浮法玻璃生产线的主要电气控制技术
浙江省交通规划设计研究院(310006杭州市环城西路89号)
李勇伟（国家注册电气师,国家注册监理师,高工）
一、概述
随着国内经济的飞速发展，城乡居民生活水平的不断提高，对平板玻璃需求的数量和质量也不断提高。众所周知，由于玻璃具有透明的特点，使它获得了十分广泛的用途。过去平板玻璃制造的方法主要是以下两种，窗玻璃法和压延磨光法。窗玻璃法，顾名思义就是用作一般住宅的窗玻璃用，因它是用有槽、无槽、平拉以及旭法生产的，这种玻璃具有自然光泽的表面，但由于其成型方法固有的原因，使制得的玻璃很难避免波筋和条纹等缺陷，使得通过玻璃观察的物体产生了畸变现象，限制了这种玻璃的用途。为了满足汽车、飞机和建筑等的需要，只能再通过研磨抛光处理，这是很不合理的。压延、磨光玻璃法，是指玻璃液经过无花纹的上下两个钢辊滚压成型，退火的玻璃再经研磨抛光制得机械磨光玻璃。由于压延玻璃是经滚压成型的，大大降低了它的透明度。一般只适用于卫生间和不希望室外能看见室内的建筑。
这种经研磨抛光的玻璃表面平整而无波筋，质量优美，过去被广泛应用于高级建筑和汽车等。但由于它建设投资大、生产成本高，因此也限制了它更普遍的使用。许多科技工作者，就设想将上述两种工艺方法的优点综合起来，发明一种生产质量优异而价格又便宜的平板玻璃的方法，来满足日益扩大的需求。
二、浮法工艺的产生和发展
英国皮尔金顿(Pilkington)平板玻璃兄弟有限公司的阿拉斯塔·皮尔金顿，于1952年一次偶然的机会，看到一层油漂浮在水面上，于是这种浮法的设想就在他的脑子里产生了。该公司根据这一设想，于1953年开始着手试验。据报道该公司集中了大批科技人员，经过七年多的不断努力，花了400万英镑的巨资，终于发明了一种生产平板玻璃的革命性方法—浮法工艺。用该方法生产的平板玻璃称为浮法玻璃。它是因熔化后的玻璃液漂浮在熔融锡液表面获得抛光成型而得名的。
浮法制得的玻璃表面平整而无波筋，与机械磨光玻璃相比较，只要有以下六个优点：1：建设快。一般只需一年时间。2：投资省。只需相同规模的双面连续磨光玻璃线的一半。3：质量好。浮法玻璃的平整度、平行度、透光度完全可与机械磨光玻璃相媲美，而机械强度和热稳定性等却要比机械磨光玻璃好。4：产量高。产量主要取决于熔窑的熔化量和玻璃带成型的拉引速度。国外浮法玻璃生产线的熔窑熔化量为400~900t/d,而我国的一般为200~700t/d。5：成本低。比机械磨光玻璃低得多，基本与普通窗玻璃接近。6：品种多。用浮法可以生产0.55~25mm的优质平板玻璃；而机磨很难生产薄于4mm玻璃。同时，浮法还可以生产各种本体着色和在线镀膜玻璃。
由于浮法工艺具有明显优点，所以使用磨光玻璃的地方，绝大部分已被浮法玻璃取代了。英国皮尔金顿玻璃公司，通过自建和出售专利使用许可证，占领了全世界36个国家和地区，建成投产了近200条浮法玻璃生产线。
但是，唯独我国的浮法工艺技术是在独立自主、自力更生下发明成功的。在60年代中期，我国曾派代表团去英国皮尔金顿玻璃公司考察，洽谈购买浮法专利事宜，但该公司当时认为中国建浮法玻璃生产线为时过早。因此，当时的建材部决定组织自己的科技力量进行试验研究。差不多也用了7年时间，经过实验室的小型试验、中间工业性试验和生产性试验三个阶段，成功地生产出了浮法玻璃。1981年4月通过了国家级技术鉴定，获国家发明二等奖。由于该生产试验线是在洛阳玻璃厂试验成功的，故定名为“洛阳浮法玻璃工艺”。并已获得国际公认。自此，我国的玻璃工业取得了长足的发展，从80年代后期开始，我国的浮法玻璃工艺技术，已向发展中国家出口。中国新型建材杭州设计研究院是“洛阳浮法工艺”的主要发明单位。
三、浮法玻璃生产线
玻璃原材料经过制备、电子称量及混合、玻璃熔窑熔化、锡槽浮法成型、退火窑退火后输送到冷端切割包装，完成玻璃生产过程。
1：原料工艺及控制
原料质量的优劣是关系到浮法玻璃生产能否优质高产的关键。玻璃化学成分主要氧化物是氧化硅、氧化钠和氧化钙，此外还有氧化铝、氧化镁和微量的氧化钾。所以其原料主要为硅砂、长石、白云石、石灰石、纯碱、芒硝、碳粉等。原料均化系统由矿山开采、厂内储存、原料加工、配合料制备四大环节构成。
玻璃配合料的制备包括配料和混合两个工艺过程。称量方式可以采用“增量法”，即称完一次料，将料卸出；也可采用卸料时计量，即：减量法。
目前现代化的玻璃配料系统均采用多级计算机完成配合料制备的过程控制。一般下位采用高智能配料控制装置，如瑞士的梅特勒·托利多、德国的飞利浦公司产品等。功能强大的上位控制系统，实时显示配料全过程，原料成分分析、计算，采集和存储生产数据，故障报警，操作指令输出，与上一级工厂综合管理计算机联网。另外PLC可编程控制器在整个集散系统中担负重要作用，即除称量过程外，大部分配料制备的时序动作是由它来完成的。
要使配料完成后的混合料均匀，必须经过混合，强制式混合机又是其中的关键设备，采用PLC控制，并可实现自动定量加水和蒸汽。但其中不宜直接加入碎玻璃，故一般碎玻璃都加到输送到熔窑料仓皮带输送机的混合料上，容积法、称量法均可。
碎玻璃是起引子的作用，有它才能生产出玻璃来。所以对最早玻璃的来源，与先有鸡还是先有蛋的猜测一样，就有了许多的猜测和传说。
2：玻璃熔窑及控制
原料在熔窑内熔化，形成玻璃液。熔窑是玻璃工厂的心脏。熔窑热点区的最高温度可达1600℃或更高。熔窑的熔化量目前可达700~900t/d，窑龄在6~8年以上。熔窑从前往后，分别是投料池，熔化部（熔窑的关键，其结构包括大碹、碹碴、胸墙、池壁、池底、钢结构），卡脖、冷却部。小炉和蓄热室是熔窑结构的重要组成部分。小炉是使气体或液体燃料流和助燃空气流各自以一定合适的速度喷向熔窑空间，边混合，边燃烧的装置。蓄热室是一种热回收装置。另外，烟道和烟囱是熔窑的排气系统。
配合料在熔窑中熔成玻璃的过程，需要大量的热量。其燃料主要采用高热值燃料—重油和天然气。还有发生炉煤气。燃烧器的设计选型及其布置安装方式，不仅直接影响玻璃的熔化效率，对节能和操作维修都有直接关系。
利用人工控制和自动控制手段，维持合理的熔化温度曲线，保证有稳定的温度、稳定的窑压、稳定的液面和稳定的泡界限是熔化操作的重要任务。目前，国内的浮法熔窑大都采用DCS控制系统（一般都是与锡槽、退火窑等共用一套热端DCS系统），按照最佳作业条件对熔化中多因素的变化的全过程实行自动控制和监视。其组态软件有和力时、贝利、霍尼韦尔等公司的产品。另装备工业电视系统，用以观察窑内火焰形状和变化以及配合料熔化情况。
熔窑的控制系统有：
①投料方式与液面控制。主要方式有铂金针式玻璃液位测量及调节系统；光电式玻璃液位测量及调节系统；气动式玻璃液位测量及调节系统；图象分析式玻璃液位计。
②熔窑燃烧控制。碹顶温度、玻璃液温度、烟气中氧含量等热工参数的检测；燃油系统（整个系统具有自动温压、温度控制、粘度测量以及自动调节流量和换向等功能）；雾化系统；助燃空气系统；成型区玻璃液温度微调系统。
③压力的检测和控制。
④换向系统。
⑤冷却风系统。
3：锡槽及玻璃成型控制
锡槽是浮法玻璃生产最关键的热工设备。它是盛有锡液的矩形或前宽后窄中间收缩的喇叭型槽子。因为锡液在高温下极易氧化，所以锡槽空间必须充满防止锡液氧化的保护气体（氮氢混合气），并保持微正压；同时，必须采取严格的密封措施和不断补充新鲜的保护气体。锡槽不能用普通燃料加热，而只能用电加热。锡槽的可调性是指锡槽的纵向和横向的温度调节、玻璃液流量、保护气体用量及其配比、以及玻璃带在锡槽中的形状和尺寸的控制等等。
锡槽的工艺分区为抛光区；预冷区；拉薄（或增厚）成型区；冷却区。
优质的熔融玻璃液由熔窑末端经流液道和流槽，然后进入锡槽。此时，玻璃液温度约为1050℃，相应的粘度为1000Pa·s，玻璃液在重力和表面张力共同作用下，逐渐摊开展平，约经1min，便能形成表面平整、光洁如镜的玻璃带。此时，如果无其它外力作用，对钠钙硅玻璃而言，其最终厚度约为7mm，称为浮法玻璃的平衡厚度。如果有其它外力作用，则可根据施加于玻璃带上力的方向及其大小的不同，获得需要厚度的浮法玻璃。一般采用机械拉边法，在玻璃带适当位置设置若干对拉边机，对玻璃带两边施加横向拉力，同时适当加快玻璃带拉引速度把玻璃拉薄。拉制玻璃越薄，使用的拉边机台数越多。玻璃带需在锡槽内冷却到600℃左右，才能离开锡槽，进入过渡辊台和退火窑。
4：退火窑及电气控制
玻璃退火的目的是消除玻璃制品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。内应力，是由不均匀的冷却条件所产生的。将玻璃置于退火温度下，进行热处理和采取适宜的冷却制度，这种内应力可以减少或消除。
目前国内外的退火窑，主要是砖结构和钢结构退火窑。而且均采用隧道式辊道退火窑，玻璃带由辊道支承，并随着辊道的转动前进。窑内设置加热、冷却装置。
退火窑的工艺分区为加热均热预退火区（A区）；重要冷却区（B区）；冷却区（后退火区，C区）；过渡区（D区）；热风循环强制对流冷却区（Ret区）；自然冷却区（E区）；室温风强制对流冷却区（F区）。
退火窑各点温度均采用双支热电偶进行测量，这是为了避免测量显示干扰控制而设置的。A、B、C区的温度控制系统设置有加热和冷却两种功能，这与一般温度调节系统有所差别。D、E区既无加热也无冷却装置。Ret区是利用窑内的热空气，配以一定量的新鲜室温空气，通过风机将一定温度的热空气重新喷吹在玻璃带上。F区是利用车间内的室温空气，通过控制冷却风量直接喷吹在玻璃带上。
退火窑辊道及其传动装置的作用主要是运送玻璃带，在退火窑内进行徐徐退火，并与锡槽内拉边机等设备相配合。按产品板厚要求，连续平稳地拉引锡槽内的玻璃带。目前的传动控制系统一般都是采用交流变频调速的最新技术来实现的 |
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