光伏玻璃生产工艺管理与控制

0引言光伏超白压延玻璃主要应用于光伏组件产业的盖板或背板玻璃，产品主要特点为低铁、高透光率，采用压延成形的工艺方式。为了实现低铁高透光率的要求，原材料采用低铁化工原料和矿物原料。玻璃成分、窑炉设计思路以及成形工艺特点要求均有别于普通浮法玻璃及超白浮法玻璃。本文就工艺设计、原材料、熔化、成形等相关工艺对产品质量的影响进行阐述。1工艺控制点及管理（1）金属铁管理光伏玻璃对铁要求极为严格，金属铁主要为原材料铁和外来带入铁，外来带入铁含机械铁、外来铁等，为实现低铁的要求产线设计规划时的原料工艺设备选型监制及产线运行后现场防污染控制尤其重要。因此，对外来金属物管理形成制度，对金属物突发出现增多时，做好现场排查工作，及时进行整改，既有效排查出设备隐患，又能降低金属物持续性增长给生产带来的隐患问题。（2）碎玻璃管理碎玻璃作为外加原材料之一，作为配合料熔化有效的助熔剂，是玻璃生产企业宝贵的资源。近几年，随着光伏生产企业工艺技术和工艺管理的完善，产品质量和产量跨越式提升，碎玻璃比例一般维持15%～25%，基本可以满足内部消化和吸收。（3）熔化工艺管理光伏玻璃窑炉基本结构与浮法窑炉相同，存在的差异主要为应对光伏玻璃低铁成形工艺等特点需求进行特定的设计：一窑多线结构、窑炉池深偏深结构、溢流口结构、通路结构等。受此类差异性及产品需求特性的影响，光伏熔化工艺管理与浮法工艺制度存在一定差异性。①一窑多线设计光伏玻璃窑炉采用一窑多线的结构方式，成形工序由于压延压辊损伤、溢流口唇砖侵蚀断裂等因素影响，需不定期进行换机换砖作业，窑炉产能降低约25%，熔化温度变化明显，自成形换机换砖开始，熔化区池底玻璃液温度逐步升高，前区对流强度增强，熔化区液流缩短，澄清部池底玻璃液温度逐步降低，澄清区液流缩短，料堆泡界线相应向投料口回收。由于成形换机换砖时间长短存在不确定性，目前基本为4h以上，熔化燃料分配制度作相应调整，降低前区比例20%以上，稳步维持基本制度，以降低换机换砖作业对熔化温度制度的影响。换机换砖结束后，窑炉玻璃液温度随着产能的提升，熔化区池底玻璃液温度逐步降低，前区对流强度减弱，熔化区液流逐步延长，澄清部池底玻璃液温度逐步降低，澄清区液流缩短，料堆泡界线相应向投料口外移，熔化燃料分配换机换砖结束前提前逐步恢复到位。②窑炉池深光伏玻璃生产企业均采用低铁原材料，玻璃总铁含量要求0.015%以下，玻璃液热透性更强，沿玻璃液深度方向，所形成温差更小，对流强度相对更弱，物料的熔化效率远远低于浮法玻璃熔化效率，能耗相对同级别的浮法窑炉高。受此制约，设计之初光伏玻璃窑炉一般采用设计池深为1500～1550mm，相对浮法1350～1400mm，增加上下温差，有利于形成较强的对流，达到更高的熔化效率。经长期生产摸索，从燃料分配比例上进行优化，窑炉的温度制度设计中需强调投料口与热点间的温差，熔化区燃料比例50%逐步提升至60%以上，熔化质量及窑炉状态达到预期要求，配合深池窑炉结构改善熔化区玻璃液前后及上下温差不足的问题。③通路结构实际生产作业中，采取以下方式加以控制：窑炉设计中，除了考虑耐火材料实际膨胀系数和窑炉结构膨胀外，尽可能地控制集中膨胀缝的数量；铺设通路铺面砖时，采用刷浆方式实施找平，禁止采用泥料找平，并且投产前窑炉清理时，重点清理通路横向集中、上升台阶胀缝、盖缝砖膨胀缝等部位；成本控制允许条件下，采用双层铺面砖结构，相应错开集中膨胀缝，或采用较宽的条形砖压盖住集中胀缝；已投入生产的光伏窑炉，若出现通路池底空气泡，为稳定熔化工艺制度，确保“四小稳”，同时采用通路池底冷却降温方式，降低通路池底温度波动幅度，如增设冷却风机局部冷却，或采用通路整体增设冷却风管系统的方式冷却。④窑炉气氛透过率是光伏玻璃的重要性能之一，其直接影响组件的光电转换效率。影响玻璃基体透光率的成分主要为铁，铁在玻璃中的存在形式有两种：Fe3+和Fe2+，而Fe2+理论上的着色能力是Fe3+的十倍左右。因此，控制原料COD值的同时，窑炉气氛制度也需要得到有效的管理。结合各项指标要求，光伏玻璃窑炉工艺对窑炉气氛进行必要的控制且对整体的气氛控制要求要严于浮法。玻璃相同总铁含量时，工艺控制应采用抑制Fe2+产生，或Fe2+向Fe3+转变，从而降低Fe2+对透光率的影响。光伏玻璃的料单中，采用硝酸钠配合氧化锑、焦锑酸钠或复合澄清剂使用，为达到更好的澄清效果，需对各小炉气氛进行控制（以6对小炉光伏窑炉为例）。窑炉工艺控制中料堆区采用还原性气氛，即1#、2#、3#小炉上游为还原气氛，沫子区为氧化偏中性气氛，即3#下游、4#小炉为氧化偏中性气氛，泡界线后区采用氧化气氛，即5#、6#小炉为强氧化气氛，见表1。表1窑炉各气氛分布在光伏玻璃的实际生产中，严格控制窑炉后部区域气氛，确保玻璃液处于氧化气氛，可有效降低Fe3+向Fe2+的转变，降低Fe2+的含量占比，相同铁含量玻璃透光率的提升带来明显的改善。（4）成形工艺管理成形工序作为企业生产的一个核心工序之一，有成形机构、压辊管理、唇砖管理等方面。①溢流口管理光伏窑炉成形端采用敞开方式的溢流口结构，敞开区玻璃液宽度达2.5m以上，成形玻璃深度较浅，约110mm。玻璃液横向温差达50℃以上，温降较大。在玻璃液流模拟分析中，光伏玻璃成形所需液流主要为上表面成形液流，抗外界干扰能力较弱。在采用压辊材质均匀、偏心一定的条件下，成形玻璃液温度与玻璃厚度呈一定线性关系，压延参数不动条件下，成形玻璃液温度升高，玻璃原板厚度降低，反之，厚度提高，最终体现产能相应变化。图1为3.2mm玻璃有效板宽厚度与溢流口温度关系。图1溢流口温度分布与横向厚度关系②压辊管理压辊作为光伏生产成形设备关键构件之一，其质量稳定性直接影响换机周期，入厂装机前后需做好相关的检查检测工作，并对每根压辊制定台账，主要为内外辊径、壁厚、花纹、粗糙度、运行跳动等参数，相关参数直接影响产品的外观质量及相关性能指标。一对压辊上线后，其正常使用周期基本3个月以上，装机后也需按相关压辊管理制度进行严格检验检测，对异常压辊做好隔离处理。③唇砖管理目前唇砖基本采用α-β刚玉材质和锆莫来石材质，两种砖材由于材料特性及成型工艺的不同各有利弊。α-β刚玉材质唇砖耐侵蚀能力优于锆莫来石唇砖，上线后可达6个月以上，但是排泡时间受α-β刚玉唇砖成型工艺影响较大，在砖材验收过程中，无法通过外观进行识别，上线后需有较为严格的升温制度，对砖材需长时间的稳步升温预热，防止投入使用后出现砖材断裂，造成产品出现隐线、固定泡源问题。目前唇砖采用整体砖结构逐步成为趋势，长度可达2700mm以上，故引头子前后按计划调整唇砖顶丝，防止唇砖过度膨胀、中间位置鼓起或出现挤压断裂等问题，引发玻璃隐线重、固定泡源等质量问题。2结语玻璃生产企业需控制物料的源头，尤其是针对低铁高透光率的光伏玻璃生产，企业应实施提效降本管理，做好进场物料按品位实施等级管理，如物料的铁含量、颗粒度、主体化学成分等，不同批次不同等级差异性搭配，最大化降低品位差异带来