光伏玻璃原板生產(chǎn)過程中線條缺陷產(chǎn)生原因及解決方案

林加富

（臺玻福建光伏玻璃有限公司 漳州 363213）

0 引言

“十四五”規(guī)劃提到在“十四五”期間將大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)且要實現(xiàn)單位GDP產(chǎn)值能耗的下降。光伏玻璃作為光伏行業(yè)的上游耗材部分，具有玻璃行業(yè)高能耗的特點［1］。各大光伏玻璃企業(yè)通過對自有窯爐進行重新設(shè)計建造或者改造提升產(chǎn)能以降低能耗，如：①單體窯爐熔化量的擴大，即設(shè)計熔化量從早期的馬蹄焰一窯一線150 t/d提升至1200 t/d一窯多線橫火焰窯結(jié)構(gòu)；②全氧窯結(jié)構(gòu)，采用純氧助燃，節(jié)能的同時還有利于環(huán)保；③窄卡脖設(shè)計結(jié)構(gòu)，借鑒馬蹄焰窯的流液洞設(shè)計；④全窯梯度保溫及爐內(nèi)硅磚噴涂紅外熱輻射涂料等。在降低能耗的同時，光伏玻璃品質(zhì)的提升一直是業(yè)內(nèi)關(guān)心的主旨，因產(chǎn)品質(zhì)量的提升在一定程度上亦可以降低單位重量箱玻璃之能耗。［2］

光伏玻璃現(xiàn)多為壓延法制造，即通過一對上、下輥在一定的壓力下連續(xù)輥壓成型，因而其產(chǎn)生缺陷類型有別于浮法玻璃。本文就其中一種板面線條缺陷作相關(guān)的分析，提出改善建議。

1 玻璃板面出現(xiàn)線條缺陷及表征

2020年9月，某公司在原有熔化量560 t/d窯爐上冷修技改為650 t/d一窯四線光伏窯爐，為降低成本，技改僅就卡脖結(jié)構(gòu)及全窯保溫做了局部調(diào)整。在正常投產(chǎn)運營2個月后，適逢市場價格大好，超標提升到680 t/d熔化量。但11月15日凌晨在1#線、4#線靠外側(cè)玻璃板上表面首先出現(xiàn)線條缺陷，線條方向與玻璃流向一致，寬度1～2 mm，深度為0.05～0.1 mm，有數(shù)十條之多，肉眼觀察明顯，初期為邊部出現(xiàn)，后續(xù)擴散到整個板面，在出現(xiàn)2 h后，中間2#、3#線亦同時出現(xiàn)，4條線整個玻璃板面線條情況在緊急措施后持續(xù)約7 h，出現(xiàn)了大量的廢玻璃，嚴重影響當日玻璃成品率。

線條出現(xiàn)的同時，玻璃板伴隨出現(xiàn)以下幾個現(xiàn)象：

①切割出現(xiàn)不良，橫切后玻璃未進行頂分即自行斷裂，或者不沿切刀線斷板、縱切自斷邊等，整體板面呈波浪彎，且彎曲度嚴重超標等。多次調(diào)整退火窯溫度制度均無效。

②玻璃缺陷氣泡、結(jié)石升高，引發(fā)壓延上輥傷、麻點增多情況出現(xiàn)。

③在窯爐溢流口處通過耙子撥料可改變玻璃上線條缺陷分布，但停止撥料后缺陷隨即在同一位置再次出現(xiàn)。

④窯爐底部溫度在線條出現(xiàn)前8 h持續(xù)掉溫，池底掉溫最高點達17 ℃。

⑤因光伏玻璃上表面為絨面結(jié)構(gòu)，下表面為花紋結(jié)構(gòu)，故線條在上表面出現(xiàn)時異常明顯，外觀品質(zhì)判定不合格。

2 原因分析

排除法是較為常用的查找并解決玻璃出現(xiàn)缺陷問題的方法。對線條缺陷處取樣進行相關(guān)成分化學(xué)分析，結(jié)果見表1。

表1 線條缺陷樣品化學(xué)分析結(jié)果

線條位置含鐵量、氧化鋁、二氧化硅含量增高，玻璃密度小于正常玻璃密度，密度變化約26×10-4g/cm3，大幅超過密度極差±10×10-4g/cm3的要求［3］，意味著可能出現(xiàn)熔化、均化不良，料方污染或錯誤，甚至跑料等情況，且該缺陷持續(xù)時長過長，玻璃在退火窯處應(yīng)力紊亂，自動破板?；谏鲜霈F(xiàn)象，初步判定可能由以下幾種原因引發(fā)：

2.1 玻璃熔爐內(nèi)均化不良

因?qū)嶋H拉引量高于設(shè)計拉引量約13%，玻璃表層流速高于原流速，且在短時間即達到最高拉引速度，窯爐內(nèi)出現(xiàn)泡線后移，泡沫覆蓋面積過大導(dǎo)致熱點不突出，玻璃在熱點位置沒形成回流，投料流直接進入了澄清區(qū)并隨之流向工作部。

現(xiàn)象表征：①投料口池底溫度持續(xù)下降，在增加燃料的情況下，反而出現(xiàn)碹頂升高，各爐池底至澄清部底部溫度下降；②泡線末端從原5#小爐位置拉到6#小爐位置，泡呈致密且薄狀，泡層遠移，意味著料堆下層熔化減慢，泡沫區(qū)含有未熔化完全石英砂粒，易發(fā)生“跑料”事故。

由于是舊窯冷修，原料系統(tǒng)未進行大的整修，僅進行除銹后沿用，在投產(chǎn)初期設(shè)備制程鐵、原料鐵含量不穩(wěn)定，整體玻璃含鐵量的波動有時可達到（±20×10-6），在鐵含量升高時，遮蔽了火焰對池底的加熱能力，導(dǎo)致了池底的持續(xù)降溫，以底部整體降溫情況來看，不動層增多，玻璃液沒有足夠的空間對流，加之超白窯爐玻璃黏度低流動速度快，最終引發(fā)均化不良，玻璃未進行更多的對流交換就被牽引出來。

此次技改后，卡脖變窄，可能在澄清區(qū)末端靠外側(cè)池壁玻璃液拐角表面不動層和對流較弱的區(qū)域堿性組分揮發(fā)嚴重，造成玻璃表面局部富硅鋁，這些不動層受到擾動后就會沿著玻璃液流向進入玻璃液形成富硅鋁線條，這也是可能原因之一。［4-6］

2.2 原料中Al 2O 3含量異常

在發(fā)生線條缺陷前，每周例行檢驗玻璃成分，檢測到玻璃中Al2O3含量從0.9%到1.15%波動，甚至最高波動到1.30%，設(shè)定標準值則為1.05%。究其原因：硅砂存在細粉含量13%～15%情況（細粉含鐵高，含泥多），造成混料不均情況出現(xiàn)（與純堿粒度配合度差）；另外，因使用的硅砂為高嶺土洗砂工藝制砂，砂中常有泥團出現(xiàn)，不可避免地會混入鋁土等物質(zhì)，對部分泥團進行檢驗，相關(guān)成分見表2。

表2 部分泥團砂樣品化學(xué)成分

更有甚者，在某批次柜中檢驗出現(xiàn)了Al2O3含量高于30%的鋁土團，雖立即進行了隔離，但可能仍有極少部分流入均化庫，因而鋁土泥團污染亦可能引發(fā)玻璃線條缺陷的情況出現(xiàn)。

初期為消化庫存高鐵位（100×10-6）白云石與低鐵位進行60×10-6進行混合使用。這些原料因素都可能導(dǎo)致玻璃上產(chǎn)生線條［7，8］。

2.3 玻璃池窯耐火磚材影響

此前，玻璃窯爐冷修時，在窯爐池壁工作部拐角位置，有池壁縫存在綠色玻璃液的情況，且外部高鋁保溫磚已被玻璃液侵蝕，池壁縫無法得到有效冷卻，致使玻璃液流出，侵蝕高鋁保溫磚，并出現(xiàn)與玻璃液對流交換的情況，此情況亦可能在玻璃上產(chǎn)生線條缺陷。在排查此項影響時，拆除高鋁保溫磚的過程中，確實發(fā)現(xiàn)玻璃液已滲出。拐角保溫結(jié)構(gòu)及玻璃液與高鋁保溫磚反應(yīng)池壁情況如圖1～圖3所示。

圖1 池壁俯視實景

圖2 池壁內(nèi)側(cè)

圖3 池壁外側(cè)

圖1中，玻璃液滲出與保溫磚反應(yīng)，超白玻璃已完全呈綠色，變成高鐵料。圖2中，高鋁保溫磚與玻璃液反應(yīng)熔化滲出，因高鋁磚鐵含量高，池壁縫有綠色玻璃液。圖3中外部拐角高鋁保溫磚與池壁縫處未留冷卻縫，已進行局部拆除。

2.4 烤窯影響

投產(chǎn)時在投料口架設(shè)烤窯用天然氣槍，整體投料口由黏土保溫磚砌筑并加蓋保溫硅鈣板，在烤窯完成后，部分黏土磚掉落進窯爐內(nèi)，因黏土磚密度小于玻璃液，故可以在未加卡脖水包前飄到溢流口，在溢流口處不斷產(chǎn)生線條灰線，易造成誤判線條情況，后經(jīng)撈磚作業(yè)后改善。該類線條一般出現(xiàn)在固定位置，不會擴散，且板面應(yīng)力正常，切割正常。

3 采取的措施

（1）及時降低拉引量至630 t/d，正對卡脖出口的中間線優(yōu)先降低。冷修時未對窯爐結(jié)構(gòu)進行大幅調(diào)整前，窯爐熔化率原1.84 t/（m2·d）直接提升到2.24 t/（m2·d），熔爐熔化能力不足，過于勉強，后續(xù)為配合大熔化量，適時改變配方，如增加碎玻璃、增加純堿等以利于熔化。

（2）當即停用含有泥團的硅砂，嚴格規(guī)范硅砂細粉，小于125目嚴格要求低于10%的比例，并嚴格要求硅砂綜合樣的含鋁量低于0.3%。該批硅砂后續(xù)計劃按3∶7的比例與正常合格硅砂進行混用。

（3）及時拆除拐角處壓縫的高鋁保溫磚，并增加拐角處冷卻池壁方法，如進行吹風(fēng)或者用銅管滴水冷卻。

（4）增大窯爐內(nèi)1#、2#小爐熱負荷，單小爐用油量從780 kg/h，提升至＞830 kg/h。

（5）在溢流口邊部觀察孔增設(shè)伸入窯內(nèi)擋玻璃液水包，水包以40 mm×40 mm無縫方管制成，浸沒玻璃液深約20 mm，呈外八字形，將表面玻璃液引流到邊部。后由切除壓延無效板改善。

4 實施效果

在及時實施上述措施（1）（4）后4 h，窯爐底部溫度逐步回升，泡界線回縮1個小爐，7 h后玻璃線條消失，玻璃切割恢復(fù)正常。由此判定線條的出現(xiàn)很大概率來源于玻璃的均化不良。

為排除后續(xù)可能再出現(xiàn)玻璃線條的情況，后續(xù)亦實施了措施（2）（3）。措施（5）中水包制作完成后備用。

5 結(jié)語

光伏玻璃制造概念自歐美引入我國已有十幾年，我國在原有一窯一線、一窯兩線的基礎(chǔ)上，不斷推陳出新，技改升級，單位耗能及良率均已達到世界領(lǐng)先水平，但偶爾仍有些玻璃板面出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要從業(yè)者精益求精，對問題出現(xiàn)的諸多可能原因加以分析并排除。通過分析光伏玻璃生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的線條缺陷問題，針對該缺陷提出了相應(yīng)的解決措施，為光伏玻璃優(yōu)質(zhì)制造提供一些技術(shù)層面上的指導(dǎo)，對提高玻璃質(zhì)量具有現(xiàn)實意義。