以及图1中可以看出，随着玻璃液深度的加大、温度的下降，两种玻璃液的黏度均会上升，但超白玻璃液的黏度梯度远小于普通浮法玻璃，且随着其玻璃液温度的下降，玻璃液的黏度的上升趋势亦不明显。

2.2 卡脖处水包的尺寸与摆放位置

在玻璃窑炉的卡脖处的结构设计中，通常会在卡脖水包和池壁间留有一定的间隙，约25 mm，其作用是避免卡脖水包因为周围的玻璃液不动层的凝结而与卡脖处的池壁砖黏在一起，导致卡脖水包需要清洗时因为凝固难以提起，且当提起卡脖水包时可能因为水包和池壁的凝结问题而对卡脖池壁造成难以预计的伤害。但这种设计方式在超白玻璃熔窑中存在很多隐患，因为超白玻璃液的黏度远小于普通玻璃液，所以超白玻璃液在卡脖水包处并不会形成牢固的玻璃液不动层，随着卡脖处玻璃液高温及流动的侵蚀，会导致该位置池壁受侵蚀变薄致使卡脖水包与池壁之间的间隙扩大，且会因间隙的扩大，卡脖水包侧面的玻璃液流过时会带走一些水包上聚集的富硅相凝聚物（不动层）形成化学线道。

故在生产出的原片长时间出现化学线道时，经过多方面的研究考虑，决定在卡脖水包前方两侧放置两个内贴小水包，如图2所示，其优点是小水包和大水包配合，既容易清洗卡脖水包又可以阻挡大水包与池壁砖的间隙，维护窑炉安全。

2.3 卡脖水包处的漏洞

通过卡脖处小水包的应用，窑炉平稳生产了一段时间。但是，窑炉经过长时间的运行，化学线道重新出现，经过研究发现还是因为超白玻璃液的黏度较低，所以在小水包与卡脖池壁间隙处依旧会存在玻璃液的流动，从而造成卡脖池壁被玻璃液侵蚀的现象，这种现象尤其存在于玻璃液面处（图3）且因超白玻璃液的黏度低，流动的玻璃液依旧会带走水包上凝聚的不动层（其主要成分为硅），致使玻璃因为各部分成分不均匀，从而继续出现化学线道的现象。

2.4 卡脖小水包的改进

玻璃原片中化学线道产生的原因是由于窑炉常年使用，池壁（尤其为液面处）被严重侵蚀，导致卡脖水包与池壁处间隙变大，间隙处玻璃液流动从而带走了原附在卡脖水包上的玻璃液不动层，致使玻璃各部分成分不均匀，导致生产的玻璃板硬度存在差异，从而出现了化学线道且打边不良落板的现象。根据探讨研究考虑调整两侧小水包的形状，在其下部制作半圆型凸起以配合被腐蚀的池壁砖，如图4所示。

在使用了异形水包后，生产出的玻璃原片的化学线道缺陷明显好转并消失。在使用异形水包一段时间后，实测了卡脖边部受侵蚀部位的池壁砖厚，发现受侵蚀部位池壁砖厚度几乎和使用前一样。由此进一步证明在卡脖水包边部加异形水包能够起到保护池壁砖减缓其受玻璃液侵蚀且阻断边部玻璃液流动的目的，达到了预期的效果。

3 结论

通过实际的生产情况以及多次的窑炉试验，可以得出：

（1）超白玻璃窑炉生产原片出现化学线道缺陷可能是因为超白玻璃液的黏度远小于普通玻璃液黏度，故其在卡脖水包处难以形成稳定的不动层，而且有可能随着玻璃液的流动带走卡脖水包周围一些凝固的冷玻璃，致使玻璃液局部成分不均匀，导致生产的玻璃板硬度存在差异，造成了化学线道的现象。

（2）随着窑炉长时间的使用以及玻璃液的流动侵蚀池壁砖，窑炉维护工作十分重要，要调整使用最优的方案以应对实际生产中的各种情况。

（3）在卡脖水包两侧前加装小型异形水包的确可以改善并解决此处导致的化学线道的发生，但需要根据窑炉的实际情况研究并改进异形水包，来达到维护窑炉安全且平稳生产的目的。