摘要：钢化玻璃又称安全玻璃，在建筑行业和日常生活中应用广泛，随着我国经济的不断快速发展，人们对玻璃制品的需求量和需求面越来越大。然而，玻璃在钢化的时候需要消耗大量电能，因此钢化设备节能与否就成为用户选择设备时的主要指标，也成为广大钢化设备制造商迫切需要解决的问题。玻璃钢化机组节能的方法有很多，为此，主要介绍一种新的钢化玻璃工艺—“通过式冷却玻璃钢化工艺”。所谓通过式是相对于玻璃在风栅内往复摆动冷却钢化而言的。
关键词：钢化玻璃；通过式；有效钢化时间；钢化工艺
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.13.090
1 钢化玻璃应力的形成
钢化玻璃是通过将玻璃加热至玻璃的软化温度（590℃～620℃）后快速均匀冷却两表面，使得玻璃表面形成预应力系统，从而提高玻璃的机械强度。钢化玻璃的应力是怎样形成的呢？我们先来看一下玻璃的一个特性：在冷却状态，即应变点以下有一般的固体特征，是弹性体；在热态下（软化点以上）有液体特征，是粘性体，但在某一温度范围内，即在应变点和软化点之间，却是液、固态特征共存，是粘弹体。钢化就是利用软化点附近的特性。
玻璃加热到软化点温度附近时，由于处于粘弹性范围，而粘性成分多于弹性，即使存在温差，由于分子重排运动也不会形成任何热应力。如果玻璃两面突然受到冷却，此时表层要收缩，但受里层的约束，所以表层应该处于张应力，但由于粘弹范围，此时的张应力被瞬间松弛，因此不会破坏；但当表层由于冷得快先固化后，中间层开始收缩时，则会受到已经固化的表面的牵制作用，因此会使表面处于压应力状态，内部处于张应力状态与之平衡，并最终形成应力平衡体系。
2 有效钢化时间
有效钢化时间是指玻璃钢化时表面和中间建立其最大温度梯度所需要的时间，是在钢化冷却的前几秒钟完成的。要深入了解有效钢化时间我们先来研究钢化冷却时间对应力形成的影响，如图1所示。
从图中可以看出玻璃在不同的钢化温度下冷却时，都是到达6～7秒钟，表面和中间温差达到最大值，意味着后续的冷却对最终钢化应力的形成已经不起作用。
由此可以得出结论：钢化冷却的前6～7秒是最终应力形成的关键，后续冷却只是为了把钢化玻璃冷却到可以搬运的温度，所以从节能的角度出发，无须风机始终大风量运行，只需要前6～7秒有足够的冷却，就可以保证钢化玻璃所需要的应力。
图1所示是在6mm厚度玻璃时总结出来的钢化真正的有效时间是前6～7秒，随着玻璃厚度的减小，这个时间也随之变短，所需要的冷却能力（风压）在加大。
3 普通往复式玻璃钢化工艺
来看普通玻璃钢化设备，它有上下片台、加热炉、平冷却风栅、集风箱、风路和风机组成，如图2所示。
玻璃加热到软化温度后，快速出炉，在冷却风栅内往复摆动，风机此时工频运转，使玻璃快速冷却，待到玻璃钢化完成后，风机降至低频运转，将玻璃冷却至搬运温度。根据风机功率的计算公式：P=Q*p/（3600*1000*η0*η1），在风机效率一定的情况下，风机功率跟系统流量Q和钢化所需风压p成正比。系统流量是由冷却风栅的版面大小（产能）所决定的，钢化所需风压主要是由玻璃厚度所决定的。玻璃越薄，所需风压也就越高。
4 通过式玻璃钢化工艺
上述玻璃钢化工艺是使用最广泛的一种，然而在实际生产中我们经常会遇到这样的情况，在钢化薄玻璃且风栅版面大的情况下，一台风机功率不能满足，这时候就需要增加一台同样的风机并联来满足玻璃钢化的需求。并联风机往往会使风机的效率降低，这样既造成设备成本的增加，也会造成电能的浪费。
通过上面关于有效钢化时间的介绍，我们知道在一定的换热系数和钢化温度下，真正钢化的有效时间是玻璃出炉前几秒，后面只是需要将玻璃冷却到搬运温度，所以就衍生出了通过式玻璃钢化工艺，设备如图3所示。
玻璃从加热炉出来之后，首先要经过急冷风栅的高压吹风，然后进入冷却风栅内往复摆动，最终冷却到玻璃搬运温度，玻璃在经过急冷段之后其实钢化已经完成，那么急冷段的长度就是用（玻璃在急冷段的辊道线速度）×（有效钢化所需时间），辊道线速度一定时，急冷段的长度就和有效钢化时间有关系，实际上是跟玻璃厚度有关系，所以急冷段风机功率跟玻璃厚度有很大的关系。在做同样厚度玻璃，同样装载率（产能）的情况下，图3中风机1的功率相比图2中的风机显著降低，而风机2只是起到冷却作用，功率也大大降低。并且风栅版面（装载率）越大，玻璃厚度越薄，此种工艺优势越明显。
用此种工艺可使钢化冷却功耗降低，产能提高，但会对玻璃品质产生影响，风压的突变，势必会产生沿玻璃平面的膜应力，一定程度影响玻璃的平整度。同时，受到散热的影响，该工艺不适用于风栅版面太宽的情况。
5 结论
在钢化薄玻璃，尤其是厚度为4mm及其以下时，通过式冷却的玻璃钢化工艺应用非常广泛，在同样产能的情况下，这种工艺的平均功耗更低。即使它相对于往复式玻璃钢化工艺所做的玻璃品质稍差一些，但在大部分情况下都是可以满足要求的。并且它可以钢化3mm及其以下厚度大版面的玻璃，这些都是在普通往复式玻璃钢化设备上完成不了的。
参考文献
[1]续魁昌.风机手册[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]潘金龙.玻璃工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，1999.