热浸自爆产生机理及其影响因素分析

张勇

（吴江南玻玻璃有限公司，江苏 苏州 215222）

0 引言

玻璃是介于稳定固体和液体之间的一个不稳定体，易炸裂，而经过钢化后，其机械强度大幅提升，但由于生产过程中含镍物质影响，部分在钢化交付使用后产生自爆，造成人员伤亡问题，因此控制好玻璃自爆非常重要。

文章从热浸自爆产生的机理着手，重点分析了浮法玻璃生产过程中能够引入Ni元素的区域和设备，并建立相应的管控措施，进而为钢化玻璃提供优质原片，根本上降低热浸自爆产生的概率。

1 热浸自爆产生机理

对热浸自爆点跟踪取样，做好标记，送中科院上海硅酸盐研究所，用FEI公司的场发射电镜Magallen400与牛津仪器公司的X-Max 80 mm2能谱仪对缺陷进行微区能谱定量分析，分析结果如图1所示。

图1 热浸自爆点微区能谱定量分析

由图1可知：热浸自爆产生的原因为玻璃本体中含有NiS缺陷所致。其产生的机理如下：

高温正六面体ɑ-NiS转换成低温斜方六面体β-NiS，体积膨胀2%~4%，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致自爆。研究表明：引起自爆的NiS结晶物大约在0.04~0.65 mm，平均在0.2 mm，处于玻璃厚度方向25%~75%。

2 影响因素分析

2.1 设备影响

熔化和原料区域能够引入Ni的主要设备为混合机、挡火板、喷枪、推料板和卡脖水包等，由于推料板和卡脖水包为指定品牌，因此对近期更换过的混合机底板、转子底座、挡火板和喷枪材质送上海材料研究所检测，结果如表1所示。

表1 更换设备Ni含量检测

由表1可知：除挡火板和国产风帽外，其余设备的Ni含量均较低。分析认为：挡火板和国产风帽的Ni超标是产生热浸自爆的因素之一。因此，更换了玻璃生产中喷枪挡火板，对所有挡火板的材质进行送检化验，保证其Ni含量在公司控制指标之内，同时，对所用的国产风帽进行排查，对比发现国产风帽较进口风帽烧损严重，12月份逐步完成烧损喷枪的更换，更换过程中对所有喷枪使用情况、烧损情况进行统计对比，并且对烧损比较严重的再次进行化验，找出Ni含量偏高材质的生产厂家，杜绝使用其产品，达到降低热浸自爆风险概率。

2.2 碎玻璃影响

随着生产技术水平的不断提升，浮法玻璃的成品率均有较大幅度提高，在线回收的碎玻璃量已无法满足生产需求，为保证生产稳定、熔化质量受控，必须引入外购碎玻璃。外购碎玻璃主要为碎玻璃贸易商提供，但由于其来源多为钢化自爆(含Ni)，以及存在铝镍金属杂质等不利因素，后续生产过程中易生成NiS和单质硅缺陷，导致热浸自爆概率上涨。

控制碎玻璃的质量，关键在于控制钢化自爆碎玻璃的量和混入的金属杂质。针对钢化自爆碎玻璃，除要求外购碎玻璃厂家严禁使用热浸自爆碎玻璃外还修订了碎玻璃的进料粒度标准，钢化自爆过的碎玻璃粒度均匀较小，如表2所示。

表2 碎玻璃颗粒度控制标准

而对于金属杂质，采用三级管理机制，碎玻璃由于粒度大小不一，部分含铁金属被压在玻璃底部，无法被常用的除铁器吸出，因此采用加装强磁（铷磁铁），强磁的磁性远远大于普通磁铁，加装过程中强磁块尽量合并成较大面积磁性区，让其能够充分发挥作用，同时从碎玻璃厂家、库区和碎玻璃回收系统增设13台金属探测仪，目的是减少碎玻璃中混入金属杂质的概率，利用玻璃生产的连续性，在线分选碎玻璃，一旦发现含有金属的碎玻璃通过金属探测仪后，系统立刻采取措施，在线将这1 m之内的碎玻璃外排，杜绝含有金属的碎玻璃进入玻璃生产间，通过上述措施，单质硅缺陷同比下降了90%，同时，也降低了后续钢化玻璃热浸自爆的风险。

2.3 原材料影响

浮法玻璃生产选用的矿物原材料均伴有Ni，与玻璃本体和天然气中的硫反应，产生NiS缺陷，从而在玻璃加工、热浸以及后续使用过程中发生自爆。表3为某司3月所用原材料Ni含量检测。

表3 原材料Ni含量检测

由表3可知：由于Ni含量的控制标准≤5 ppm，因此所用硅砂超标，导致4月份自爆率上涨较快，达到2.81%，如图2所示，后续随硅砂Ni含量的降低，热浸自爆率开始逐步下降；9月份热浸自爆率的反弹，主要是由于采购使用的石灰石重金属超标，Ni含量由1.9 ppm突涨至13.7 ppm，化验问题后及时更换原材料生产厂家，10月份恢复后，热浸自爆率快速下降，12月份基本恢复正常。期间下游客户投诉较多，影响玻璃品质形象。

图2 Ni含量与热浸自爆趋势

由图2可知，除硅砂外，仍需对所有矿物质原料进行监控，如玻璃日常生产使用到的白云石、石灰石等，同时，控制原材料Ni含量的标准≤1.5 ppm，可有效降低热浸自爆率。

3 结语

综上所述，通过控制熔化区域设备Ni含量≤0.5%、大宗原材料重金属含量≤5 ppm加强碎玻璃颗粒度管理，并利用金属探测仪和强磁除铁器相结合降低金属杂质对浮法玻璃质量的影响，可达到控制后续钢化玻璃热浸自爆率≤0.25%的目的，最后，对原料配方进行研究，增加抑制NiS产生的元素，根本上解决钢化玻璃的热浸自爆问题。