作者：信義玻璃工程(東莞)有限公司 黃華義
摘要：鋼化玻璃引起的“自爆”主要來(lái)自浮法玻璃本體中夾雜的硫化鎳（Nis），為了降低鋼化玻璃的自爆幾率，目前國(guó)內(nèi)較有規(guī)模的公司已采取了有效的工藝處理、檢測(cè)方法來(lái)減少未來(lái)更多自爆的問(wèn)題，綜合了對(duì)硫化鎳進(jìn)一步的了解，采用新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行均質(zhì)處理來(lái)降低鋼化玻璃自爆的方法。
關(guān)鍵詞：鋼化玻璃、自爆、硫化鎳、均質(zhì)處理
近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)媒體時(shí)有傳出鋼化玻璃自爆的事件,其中主要是自爆后碎片在散落的過(guò)程對(duì)街上行走的人群造成輕微的傷害為主。鋼化玻璃的自爆問(wèn)題一直環(huán)繞著人們恐懼的思想理念，在人們不了解的情況下， “自爆”的字眼更被誤認(rèn)為空中炸彈、玻璃癌癥。其實(shí)鋼化玻璃自爆并沒(méi)有想象中的可怕，鋼化玻璃潛在的自爆問(wèn)題一直倍受人們的關(guān)注，發(fā)展中國(guó)家的專家都試著采用有效手段遏制它的發(fā)生。原先在工廠內(nèi)做引爆處理采用德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN 18516:1990，但結(jié)果自爆率還是沒(méi)有得到有效的控制。因此，隨著EN 14179：2005標(biāo)準(zhǔn)的推出,不但縮短了加工時(shí)間，其中更加有效的降低因硫化鎳造成自爆的可能性,更驗(yàn)證了它的引爆破損測(cè)試的可行性。
1 均質(zhì)處理
玻璃深加工企業(yè)在完成鋼化處理后增加均質(zhì)處理，有效的降低自爆的幾率。
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1.1 均質(zhì)循環(huán)過(guò)程包括加熱、恒溫、和冷卻三個(gè)階段見(jiàn)圖二。
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T 玻璃在任何點(diǎn)的溫度，℃ d 周邊溫度
t 時(shí)間，小時(shí) a 加熱階段
1 第一片玻璃達(dá)到280℃ b 恒溫階段
2 最后一片玻璃達(dá)到280℃ c 冷卻階段
1.2加熱階段
加熱階段開(kāi)始于所有玻璃裝進(jìn)均質(zhì)爐與周邊溫度開(kāi)始接觸，當(dāng)最后一片玻璃達(dá)到280℃時(shí)結(jié)束。達(dá)到此溫度的時(shí)間在校準(zhǔn)程序中確定。此時(shí)間取決于均質(zhì)爐的尺寸、處理玻璃的數(shù)量、玻璃之間的間隔和加熱系統(tǒng)的加熱能力。
備注1
玻璃間隔和加熱速率應(yīng)加以控制，使玻璃因熱應(yīng)力的破碎減少到最小化。
為促進(jìn)有效加熱，爐內(nèi)空氣溫度可以超過(guò)320℃。然而，玻璃表面溫度不可超過(guò)320℃。玻璃表面溫度超過(guò)300℃的時(shí)間應(yīng)最小化。
備注2
當(dāng)玻璃溫度超過(guò)300℃時(shí)，應(yīng)注意確保玻璃特性沒(méi)有明顯改變。
1.3恒溫階段
恒溫階段開(kāi)始于所有玻璃的表面溫度達(dá)到280℃。持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)。
為確保玻璃表面溫度在整個(gè)恒溫階段中保持在290±10℃的范圍內(nèi)，均質(zhì)爐需要精準(zhǔn)操控。
1.4冷卻階段
冷卻階段開(kāi)始于最后一片達(dá)到280℃的玻璃在結(jié)束恒溫290±10℃2 個(gè)小時(shí)后。在此階段玻璃溫度應(yīng)冷卻到環(huán)境溫度。
冷卻階段可以在爐內(nèi)空氣溫度達(dá)到70℃時(shí)結(jié)束。
備注：冷卻速率應(yīng)加以控制，使玻璃因熱應(yīng)力的破碎減少到最小化。
1.5均質(zhì)處理系統(tǒng)
1.5.1均質(zhì)爐
均質(zhì)爐應(yīng)使用強(qiáng)制對(duì)流加熱，利用不受限制的空氣循環(huán)使每一片玻璃受熱。若有玻璃破損，氣流不可受到阻擋。爐體內(nèi)的氣流應(yīng)和玻璃表面平行。
備注
空氣進(jìn)出口應(yīng)設(shè)計(jì)成能確保玻璃碎片不會(huì)對(duì)其造成阻塞。
1.5.2玻璃擺放
玻璃應(yīng)垂直或水平擺放。玻璃不可固定或采用夾緊裝置夾住，應(yīng)確保可以自由移動(dòng)。
備注
垂直意為真正垂直或與任何垂直面相差15°。
玻璃間距會(huì)影響氣流、熱量交換和加熱時(shí)間。玻璃之間不可接觸。
1.5.3玻璃間隔
玻璃之間應(yīng)采用一種不影響氣流的方式進(jìn)行隔開(kāi)。間隔物本身也應(yīng)不阻礙氣流。
2 硫化鎳的來(lái)源
2.1浮法生產(chǎn)線的安裝過(guò)程中，熔窯內(nèi)鎳化合物的潔凈度目前沒(méi)有受到更多浮法玻璃生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注，其中主要有熔窯內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)后遺留下的焊頭、焊渣。理性的講，一個(gè)接縫在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生上百個(gè)甚至上萬(wàn)個(gè)小的鎳化合物也是很正常的，其實(shí)這也是直接影響整個(gè)窯爐產(chǎn)出浮法玻璃含鎳量。表面看一片完好的鋼化玻璃也許就因?yàn)楹写笥?0μm的硫化鎳而縮短它的使用壽命。
2.2 原料也是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，浮法玻璃的成份有石英砂（硅砂）、純堿、芒硝、白云石、長(zhǎng)石（鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石）、石灰石、助熔劑、澄清劑、著色劑、碎玻璃等，主要在硅砂、白云石、長(zhǎng)石中也發(fā)現(xiàn)了微量的鎳質(zhì)成份。
3.自爆的原理
3.1鋼化玻璃生產(chǎn)過(guò)程：
玻璃中含有硫化鎳結(jié)晶物，NiS(硫化鎳)在379℃時(shí)有一相變過(guò)程，從高溫狀態(tài)的α-NiS晶系轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏貭顟B(tài)β-NiS晶系時(shí)，體積膨脹2%~4%，且表面粗糙。如果這些雜質(zhì)是在鋼化玻璃張應(yīng)力區(qū)內(nèi)，則體積膨脹就可能引起自發(fā)炸裂。
潛在自爆的鋼化玻璃主要是硫化鎳階段性轉(zhuǎn)變速度非常慢，硫化鎳的晶相轉(zhuǎn)變主要在產(chǎn)生高溫和低溫變化時(shí)，富鎳體在高溫時(shí)慢慢的膨脹，當(dāng)溫度慢慢的冷卻時(shí)，由于含鎳質(zhì)體與玻璃體的膨脹系數(shù)具有較大的差別，造成本體帶有應(yīng)力的玻璃承受不了硫化鎳在板心向外的擠壓，浮法玻璃在生產(chǎn)退火時(shí)溫度是均勻逐漸慢慢的冷卻，但是在鋼化過(guò)程中玻璃出風(fēng)柵后快速需要高速的均勻冷卻，兩者之比，前者是因?yàn)椴Ａw的應(yīng)力沒(méi)有達(dá)到自爆區(qū)域的臨界點(diǎn)，所以不會(huì)產(chǎn)生自爆的現(xiàn)象，而后者主要在于玻璃的兩個(gè)外表面是同步冷卻，在沒(méi)有得到相變時(shí)就已經(jīng)被完全的包在玻璃體中，但這樣仍然無(wú)法擺脫日后硫化鎳的自爆，這種狀態(tài)一般持續(xù)幾年后因環(huán)境溫度的變化致使玻璃破裂。鋼化玻璃的制造和硫化鎳的不穩(wěn)定性，主要是玻璃在鋼化爐內(nèi)來(lái)回的擺動(dòng)并均勻的加熱， 當(dāng)加熱到680℃—720℃鋼化溫度時(shí)快速的到風(fēng)柵冷卻，在高風(fēng)壓提高強(qiáng)度高張力時(shí)，硫化鎳的張力在邊緣造成裂紋的擴(kuò)大，當(dāng)裂紋擴(kuò)大到壓應(yīng)力無(wú)法均衡時(shí)就會(huì)破裂，也就是我們?cè)诩訜岷筮M(jìn)行冷卻時(shí)玻璃會(huì)裂的原因之一，硫化鎳在38℃以上的高溫環(huán)境下突然引起的驟冷也會(huì)造成自爆 圖片附件:圖八.jpg 40.67K
現(xiàn)象，硫化鎳在SEM掃描電鏡下?tīng)顟B(tài)：（見(jiàn)圖七圖八）
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3.離線無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)
為了杜絕工程完工后鋼化玻璃自爆給業(yè)主或發(fā)展商留下的負(fù)面影響，幕墻公司可在產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加20%—30%之間的價(jià)格要求玻璃深加工商采用EN 14179：2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行均質(zhì)處理，雖然均質(zhì)處理不是法規(guī)中強(qiáng)制性的做法，但為了更好的防止自爆，也可以購(gòu)買離線的檢測(cè)設(shè)備在工地進(jìn)行測(cè)試,從而減少因自爆造成的搭架、拆卸、補(bǔ)片、安裝而帶來(lái)高額的費(fèi)用。
4.硫化鎳引起自爆的區(qū)分
鋼化玻璃因硫化鎳而引起的自爆會(huì)在局部產(chǎn)生放射性裂紋，如果玻璃破碎后仍留在框內(nèi)，則在破碎的起點(diǎn)處可以比較容易找到一個(gè)“8”字形或“蝴蝶斑”圖案的特征,從自爆后的玻璃碎片中會(huì)產(chǎn)生的 “蝴蝶斑”，以傾斜45°的角度看，很容易在玻璃的板心看到一個(gè)較小的黑點(diǎn)置于“蝴蝶”中，正處于裂紋相交之間。
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結(jié)束語(yǔ)
鋼化玻璃中硫化鎳引起自爆的原因主要取決于環(huán)境溫度引起張應(yīng)力的相變，為了降低和防止鋼化玻璃硫化鎳引起的自爆,浮法玻璃生產(chǎn)企業(yè)可以采取有效的在線識(shí)別檢測(cè)技術(shù)、深加工企業(yè)則在內(nèi)部進(jìn)行均質(zhì)處理、離線檢測(cè)等方法來(lái)降低自爆幾率,為了鋼化玻璃在未來(lái)得到更好的應(yīng)用, 鋼化玻璃的預(yù)防自爆技術(shù)更加值得進(jìn)一步的去了解。
參考文獻(xiàn):
[1]EN 14179：2005 《Glass in building —Heat soaked thermallytoughened soda limesilicate safety glass—Part 1: Definition and description》(S)
[2]The Achille Heel of a Wonderful Material: Toughened Glass PicaMS Dr Last review: January, 2006(J)
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