噴霧鋼化玻璃技術(shù)的研究進(jìn)展及驗(yàn)證

【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(jié)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(fù)雜性，其換熱機(jī)理與噴氣淬冷鋼化不同，受多種因素的限制，所以實(shí)現(xiàn)噴霧淬冷鋼化有著很大的技術(shù)難度。本文對(duì)幾種鋼化玻璃技術(shù)進(jìn)行了分析和比較，尤其對(duì)噴霧鋼化技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的探討，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了噴霧鋼化的可行性。

　　噴霧淬冷玻璃具有節(jié)能降耗、降低噪音和降低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)，Sozbir N開展了多噴嘴的噴霧淬冷鋼化玻璃試驗(yàn)，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(xiàn)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(duì)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(nèi)部的應(yīng)力分布，應(yīng)力在厚度方向的分布決定了鋼化的成敗，而應(yīng)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(dǎo)致玻璃在鋼化過(guò)程中炸裂或鋼化后的玻璃表面出現(xiàn)風(fēng)斑。圖1給出了玻璃表面?zhèn)鳠岱植�，可見玻璃表面的熱傳遞非常不均勻，并且玻璃的殘余應(yīng)力也不均勻。由此可見，鋼化玻璃應(yīng)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(duì)淬冷過(guò)程進(jìn)行研究，改善換熱系數(shù)均勻性。

　　圖1玻璃表面?zhèn)鳠岱植紙D

　�。�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(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)淬冷過(guò)程中，噴霧時(shí)間越長(zhǎng)，鋼化效果越好，針對(duì)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(shù)據(jù)圖2所示，其液霧粒徑分布在9～63 mm的區(qū)間內(nèi)，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(shù)分布的不均勻，并且霧滴均勻性對(duì)熱表面溫度均勻性的影響非常大。

　　圖2噴嘴噴霧圖像及液滴尺寸分布

　　噴嘴數(shù)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(jié)構(gòu)、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。

　　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，可見噴嘴距離越小，濃度越均勻。因此，換熱系數(shù)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。

　　圖4噴霧干涉示意圖

　　由此可見，在噴霧冷卻過(guò)程中，噴霧淬冷鋼化的換熱系數(shù)很大，需要找到相互合理匹配的噴嘴個(gè)數(shù)、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(yàn)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(yàn)裝置及過(guò)程：所用試驗(yàn)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、管路和閥門組成。

　　圖5噴霧鋼化冷卻玻璃系統(tǒng)試驗(yàn)圖

　�。�2）結(jié)果與討論：首先是噴嘴與玻璃之間的距離對(duì)鋼化效果的影響，將噴霧的流量設(shè)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(duì)玻璃進(jìn)行噴霧淬冷，用釘子敲擊玻璃的中心位置。工況見表1。各工況玻璃破碎情況見圖6、圖7和圖8。

　　表1玻璃不同噴嘴間距淬冷時(shí)的工況

　　圖6工況1玻璃破碎圖

　　圖7工況2玻璃破碎圖

　　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。可見，在本文試驗(yàn)條件下，噴霧距離越小，鋼化效果越好。

　　其次是玻璃厚度對(duì)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(duì)比見表2。

　　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，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(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果，對(duì)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(yīng)力分布與冷卻過(guò)程有關(guān)，所以需要對(duì)鋼化過(guò)程進(jìn)行深入研究，但由于噴霧冷卻本身的復(fù)雜性和玻璃材質(zhì)的特殊性，利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂赡苁且环N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(shù)、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(yàn)驗(yàn)證了噴霧鋼化的可行性。試驗(yàn)結(jié)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。