新一代中國浮法玻璃技術新進展

1中國浮法玻璃技術現狀1.1浮法工業:中國浮法技術生產線隨著中國浮法雕塑技術的不斷改進和創新，浮法技術已成為中國平板玻璃生產的主要技術。截止2006年底,中國已建成浮法玻璃生產線162條,其中全部或主要采用中國浮法技術的生產線達135條,占中國浮法玻璃生產線數量的83%。2006年平板玻璃總產量達4.54億重量箱,浮法玻璃占81.87%,其中優質浮法玻璃占20%以上。在大力推動產業結構調整的同時,產品結構優化也取得顯著進展。采用中國浮法玻璃技術并進行工程總承包的900t/d浮法玻璃生產線已在印度尼西亞成功投產,品種從常規厚度擴展到超薄(0.55～1.1mm)、超厚(15～25mm),開發出了在線Low-E和Sun-E、自潔、超白、防火玻璃等新品種。1.2我國浮法玻璃技術的自主知識產權近年來,我國玻璃科技工作者實施了從選礦、原料配料稱量,到熔窯、錫槽、退火窯3大熱工設備以及成套控制軟件系統的一系列科技攻關,成功解決了一批長期制約我國浮法玻璃實物質量提高的關鍵性技術難題,取得了一批具有自主知識產權的重大技術創新成果,把中國浮法玻璃技術與裝備水平提高到了一個嶄新的階段。1.2.1配合料混合均勻度1)采用大型均化庫和新型均化裝置對硅質原料進行均化,嚴格控制硅質原料成份、顆粒度和含水率的波動。2)開發了高精度自動配料電子秤系統,靜態精度達1/2000以上,動態精度可達1/1000以上。3)改進配合料混合過程(加水、加蒸汽)的自動檢測控制,提高配合料混合均勻度。4)開發了快速測定原料及碎玻璃中的COD值的技術方法,通過將原料已含的COD值(化學氧需要量,ChemicalOxygenDemand)一并納入到還原劑加入量的控制中,控制原料的COD值、芒硝含量、碳粉比例以及熔化的氧化還原氣氛,充分利用硫酸鹽的溶解度,有效減少氣泡,尤其是微氣泡。1.2.2玻璃液的預處理研究1)開發了熔窯燃燒模擬技術,研究火焰空間溫度場和玻璃液溫度場之間的相互關系,確立各種規模熔窯的溫度控制目標。2)研究了熔窯池底不同結構對玻璃熔化的影響,及其與回流、微氣泡和能耗等的變化規律關系,優化了耐火材料的匹配選擇。3)研究了投料口寬度與熔化池寬度的比例及對玻璃熔化的影響,合理確定澄清帶的長度、熔窯寬度及其對玻璃液中微氣泡溢出和熔窯熱效率的的影響。4)研究了適合新窯型的卡脖結構形式和尺寸,通過玻璃液的自然對流,有目的地實現控制窯池中央充分澄清好的玻璃液進入冷卻部,減少成形環流中低溫回流的重復加熱。5)研究了適合新窯型的冷卻部結構和面積的大小,使成形玻璃液流是最新鮮的,避免了“滯止臟玻璃液”的出現。6)研究了熔化部熱點區域采取鼓泡等強化對流措施對玻璃液熱點穩定和玻璃液微觀質量改善的影響。7)研究了由于窯型的改變導致池底溫度與常規窯型差異而可能引起耐火材料所產生的微缺陷問題及解決方案和措施。8)開發了新型熔窯電輔助加熱系統,對降低熔窯熱耗、提高玻璃液熔化質量。1.2.3錫槽高效密封技術1)開發了玻璃液流量精確控制技術,控制精度可達到1/1000以上,比常規控制精度提高5倍以上,大大提高了錫槽熱工制度的穩定性。2)開發了新型石墨擋坎及配置方案,結合深液區的優化設置,控制錫液流動,達到控制錫液橫向溫差<2℃的國際先進水平。提高了玻璃表面平整度,減少了玻璃厚薄差。3)開發了錫槽入口、出口隔墻新型整體密封技術,使錫槽出口壓力由原來的15Pa提高到30Pa以上。4)開發了高精度、高穩定性全自動拉邊機,完全可以取代進口設備。5)開發了先進的流液道結構,加強閘板附近的密封,減少熔窯氣氛對錫槽的影響,減少雜質(含O、S等成分)進入錫槽。6)設置高純氮氣密封裝置,對進入錫槽頂部、邊部的保護氣體進行計量,實行精確控制。7)開發了氣體導流技術和裝備,可以有組織地控制錫槽內氣體的流向,排除槽內含SnO、SnS等污染物的氣體,改善錫槽內的氣氛環境,減少由O、S引起的缺陷,提高玻璃產品的質量。8)開發了錫液凈化技術,減少錫離子對玻璃體內的滲透,減輕玻璃的鋼化彩虹。9)開發了保護氣體精細分配技術,根據工藝要求調節氮氫比例,確保進入錫槽的保護氣體滿足生產高質量玻璃的要求。10)優化集成多年理論和經驗,編制了完整的操作軟件用以指導生產,使最佳生產工藝參數具有可重復性,大大縮短改變生產品種的時間。技術開發前后錫槽的工藝參數對比見表1。1.2.4風系統及熱壓設計技術1)通過準確的熱工計算得出各部位的保溫厚度,開發了利于保溫材料鋪設的結構、層鋪錯縫的科學布置和裝填方式,使退火窯具有優良的保溫絕熱性能,穩定窯內氣氛,提高窯內溫度場的抗沖擊性。2)開發了新型電加熱器和布置方式,該電加熱器結構緊湊、體積小、重量更輕、調節范圍更大,有利于在窯內建立一個多層次立體化的可控加熱場。3)開發了獨特的板下風管截面設計和空間布置方式,依據板上、板下風機獨立的風系統設計理念,有效地解決了長期存在的C區板下溫度過高的難題。4)開發了窯內風管熱膨脹補償結構,解決了超長的窯內風管熱膨脹消除問題,保證了窯內風管、風箱之間接頭不泄露,穩定了窯內氣氛。5)開發了Ret區整體化設計,消除了Ret區的溫降拐點,獲得了平滑的溫降曲線,降低暫時應力,提高了玻璃板的切裁率。中國自主開發的退火窯與外國公司退火窯的主要技術參數、性能對比見表2。1.2.5控制系統水平測試1)玻璃液面模糊規則控制系統軟件開發;2)熔窯壓力高精度、小波動控制系統軟件開發;3)熔窯穩定溫度場燃燒控制系統軟件開發;4)熔窯火焰小擾動換向控制軟件開發;5)流液道高精度流量控制系統軟件開發;6)錫槽功率優化分配加熱控制系統軟件開發;7)退火窯溫度解耦控制系統軟件開發。在系統軟件開發過程中,首次將模糊規則控制策略成功應用于熔窯玻璃液面控制系統、熔窯壓力控制系統、退火窯溫度控制系統等過程控制中,達到了高精度、高穩定性的控制效果。該成套系統軟件在成都南玻項目實施后,浮法玻璃生產線各過程控制系統水平均達到國際先進水平,其工藝參數控制水平與國際先進水的對比見表3。采用新一代中國浮法玻璃技術生產的浮法玻璃的實物質量與國際先進水平的對比見表4。通過對原料配料稱量,熔窯、錫槽、退火窯3大熱工設備及自動控制系統成套軟件的一系列科技攻關,并進而對各關鍵技術進行系統集成和工程轉化,形成了具有自主知識產權并全面達到國際先進水平的新一代中國浮法玻璃技術。這就為中國平板玻璃工業實現“一個升級、2個飛躍”(浮法玻璃行業整體技術裝備水平全面升級,產品實物質量和技術創新能力向國際先進水平飛躍)奠定了堅實的技術基礎,也為我國玻璃工業的結構調整提供了強有力的技術支撐。2國浮法玻璃技術的發展雖然采用新一代中國浮法玻璃技術的幾條生產線的技術裝備與實物質量達到國際先進水平,但中國浮法玻璃技術的發展絕不應該就此止步。在我國大部分浮法玻璃生產線的技術裝備水平還不高的現實情況下,在市場競爭全球化、客戶需求多樣化、環保節能嚴格化的新形勢下,應從技術提高型、循環經濟型、環保節能型、品種多樣型等幾個方面進一步推動中國浮法玻璃技術未來的發展。2.1我國浮法玻璃生產線改造的情況具有自主知識產權的新一代中國浮法玻璃技術的誕生,為我國眾多技術裝備水平一般的浮法玻璃生產線改造提高提供了可靠的保證。相信在國家產業政策引導下,在市場競爭推動下,我國浮法玻璃生產線的技術提高和結構調整一定會達到一個新的高度。2.2解決環境污染的措施平板玻璃工業具有自身的特殊之處,生產優質玻璃必須使用精選原料,因此平板玻璃企業難以采用生態工業園區模式來實施循環經濟,筆者以為,中國平板玻璃工業發展循環經濟的思路應當是:圍繞1條主線,把握2個關鍵,落實4個環節。即圍繞社會經濟可持續發展戰略這條主線,把握提高資源綜合利用水平、減少污染物排放2個關鍵,落實到礦山開采和選礦環節、玻璃生產環節、玻璃使用環節和碎玻璃再利用環節。1)礦山開采和選礦環節,要大力提高回采率和綜合回收率,降低采礦貧化率,延長礦山壽命,大力推進尾礦、廢石的綜合利用石英砂選礦過程中產生的尾礦(細砂、泥土等)露天堆放,侵占土地,會對環境造成嚴重污染。為解決這一難題,首先在工藝設計過程中考慮尾泥、細砂的預先分離,尾泥通過脫泥斗并經過濾機脫水成泥餅,該泥餅可用作水泥生產的硅質原料或用于土地復墾;對分離出來的分級細砂,研制出了價格低廉、選擇性好和環境友好的浮選藥劑,開發了新的浮選工藝和關鍵浮選設備,最終在工業生產線上取得了成功。其浮選石英精砂指標達到SiO299.5%～99.7%、Al2O30.15%～0.25%、Fe2O30.015%～0.025%,已大量應用于生產高檔無堿電子玻纖,還可用于高級陶瓷釉料、硅微粉、真空玻璃管、高白料玻璃、高級泡花堿等行業。大幅度提高了其綜合利用價值,解決了長期困繞硅質原料產地的石英尾砂堆放占用大量農田和由此造成的環境污染問題。2)在玻璃生產環節,采用先進的節能、節水技術,降低消耗,采用先進的環保技術減少污染物排放,走節能環保型發展之路。(1)節能技術玻璃工廠節能是一項系統工程,需要采取綜合技術措施,從原料優化、燃燒新技術、改進熔窯結構、加強窯體保溫、延長熔窯壽命、富氧燃燒、全氧燃燒、余熱發電等方面共同推進。目前,采用新一代中國浮法玻璃技術的600t/d熔窯熱耗已達到1450kCal/kg玻璃液,900t/d熔窯熱耗可降至1350kCal/kg玻璃液。國內玻璃企業普遍在熔窯尾部設置余熱鍋爐來回收余熱,余熱鍋爐產生的蒸汽作為重油伴熱或采暖,但是這這種方式遠遠沒有充分利用余熱資源,在南方地區或以天然氣為燃料的玻璃生產企業這種現象就更為突出。利用玻璃熔窯廢氣余熱,通過增設高效余熱鍋爐及配套的凝汽式汽輪發電機組進行發電,可大量回收玻璃熔窯廢氣余熱,達到節約能源、降低熱耗、提高企業經濟效益的目的。某浮法玻璃企業有2條500t/d浮法玻璃生產線,采用國內自主開發的余熱發電系統,可實現年發電量2800×104kWh,項目總投資約4000萬元,3年左右可收回投資。(2)節水技術浮法玻璃工廠的設備冷卻用水均以循環使用為主,循環用水的循環方式分為密閉式循環系統和敞開式循環系統2種。敞開式循環冷卻水是目前浮法玻璃工廠應用最普遍的一種冷卻水系統,但這種開式循環會產生電化學腐蝕、CaCO3在傳熱面上結垢析出、換熱器內粘泥沉積等問題,造成換熱器換熱效果下降,過水斷面減少,通水能力降低,水資源浪費,容易釀成事故。閉式循環冷卻水系統克服了敞開式循環系統的弊端,冷卻水在密閉系統中循環使用,不與空氣直接接觸,水質不受污染,具有設備使用壽命長、新水補充量少(僅為敞開式冷卻水系統的20%)、有利于主線工藝設備的操作等優越性。(3)環保技術我國的大部分浮法玻璃生產線以重油為燃料,煙氣中的SO2是造成大氣污染的主要因素。為貫徹循環經濟的理念和清潔生產的方針,開發了具有自主知識產權的煙氣脫硫除塵技術及成套裝備,在深圳、廣州、山東等地玻璃企業得到應用,環保部門驗收監測的數據表明,該煙氣脫硫除塵系統完全滿足現行國家標準對玻璃工廠污染物排放的要求。雖然現行國家標準對玻璃工廠氮氧化物排放尚未做出限制,但新的浮法玻璃工廠環境保護標準將對玻璃工廠氮氧化物排放加以明確的限定。因此,開發新型高效的氮氧化物治理(脫硝)技術,是我國玻璃行業未來重要的攻關領域之一。可從以下幾個方面開展脫硝技術的研發:1次治理措施:氧助燃技術;分層燃燒技術;采用低空氣過剩系數;選用低NOx燃燒器。2次治理措施:重燃法;無催化劑的選擇性還原技術;有催化劑的選擇性還原技術。3)在玻璃使用環節,開發玻璃加工的新技術、新工藝,注重采用復合加工技術,為建筑節能和減少排放做貢獻。(1)建筑節能目前我國建筑能耗占社會總能耗的27.6%,在15年后我國終端能耗中超過1/3是建筑能耗。我國目前既有的400多億平方米城鄉建筑中的99%為高耗能建筑,新建的數量巨大的房屋建筑中,95%以上還是高能耗建筑。我國在今后10～20年內要保持國民經濟8%左右的增長速度,將面臨著巨大的能源不足壓力和責任,建筑節能將成為減輕這種壓力、滿足國民經濟可持續增長的有效途徑。建筑節能是一項綜合性的系統工程,而科學合理地使用具有節能、安全、環保特性的加工玻璃則是這一系統工程中極其重要的環節之一,如果這一環節不能得到足夠的重視和有效的實施,建筑節能工作就難以取得實質性的推進。我國幅員遼闊,氣候差異大,有“三北高寒地區”,有“冬冷夏熱地區”,有“夏熱冬暖”地區等多種氣候特征,因此要研制開發能適應不同氣候特征的加工玻璃產品,以滿足建筑節能、國家未來能源戰略的實施和經濟社會可持續發展的要求。(2)太陽能利用我國是能源資源嚴重短缺的國家。石油、天然氣人均剩余可采儲量僅有世界平均水平的7.7%和7.1%,儲量比較豐富的煤炭也只有世界平均水平的58.6%。按目前探明儲量和開采能力測算,我國煤炭、石油、天然氣的可采年限分別只有80年、15年和30年,而世界平均水平分別是230年、45年和61年。2005年我國煤炭產量達21.9億t,比2000年翻了一番,仍不能滿足需要。石油凈進口量由2000年的0.76億t,迅速增長到2005年的1.43億t。我國能源利用效率只有33%,比國際先進水平低10個百分點左右;2003年單位國內生產總值能耗是世界平均水平的3.1倍;2004年我國國內生產總值約占全世界的4.4%,而煤炭消費占35%以上,原油消費占7.8%(按當年匯率計算)。近年來單位國內生產總值能耗不降反升,按2000年價格計算,2002年～2004年分別為1.30、1.36、1.43t標準煤/萬元,2005年與2004年持平。因此,大力發展太陽能產業是我國實現社會經濟可持續的重要途徑。已先后開發出兩大類太陽能發電系統,第1類是在單體建筑物的屋頂和幕墻上安裝的光伏發電系統;第2類,是大面積集熱式太陽能發電系統。光伏發電系統與超白玻璃的關聯情況,大致是每100瓦裝置需用鋼化超白玻璃1～2m2;集熱式太陽能發電系統則需要大量使用優質超白浮法薄玻璃制造聚熱鏡面。在國際市場上,太陽能產業在國外每年以30%～50%的速度遞增,是目前世界上比IT產業發展更為迅速的產業。統計資料顯示,近幾年中國太陽能產業以“爆炸式”的增速度長(見表6),帶動了超白玻璃需求的迅猛增長。3)大力開發碎玻璃應用新技術、新工藝碎玻璃除了回收到玻璃工廠繼續用于玻璃生產外,還可以用于建筑材料生產、用于裝飾材料生產、用于農