0引言

玻璃是一种无规则结构的非晶态固体，其分子不像晶体在空间具有长程有序的排列，而近似于液体那样短程有序。由于玻璃结晶成的分子结构粗大，相互间的结合不紧密，很容易在结构方面发生松动，裂纹也容易扩展，因此会炸裂。玻璃自爆的原因相对较多，如应力不均（分子分布不均）、夹杂物（结石、重金属杂质）、外力造成的裂口等。

某公司2021年4月上旬钢化玻璃自爆开始增多，中下旬自爆数量明显增加，公司及原片生产部门对此高度重视，多次组织相关技术人员进行分析讨论，同时相关技术人员与品控部一起取样分析自爆点，跟踪原片不良，进行缺陷取样分析，并持续跟踪后续的自爆情况。

1不良、自爆数据跟踪统计

1.1自爆数据统计








如图1所示，4月份自爆数据逐步增加，产品质量影响较大。图2、3为各条生产线的自爆数量和对应的占比。

由图1、2、3可知：①4月22日后加工自爆明显上升，最高达1900mm；②4月、5月自爆原片主要集中在原片3线，2线其次；③自5月15日起自爆数量呈下降趋势。1.2外部客户自爆情况跟踪

近半年外部客户自爆投诉统计如图4所示。由图4可知：4月下旬和5月初生产的玻璃自爆数量较多，与公司内部加工线统计的自爆增加时间节点一致，因此排除由加工设备造成自爆的情况。



2自爆和不良的排查分析

找到自爆玻璃，对自爆玻璃（库区、外部客户）跟踪和取样，利用蝴蝶斑找出自爆原点，取样并在显微镜底部观察，分析自爆原因，统计数据如下：

取样31片在库区自爆玻璃，其中结石3片（结石缺陷岩相观察为硅质耐材结石）、单质硅1片、其余均未发现缺陷，对所取样数据分析和显微镜岩相分析。

通过对自爆点缺陷确认分析，其中未发现任何缺陷的自爆最多，相关人员对生产操作的调查和分析，初步判断主要原因为含有重金属的杂物入窑（含有Ni、Cr）造成钢化自爆；其中的耐材硅质耐材结石主要为熔窑大碹区域产生；参考产生机理单质硅和刚玉主要来源为碎玻璃（过往生产调查）。

为保证分析数据的客观性、真实性，在钢化炉内有一部分玻璃自爆无法取样和判断，但是钢化完质检会将有缺陷的玻璃放入原片不良内，为进一步判断是否是由于结石或其他缺陷造成的自爆，相关技术人员通过对原片不良逐一确认查看、并大量取样分析。

统计数据显示：富铝节瘤、硅质耐火材料分别占比：26.23%、13.11%，属于原片不良中的主要缺陷，岩相观察分析如下：
（1）富铝节瘤为单个节瘤、未在节瘤内部发现斜锆石，位置差异较大，且不连续，判断非池壁区域产生，外购碎玻璃带入的可能性极大。

（2）硅质耐材主要来源于大碹。

3自爆的分析和预防措施

3.1自爆的主要原因

（1）含重金属（Ni、Cr等）的物质入窑，再经过钢化时由于重新升温至600~800℃，其存在体积膨胀差，让玻璃表面产生细小裂纹，在钢化急冷阶段造成自爆。

（2）碎玻璃内的外来杂质如石子、水泥块等熔化不良造成的节瘤缺陷。

（3）碎玻璃内铝、镍杂物形成的单质硅，其自爆原因和重金属机理相同。

（4）熔窑侵蚀形成的结石造成自爆。

3.2自爆区域排查

3.2.1大碹区域排查

跟踪自爆的情况，此次自爆从4月份上旬逐步增加，4月下旬明显增加，通过调查，在4月5~10日，熔窑大碹有处区域进行过热补，此次热补过程中新试用了一批某品牌热补料，相关技术人员在4月15日将新购某品牌热补料外送上海硅酸盐研究所进行成分化验，化验数据显示：上硅所采用能谱法化验，Ni含量在0.45%，Ni可能会造成原片钢化自爆。

相关理论分析：孙文迁等[2]将钢化自爆分为两种：一种是由于缺陷或杂质导致的玻璃钢化过程中的自爆，也称为“炸炉”[3]；另一种是使用过程中的自爆，主要是由于NiS相变导致的体积膨胀所致。包亦望等[4]认为钢化自爆的根本原因是局部应力集中过大，而杂质和缺陷是导致自爆的间接原因。

NiS直径为0.04~0.65mm，肉眼几乎看不到，他的自爆机理如式（1）所示。



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。

4月初此窑炉大碹的维修区域：4号小炉大碹正中位置，与三线自爆多有较大的对应关系，热补期间热补料有少量掉落窑内，部分粘在卡脖水包上，随着时间逐步带出，由于时间、位置比较对应、且自爆玻璃上很多未发现结石缺陷，因此热补料内重金属Ni造成的自爆可能性极大，综合分析认为是此次自爆的主要原因。

3.2.2外购碎玻璃来料排查

对外购碎玻璃进行排查，未发现问题。

3.2.3其他区域检查

其他区域检查并未发现明显异常。

3.3预防措施

（1）在保证工艺稳定的前提下，降低熔窑温度，减少温度波动，减少热补料侵蚀、剥落。

（2）加大可见浮渣的监控力度，做到及时发现、及时处理。

（3）对于跟踪过程中发现的节瘤缺陷，计划采取以下措施：①降低外购碎玻璃使用量；②严格要求供应商，加强外购碎玻璃质量的把控；③内部加大外购碎玻璃挑选检查力度，一旦发现已挑选过的碎玻璃内有石子、水泥块，应重新挑选，数量多的及时退货。

（4）停用此批次热补料，换用之前品牌的热补料。

3.4后续跟踪

自爆自5月21日起有明显减少趋势，通过对后续热补时自爆数据来反馈热补料是否是主要影响因素，根据相关数据统计，该公司分别在5月30日、6月12日、6月17日对熔窑大碹区域进行4次热补，热补方式一致，热补料采用之前品牌的产品，加工钢化自爆数据未出现波动，基本在正常范围内，生产部门已和问题品牌热补料厂商进行沟通，杜绝问题再次发生。

4结语

此次光伏原片自爆问题历时一个多月，最终找到影响自爆的主要原因为含重金属Cr、Ni的热补料掉落窑内产生，部分粘在卡脖水包上，随着时间逐步造成持续性的影响，玻璃生产中重金属对产品质量影响巨大，因此在实际生产过程中，企业要重视原材料的重金属检查，特别是大宗物料如硅砂、白云石、石灰石等。入厂前应做好重金属的检查化验，与此同时注重外购碎玻璃质量，尤其是批次间自爆玻璃多的碎玻璃，尽量减少此类自爆玻璃入窑，可能会造成重复性自爆。生产中还要重点关注一些与玻璃接触的新材料、新燃烧器、新设备的成分检查甄别，防范于未然。

原标题：光伏原片玻璃自爆原因分析和解决