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噴霧鋼化玻璃技術(shù)的研究進(jìn)展及驗證

來(lái)源: 玻璃雜志 作者: 劉風(fēng)肖 田亮等 2019/10/18 15:29:28

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中玻網(wǎng)】與化學(xué)鋼化和物理鋼化方法相比,噴霧鋼化玻璃具有節能降耗、降低噪音和降低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)。但由于噴霧本身的復雜性,其換熱機理與噴氣淬冷鋼化不同,受多種因素的限制,所以實(shí)現噴霧淬冷鋼化有著(zhù)很大的技術(shù)難度。本文對幾種鋼化玻璃技術(shù)進(jìn)行了分析和比較,尤其對噴霧鋼化技術(shù)進(jìn)行了詳細的探討,并在此基礎上通過(guò)試驗驗證了噴霧鋼化的可行性。

  噴霧淬冷玻璃具有節能降耗、降低噪音和降低成本等一系列優(yōu)點(diǎn),Sozbir N開(kāi)展了多噴嘴的噴霧淬冷鋼化玻璃試驗,采用的是噴氣淬冷過(guò)程中加入噴霧的方式,證明了加入噴霧的有效性和噴霧淬冷鋼化的可行性。但真實(shí)實(shí)現玻璃噴霧鋼化在理論上和技術(shù)上還存在一定的難度,本文對噴霧淬冷鋼化過(guò)程的影響因素進(jìn)行綜述與分析。

 。1)鋼化過(guò)程的影響因素:溫度梯度決定了玻璃內部的應力分布,應力在厚度方向的分布決定了鋼化的成敗,而應力沿鋼化玻璃表面的二維分布則決定了其鋼化質(zhì)量。在風(fēng)冷過(guò)程中,噴嘴排布的間距、高度、風(fēng)壓、風(fēng)量之間匹配不合理會(huì )導致玻璃在鋼化過(guò)程中炸裂或鋼化后的玻璃表面出現風(fēng)斑。圖1給出了玻璃表面傳熱分布,可見(jiàn)玻璃表面的熱傳遞非常不均勻,并且玻璃的殘余應力也不均勻。由此可見(jiàn),鋼化玻璃應力分布與冷卻過(guò)程有關(guān),因此若想獲得質(zhì)量好的鋼化玻璃,就要對淬冷過(guò)程進(jìn)行研究,改善換熱系數均勻性。

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  圖1玻璃表面傳熱分布圖

 。2)噴霧冷卻影響因素:噴霧冷卻是鋼化過(guò)程中的影響因素之一。Sozbir N在噴霧淬冷鋼化玻璃試驗中發(fā)現,在整個(gè)淬冷過(guò)程中,噴霧時(shí)間越長(cháng),鋼化效果越好,針對2 mm的薄玻璃,噴霧時(shí)間僅控制在0.2 s,且絕大部分冷卻時(shí)間仍然是噴氣淬冷。由其公布的數據圖2所示,其液霧粒徑分布在9~63 mm的區間內,跨度非常大且分布不均勻,霧滴的不均勻直接影響玻璃表面換熱系數分布的不均勻,并且霧滴均勻性對熱表面溫度均勻性的影響非常大。

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  圖2噴嘴噴霧圖像及液滴尺寸分布

  噴嘴數目是影響噴霧均勻性的主要因素之一。與單噴嘴相比,多噴嘴噴霧液滴速度和粒徑分布更均勻。如圖3所示,模擬比較了同一噴嘴不同壓力下的霧化效果,壓力為8 MPa時(shí),霧化效果較好。因此,采用多噴嘴結構、大的霧化壓力和工質(zhì)流量有利于多噴嘴協(xié)同工作時(shí)的液滴均勻分布,使熱表面均勻冷卻。

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  圖3不同霧化壓力場(chǎng)模擬圖

  噴霧淬冷過(guò)程中有關(guān)噴嘴間距和噴霧高度方面,如圖4所示,可見(jiàn)噴嘴距離越小,濃度越均勻。因此,換熱系數分布與噴嘴排布形式和噴霧高度相關(guān),采用小的噴霧間距和較佳噴霧高度使熱表面均勻有效率的冷卻。

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  圖4噴霧干涉示意圖

  由此可見(jiàn),在噴霧冷卻過(guò)程中,噴霧淬冷鋼化的換熱系數很大,需要找到相互合理匹配的噴嘴個(gè)數、噴嘴間距、霧化壓力、工質(zhì)流量、噴霧高度和氣液比,以保證噴嘴的霧化特性,保證玻璃熱表面均勻冷卻。

  本文通過(guò)試驗的手段研究了小尺寸平板玻璃在氣動(dòng)霧化淬冷的條件下的鋼化的情況,證實(shí)了噴霧淬冷鋼化玻璃的可行性。

 。1)試驗裝置及過(guò)程:所用試驗裝置如圖5所示,由加熱爐(馬弗爐)、氣泵、水罐、玻璃支架、氣動(dòng)噴嘴、管路和閥門(mén)組成。

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  圖5噴霧鋼化冷卻玻璃系統試驗圖

 。2)結果與討論:首先是噴嘴與玻璃之間的距離對鋼化效果的影響,將噴霧的流量設置為0.024 6 kg/min,采用425 mm、325 mm和225 mm三種不同的噴霧距離(噴嘴到玻璃表面的距離)對玻璃進(jìn)行噴霧淬冷,用釘子敲擊玻璃的中心位置。工況見(jiàn)表1。各工況玻璃破碎情況見(jiàn)圖6、圖7和圖8。

  表1玻璃不同噴嘴間距淬冷時(shí)的工況

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  圖6工況1玻璃破碎圖

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  圖7工況2玻璃破碎圖

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  圖8工況3玻璃破碎圖

  從圖6、圖7、圖8中可以看出,工況1未鋼化成功,工況2屬于半鋼化,工況3屬于完全鋼化。從工況1到工況3,碎片面積逐漸減小,且分布越來(lái)越均勻,鋼化效果越來(lái)越好?梢(jiàn),在本文試驗條件下,噴霧距離越小,鋼化效果越好。

  其次是玻璃厚度對鋼化效果的影響,玻璃破碎情況如圖9所示。工況4與工況3情況對比見(jiàn)表2。

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  圖9工況4玻璃破碎圖

  表2玻璃不同厚度淬冷時(shí)的工況

  如圖8、圖9所示,在相同噴霧距離下,5 mm厚度的玻璃破碎情況與4 mm厚度的玻璃破碎情況相比,碎片率要高,鋼化效果更好。由此可見(jiàn),在相同噴霧條件下,玻璃厚度越大,鋼化效果越好。

  基于目前國內外相關(guān)研究結果,對鋼化過(guò)程中的影響因素和噴霧冷卻影響因素進(jìn)行綜述與分析,得出鋼化玻璃的應力分布與冷卻過(guò)程有關(guān),所以需要對鋼化過(guò)程進(jìn)行深入研究,但由于噴霧冷卻本身的復雜性和玻璃材質(zhì)的特殊性,利用試驗結果對其建立經(jīng)驗模型可能是一種更加符合實(shí)際的方法;在噴霧過(guò)程中,需要找到相互合理匹配的噴嘴個(gè)數、噴嘴間距、霧化壓力、工質(zhì)流量、噴霧高度和氣液比,以保證玻璃表面均勻冷卻;此外,通過(guò)試驗驗證了噴霧鋼化的可行性。試驗結果表明,噴霧距離越小,鋼化效果越好;在相同噴霧條件下,玻璃厚度越大,鋼化效果越好。

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