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创新型企业建设

“洛阳浮法玻璃工艺”四十余年的创新与发展

来源:秦皇岛玻璃工业研究设计院  发布时间:2014/4/21 15:10:10
        关键词:玻璃行业、洛阳浮法、创新

        一、玻璃制造工艺的前世今生

       相传,玻璃是由古威尼斯商人偶然发现的,他们的商船在一个河口靠岸,船员登岸烧饭却找不到撑锅的石块,便从舱内搬出硝石搭成炉灶,最后他们惊奇地发现灶内的高温竟把硝石和周围的砂子熔化为晶莹的液体,这就是玻璃;后来,在公元前1000年,埃及人发明了玻璃吹制工艺;到了公元1世纪,古罗马打败埃及,俘获大批匠人,由此玻璃制作技术传到意大利,进而成就了著名的威尼斯玻璃的鼎盛时期并一直持续到16世纪;16世纪以后,随着大航海时代的来临,玻璃工匠们分散到世界各地,玻璃制造技术也逐渐传播开来;17世纪,欧洲的玻璃工业发展迅速,法国已经可以用铸造法生产平板玻璃,英国人也发明了铅玻璃并革新了当时的熔化技术,瑞士人发明了搅拌法来制造高均匀度的光学玻璃,当时中国正处在康乾盛世,玻璃也作为奢侈品进入中国,康熙朝内务府设立造办处玻璃厂;在18世纪后期至19世纪的产业革命对玻璃制造业的发展起到了极大的推动作用,尤其是索尔维制碱法的出现使得玻璃行业摆脱了原料瓶颈,让玻璃的大规模工业化生产制造成为可能;到了20世纪50年代,英国人阿拉斯泰尔?皮尔金顿创造性地将玻璃液在锡液表面的漂浮和摊平作用应用于平板玻璃成型过程,使玻璃在高速拉引的同时又可保持光滑平整的外观质量;今天,超过90%的平板玻璃以浮法工艺生产,当年超现实主义建筑师们关于透明建筑的梦想变为现实。

        二、”洛阳浮法”,——那一辈人伟大的逆袭

        浮法成型工艺研制成功,这是对原来的有槽引上成型工艺的一次革命。一时间,世界上许多国家不惜巨资争购皮尔金顿专利,但皮尔金顿公司却对中国搞起了技术封锁。西方的技术封锁使我们意识到,中国浮法玻璃的研制、生产必须走自力更生、自主创新之路。

        1960年北京的建筑材料工业部建筑材料科学研究院开始收集研 究有关浮法玻璃工艺的信息。   1965年,建筑材料工业部玻璃工业设计院派选工艺、窑炉、机电、煤气等专业技术人员参加浮法玻璃试验工作,正式开展浮法玻璃实验室阶段研究。 1967年获得了一系列试验室阶段性成果,拉出了200-250mm 宽的浮法玻璃带。1971年9月,80t/d浮法玻璃生产线在洛阳玻璃厂胜利投产,成功拉引出原板宽近2m、厚6mm质量较好的浮法玻璃,投入市场后取得良好的经济效益。 1981 年4月30日,国家科委、计委和建筑材料工业部对我国第一条浮法玻璃工业性试验生产线进行了技术鉴定,并命名“洛阳浮 法玻璃工艺”,这是文革后第一个通过***技术鉴定的科研项目。 同年10月,“洛阳浮法玻璃工艺”获国家发明二等奖,这是新中国成立后,继万吨轮、万吨水压机后第三个获国家发明奖的重大项目,获奖单位包括:洛阳玻璃厂、秦皇岛玻璃研究所、杭州新型建筑材料设计院、株洲玻璃厂、建筑材料科学研究院、秦皇岛玻璃设计院。

        “洛阳浮法玻璃工艺”的诞生,迎来了中国玻璃工业发展的新曙光,开辟了中国玻璃工业变革、创新和发展的新时代,为我国玻璃工业的发展竖起一座雄伟的丰碑,成为与英国皮尔金顿浮法工艺、美国匹兹堡浮法工艺并驾齐驱的世界三大浮法工艺之一。

        三、“洛阳浮法玻璃工艺” 近二十年的创新与发展

        自上世纪90年代初期至今,“洛阳浮法”得到了飞跃式的发展,规模大型化、品种高档化、功能化和清洁生产、节能减排已成为浮法玻璃发展的主要趋势。从技术系统进化理论的视角,在近二十年的时间跨度上来分析,洛阳浮法玻璃工艺经历了五个进化过程:

        1、起步期:1992年之前

       这段时期,业内充分认识和消除了阻碍工程市场化的瓶颈,基本解决了“洛阳浮法玻璃工艺”使用中出现的重大技术问题,使洛阳浮法工艺走向成熟。采用洛阳浮法工艺建造了一批220t/d~500t/d的浮法玻璃生产线。产品品种以建筑玻璃为主,能够为普通加工玻璃提供原片。该阶段相应的设计、生产、管理及装备水平不高,生产线能耗高,劳动生产率较低。

        标志性成果有:洛玻二线成功生产出2mm薄玻璃、第一条全电熔彩色浮法玻璃生产线在昆玻投产,为薄玻璃、浮法本体着色和在线阳光膜技术的进一步开发奠定了基础。

        2、提高期:1992~1998年

        “六五”、“七五”期间,我国科研、设计、生产单位密切配合,应用已存在的设施和基础资源,开展了数百项基础科技攻关项目,取得了很多成果。其中由国家建材局牵头,三家玻璃院联合对国外先进技术引进进行消化吸收,对洛阳浮法工艺的熔化、成形、控制技术进行融合补充,并成功在通辽玻璃厂浮法线改造中应用;从此三家玻璃院开始形成浮法玻璃专有技术和装备,如第一代L型熔窑吊墙、DCS中央控制系统等;技术和装备推广应用到国内多条生产线后,窑龄得以延长,能耗得以降低,玻璃产品质量获得明显提高。

        该阶段玻璃工业技术水平迅速提高,标志为建设了当时国内最先进耀华国投示范线,实践验证窑龄超过10年,玻璃质量达到了制镜级标准,大幅度缩小了与合资产品的质量差距。

        3、上升期:1998~2001年

        这一时期,我国浮法技术接近成熟,新建设的生产线通过引进退火窑、冷端等设备,装备水平较高,产品品种、规格基本可以满足国内市场的要求,部分企业玻璃的外观质量已接近采用国外浮法技术的国内合资生产线的产品水平。

        这段时期,为满足市场需要,以部分企业快速集中建设新的生产线、扩大生产规模为主要特征,整个浮法玻璃行业生产集中度、单线规模及技术装备水平不断提高,从而使资源利用水平获得很大提高。如江苏华尔润集团公司、浙江光宇玻璃等,充分利用有限的土地资源,在一个地区内或沿码头集中建线,迅速产生了规模效益。同期秦皇岛院在玻璃表面改性技术上取得完善和突破,在昌平玻璃厂等应用成功阳光控制镀膜多个系列产品。

        4、创新期:2001~2005年

        这段时期,“洛阳浮法玻璃工艺”进入完善提高阶段,在国家相继组织科研、设计与生产企业的科技人员,围绕浮法共性和关键技术,开展科技攻关与开发后,培养了一批颇具实力的科研设计、生产技术与管理人才,研制开发并制造出生产线所需的各种材料、机电与自控设备,装备国产化率达到90%以上。三大玻璃工业研究设计院具备了承接300-600 t级规模的浮法生产线的总承包或交钥匙工程的实力。浮法技术不断获得突破,单线生产能力不断提高。

        该时期浮法玻璃生产的大规模化成为国际发展趋势,大型化能降低能耗、节约生产成本、提高玻璃质量、增加品种规格、提高企业效益、增强企业竞争力等方面有独特的优势。为满足市场需求,秦皇岛院经过多年的研究与开发,2001年自主设计完成了当时国内***规模的生产线—江苏华尔润700t/d浮法生产线,并投产成功打破了国内不能设计超大规模浮法线的历史,该生产线玻璃质量优良,部分产品的实物质量(包括渗锡、钢化彩虹与端面条纹)达到采用国外浮法技术的国内合资生产线的产品水平,工程获得第十一届全国优秀工程设计金奖。在700t/d浮法技术基础上,秦皇岛院与江苏华尔润集团联合开发,分别于2004年和2005年成功地建成了三条900t/d优质浮法生产线,玻璃熔化质量及综合能耗达到预期目标,其能耗低于5900kJ/kg玻璃液,同比能耗降低25%以上,达到国际先进水平。

        该时期随着建筑、汽车、装饰装修、家具、信息等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高,玻璃原片的生产向大片、薄片、厚片、白片四方面发展,国内对玻璃表面改性技术取得进展。如中国耀华玻璃集团经过对低辐射玻璃多年的系统研究,与国外公司技术合作,攻克膜层均匀性关键技术,在国内率先成功开发出“在线低辐射和阳光控制低辐射镀膜玻璃”,达到国际同类产品先进水平,低辐射镀膜玻璃应用到建筑后节能效果显著,填补了国内空白,打破了国外几家大玻璃公司的技术封锁和对产品的市场垄断,成果获得2005年国家科技进步二等奖。中国洛阳浮法玻璃集团集多年的工艺经验,掌握了超薄玻璃成形的特点和规律,在国内首家成功拉引满足电子工业用1.1mm和1.3mm的超薄浮法玻璃,为“洛阳浮法玻璃工艺”的又一次重大创新和突破。为平板玻璃产品升级和产业结构调整作出了贡献。

        “中国洛阳浮法技术”不仅在国内得到快速推广和应用,而且出口到印度尼西亚、印度、伊朗、越南、乌克兰、阿尔及利亚等国家。该时期以建造大规模生产线、以企业资源整合为基本特征,资源利用水平进一步提高。同时,行业竞争激烈,企业资源整合、资本重组逐渐活跃。国家对玻璃工业“发展-节约-健康环境”方面的关注程度逐渐提高。

        5、循环经济、节能减排技术快速发展期:2006~2013年

        受到能源价格的不断提升和生态环境政策的压力不断加大,节能和减排成为制约玻璃行业发展和生存的主要因素,能耗、硫化物、氮氧化物排放先后被列入生产线强制考核验收指标。在政策引导下,院所和玻璃企业加大了对节能减排技术的技术投入。

        该阶段中国洛玻集团通过开发等i值逐级拉薄技术、“超薄玻璃工艺技术软件”,成功生产出了0.55mm电子工业用超薄浮法玻璃,极大丰富了“中国洛阳浮法技术”的内涵,超薄浮法玻璃技术获得2006年国家科技进步一等奖;秦皇岛院通过对大规模窑炉“逐级澄清与熔窑大型化成套工程技术”的开发,应用后微气泡含率达到从300-1000个微缺陷/吨玻璃下降到30-80个,热耗从国内平均水平7800 kJ/ kg 下降到5660-6010kJ/ kg,成品率从80(%)提高到90(%)以上。直接带动了玻璃熔窑节能发展的趋势,该技术获得2008年国家科技进步二等奖。

        杭州院设计的江苏华尔润集团8、9线余热发电工程利用高温烟气余热,建设了第一条两炉一机4.5MW发电机组,2007年9月率先并网发电,电力回用于工艺生产,同时减少了工厂对环境的热污染以及粉尘污染,走出了玻璃行业节能减排的新路;秦皇岛院通过对余热锅炉内部结构的研究提高换热效率,在河北长城玻璃公司建设的两炉一机6.0MW发电机组,可以满足整个厂区的生产、生活用电;蚌埠院在信义玻璃公司采用“冷热电三联供”发电技术,部分蒸汽用于办公设施制冷,剩余部分用于发电。余热发电一方面通过余热利用降低了烟气的温度,为脱硫治理提供了一定的条件,另一方面余热发电有可观的经济效益,真正实现了向节能减排要效益、减成本这一循环经济的重要理念。

        在这一时期,“全氧燃烧技术”被列入科技部“十一五”科技支撑计划,国内多家院所、院校等参与联合研发,在华光500t/d浮法生产线上 2010年率先使用了全氧燃烧,应用后可以大幅度减少生产线的污染物排放,开拓了氮氧化物减排的新路。

          同时随着能源短缺造成的价格的波动和玻璃市场竞争的加剧,为寻找替代石油、天然气等高端能源,替代能源技术开始应用;该阶段新建或改造生产线燃料种类开始多元化,煤焦油、煤气、焦炉煤气、石油焦粉等被普遍使用,同时通过大型化技术的推广,配套的节能技术也在完善。如煤气浮法线原来规模为300t/d级,新发展到了800 t/d级大规模浮法生产线,使能耗、玻璃成本得到降低和控制。

        综上所述,能够代表我国当前平板玻璃技术发展现状的是创新期和循环经济、节能减排技术快速发展期,经过十几年的技术进步,从生产线的主要技术经济分析(产品质量、规模、热耗、综合能耗、劳动生产效率等),“洛阳浮法工艺”的整体技术已达到了国外同类技术的先进水平。在线低辐射镀膜玻璃、超白浮法玻璃、平板显示器用超薄玻璃、TCO导电膜玻璃、TFT-LCD玻璃基板(无碱)等开始替代了进口产品。代表平板玻璃质量水平的汽车前风挡用薄玻璃,其质量全面达到使用技术要求,产品与技术结构不断优化;行业技术结构不断优化;节能减排成效显著;自主创新能力有所提高,新技术新产品不断涌现,余热发电技术、烟气脱硫技术、全氧燃烧技术、超大型浮法窑设计技术和工程技术实现了优化集成及设备国产化。

这期间浮法玻璃、玻璃深加工的国家标准两次制订,如2010年3月实施的《平板玻璃国家标准》中的技术指标已经从接近国外先进水平达到了等同或超越国外先进标准,引领了玻璃生产企业产品质量水平的提升和技术进步。

        每一项技术都有着系统生命周期和产品成熟度,“洛阳浮法玻璃工艺”经历了其技术生命周期的“婴儿期”、“过渡期”、“成长期”,目前正步入“成熟期”。在这一时期内,掌握高度专业化资源的工程师们将使工艺和产品适应新领域和新应用,将使解决系统劣势的方案更加完善,将继续降低成本、开发服务组件,将继续突破现有工艺极限,将进一步集成各种技术向超系统进化,将着手把所有已知关键性能参数进行开发。

        四、从掌上明珠到大龄剩女

        自1904年开始建设属于民族工业性质的平板玻璃工厂以来,中国平板玻璃工业已经走过了100多年的发展历程。解放后的前30年,我国对平板玻璃行业布局,兴建了一批玻璃生产工厂,仍满足不了计划经济条件下国民经济发展的需要,直到生产工艺由平拉、垂直引上逐渐向浮法发展并取得突破,需求才得以缓解。

        我国玻璃工业的发展不仅体现在技术工艺和产品质量水平不断提高方面,也体现在经济发展的不同时期所进行的调整和改革方面。在计划经济体制下,“短缺”是我国产品供求的基本状况,国家通过计划和行政落实对玻璃行业进行管理,市场与原燃材料以国家调配为主要形式,甚至会有一定的优先权,企业以完成计划为目标,因此当年的“平板玻璃”就是共和国制造业的一颗掌上明珠。

       九十年代以后,随着改革开放和经济体制改革的深入,市场经济占据主导地位,投资、价格、市场全面放开,玻璃行业和其他行业一样快速发展,呈现供需两旺的形势,与之相伴而生的生产过剩问题也显露出来,国家通过调整改革、整顿提高等措施进行干预,收到了的效果。而近十年来,得益于固定资产投资高速增长以及工业化、城镇化进程加快房地产、汽车等相关行业快速发展,为玻璃工业提供了持续旺盛的市场需求,平板玻璃产能不断增加。2008年,为应对金融危机对我国经济的影响,国家4万亿“增投扩需”政策出台,使得2009年已然下行的市场出现异常火爆的情形。五年过去了,根据相关统计数据,截止到2013年底国内在产生产线共计243条、日熔化量154730吨; 2014年一季度,新点火生产线8条,日熔化量共计6050吨,冷修复产1条,日熔化量350吨,冷修生产线5条,日熔化量共计2450吨,产能的减少速度明显赶不上新增的速度,而目前在建生产线仍有43条,日熔化量总计31300吨。根据预测,即使到了2015年,我国平板玻璃成品的日均需求量也只有约102740吨。

       现有工艺的成熟、一些企业对市场需求预期过高导致的非理性发展以及现行财税考核体系下地方政府追求GDP增长速度等,终于把“平板玻璃”变成了我国制造业的大龄剩女。而全行业对加快创新、提升浮法玻璃工艺技术装备水平有着巨大的需求和迫切的愿望,面对行业现状,加快技术创新步伐是唯一的选择。

        ——唯有创新,才能给“剩女”披上嫁衣。

        五、创新,永远在路上

        1、技术创新

       从发展趋势看,玻璃作为重要的基础材料,应用领域将越来越广泛。目前国际玻璃新技术均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域发展。在材料方面,主要是玻璃原片的生产向大片、薄片、厚片、白片四个方向发展;在研发新技术方面,通过对玻璃 产品进行表面和内在改性处理,使其更具备强度、节能、隔热、耐火、安全、阳光控制、隔声、自洁、环保等优异功能。

       在平板玻璃原片制造技术上,目前国际上还没有新的更好的方法能够取代浮法成型工艺,但浮法技术本身仍能够利用不断涌现的关键共性技术、继续完善和提高。例如:无色透明优质超薄玻璃是生产ITO导电膜玻璃的重要材料之一,目前该产品正走俏国际国内市场,供不应求,在技术上,关键就是锡液控制问题,概括的讲就是无论采用哪种调节锡液流的方法,都要抑制锡槽中的锡液并减小锡槽每个截面沿锡液宽度方向和液层厚度方向的温度梯度,才能使薄浮法玻璃成型;再例如环保技术,仅河北沙河市一地就将投入9亿净化其深度治理名单上的企业,环保技术市场前景可见一斑,届时氧助燃技术、分层燃烧技术、3R技术等都会迎来发展的春天,对于环境技术与设备提供商而言,越严格的政策,意味着越大的市场空间;还有在线镀膜技术、退火窑辊道技术、一窑多线技术、计算机模拟与控制技术、节能工艺技术等等。

       正如著名经济学家林毅夫所说:“如果能充分利用其比较优势,挖掘后发优势,任何一个发展中国家的产业升级速度都会比发达国家更快!”这句话对于概括我国亟待技术创新的平板玻璃行业现状再合适不过了。

        2、产品创新

       在产能过剩、产品同质化严重的产业环境下,整个行业开始谋变。除了技术创新外,市场应用创新也不容忽视,差异化发展也会超越规模化发展成为一部分企业的立足之本。 从最初珍稀的佩戴饰品到昂贵的宫廷贡品再到普通的生活用具,玻璃的身价几番起伏,但它一直陪伴着人类走过了上千年的历史长路。进入新世纪,它在我们的生活中再次闪亮,各种各样的“智能玻璃”的出现使它又一次成为人们关注的焦点。从耳熟能详的光伏玻璃到电致变色玻璃、光致变色玻璃、自洁净玻璃、信息产业玻璃、蓄光玻璃乃至智能玻璃,体现的是人们对更加便利的生活的渴望和无尽的商机。

        3、规模创新

        我国玻璃行业虽然总量居世界第一,但生产过度分散,前十家的集中度仅为60%。规模小,抗御风险能力弱。企业众多,大小企业都要赚钱吃饭,市场协调难度大,产能难以控制。长时间以来存有过度竞争,使价格不能回归价值,影响行业整体效益。企业分散,使开发的技术成果难以得到广泛应用,不能有效转化为生产力。由于长期投入不足造成科技对玻璃工业经济效益贡献率较低,也阻碍了产业链的延伸。“十二五”规划提出要通过兼并重组,前10 家企业平板玻璃产能占总产能的比重提升到75%以上的要求,但由于相关政策不到位而进展缓慢。

       玻璃行业应效仿新葡萄京娱乐场app整合水泥行业的案例,把众多中小企业逐步整合成为若干个大型玻璃生产企业集团,行业逐步规范有序,企业间的竞争由拼成本变为质量和新品种的竞争。随着大型玻璃生产企业间原料资源争夺的加剧,对玻璃原料的重视程度提高,玻璃资源的综合利用率得到提高。这样,就会如当年新葡萄京娱乐场app整合水泥行业一样,即使不能形成使所有变革者都受益的“帕累托改进”,也会形成使变革受益者所得足以补偿受损者所失的“卡尔多-希克斯改进”。

        六、写在最后

       具有自主知识产权的“中国洛阳浮法工艺”近二十年的自主创新发展,满足重大发展需求、破解发展难题,为中国玻璃工业的发展壮大奠定了坚实的基础。同时随着玻璃工业实施发展转型,发展的主要目标不再是追求量的增长,而是技术、质量提升,通过技术进步、结构调整来增强中国建材工业的国际竞争力。 回首往昔40年,“洛阳浮法玻璃工艺”从无到有、披荆斩棘、开拓创新,形成了今天的工艺体系;一代人走过了雄关漫道和激情岁月,筚路蓝缕、以启山林,是为了让我们不用再寝苫枕块,我们更要秉承“创新、绩效、和谐、责任”的文化理念,“有大刀阔斧之力,收筚路蓝缕之功。“

(秦皇岛玻璃工业研究设计院 刘心明 高炜)
参考文献:
【1】陈双七《近二十年“中国洛阳浮法工艺” 的技术进步及玻璃工业的发展趋势》
【2】《秦皇岛玻璃工业研究设计院“十一五”科技规划完成情况汇报》
【3】李毅中《化解过剩的生产能力重点在于淘汰落后能力》
【4】周生贤《对控制产能过剩中央决心很大》讲话稿

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