凯盛科技引领中国浮法玻璃工艺的创新与发展

2021-03-31吴学理胡光跟王保军

建材世界 2021年5期

吴学理，胡光跟，汤俊，王保军

(1.中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司，蚌埠 233010；2.中国建材国际工程集团有限公司深圳分公司，深圳 518054)

20世纪50年代英国皮尔金顿公司发明浮法玻璃工艺并成功用于工业化生产后,浮法工艺迅速成为世界范围内平板玻璃生产的主导工艺。为改变我国玻璃工业的落后面貌,国内相关科研院所与洛玻一道，自力更生、艰苦攻关，在当时十分困难的条件下,团结协作,走出了一条独立自主开发浮法玻璃生产技术的艰苦创业之路。

从1963年到1981年,历经18个春秋,中国的玻璃科技工作者先后完成了实验室研究、中间试验和工业性试验。1971年9月23日成功建成投产了我国第一条浮法玻璃生产线——洛玻浮法一线，并于1981年4月12日通过国家级技术鉴定，被命名为“洛阳浮法玻璃工艺”。它的诞生，开创了中国玻璃工业变革、创新和发展的新时代。

1 风雨兼程浮法玻璃工艺技术突飞猛进

1981年至今的40年间,中国浮法玻璃技术取得了令世界瞩目的巨大进步。玻璃工业的产业结构实现了从垂直引上工艺占主导地位到浮法工艺占绝对主导地位的根本性调整。这期间在一批具有远见卓识的优秀企业家的努力开拓下,在科研设计院所强有力的技术支撑下,中国浮法玻璃技术取得了一系列里程碑式的重大突破。

1985年国家重点科技攻关项目彩色电浮法玻璃通过鉴定，开创了我国彩色浮法玻璃生产的先河，产品质量处于国际同类先进水平，改变了国内玻璃品种和颜色单一状况。同年，洛玻建成了400 t/d的第二条浮法玻璃生产线，浮法玻璃工艺实现了“从小到大”的突破。

1987年12月，洛玻集团与蚌埠院通力合作的项目——将九机垂直引上玻璃生产线通过技术改造成为一条300 t/d级浮法生产线，实现了洛阳浮法玻璃工艺“从旧到新”的突破。该项目顺利投产成功,对垂直引上改浮法工艺起到了示范和引导作用,掀起了淘汰落后工艺、发展浮法技术的高潮,之后约有20条六机、九机等垂直引上生产线先后改造为浮法玻璃生产线。

1990年洛玻浮法二线结合冷修进行了全面技术改造,被原国家建材局认定为“中国浮法玻璃工艺技术改造样板线”,达到了20世纪80年代国际先进水平。

“七五”期间,原国家建材局组织蚌埠院等单位实施了一大批从矿山原料到冷端切裁全方位的技术攻关课题,有力地促进了中国浮法工艺技术和装备水平的提高。

20世纪90年代初,原国家建材局组织,蚌埠院等单位参与引进的美国托利多浮法玻璃熔窑技术,通过推广使用,使我国浮法熔窑在熔化能力、能耗指标、熔窑寿命、熔化质量等方面都取得了很大进步。

1997年12月,我国自主设计的熔化量达到600 t/d,国内规模最大、板宽最大、窑龄最长、装备水平最高的洛玻一线改造项目投产成功,经过洛玻与蚌埠院等单位联合攻关,其产品质量基本达到合资企业实物质量水平,代表了当时中国浮法技术最高水平，实现了中国浮法玻璃规模和水平的新跨越。

1999年，为了全面提高洛阳浮法工艺技术和装备水平，洛玻集团与蚌埠院等单位联合攻关，先后开发了“配合料REDOX控制”、“玻璃液中Fe2+/Fe3+的控制”、“熔窑交叉限幅控制”等技术，提高了玻璃熔化质量；采用新的熔窑设计、保窑及生产操作技术，使窑龄由过去的5年提高到10年以上；开发了“锡槽密封技术”、“锡槽吹扫技术”、“小速比成型技术”，提高了玻璃成型质量；提出了超厚浮法玻璃成型的技术方案，开发了“超厚玻璃成型技术”，生产出最大板宽4.5 m，19 mm、25 mm的超厚浮法玻璃，成为中国浮法玻璃发展史上一个重要里程碑。实现了“装备、品种、质量”三大技术突破，在工程设计、施工和装备水平、生产操作技术等方面得到了全面提高。

2001年在龙门玻璃厂基础上建成的拥有自主知识产权的中国首条电子工业用超薄玻璃生产线，成功开发出1.5 mm、1.3 mm、1.1 mm、0.7 mm、0.55 mm系列超薄浮法玻璃产品，使我国成为世界上第二个拥有超薄玻璃生产自主知识产权的国家。2006年，洛玻集团在首条电子工业用超薄玻璃生产线的基础上，兴建了250 t/d提高型超薄浮法玻璃生产线，可稳定生产0.45～1.1 mm厚度TN、STN级用于液晶显示器的基板玻璃，进一步将洛阳浮法工艺技术推向一个新的水平。该项目2006年获国家科技进步一等奖，是我国浮法玻璃技术的又一次重大创新和突破。2017年，中国建材工程集团对该生产线进行总包技改，对生产关键工序中的原料、熔窑、锡槽、退火窑与冷端主要工艺设备及控制系统进行了全面优化升级改造，使其具备了生产0.4～1.3 mm浮法玻璃的能力，产品质量达到STN级标准，替代进口，能源消耗大幅度下降，实现“节能降耗”的高标准，达到当时国内先进水平。

2010年，针对国际电子玻璃科技创新发展趋势和超薄超白玻璃的市场需求，洛玻集团通过技术创新，研发设计了我国第一条250 t/d超薄超白玻璃生产线。该生产线采用国际、国内最先进科技成果，玻璃熔窑、锡槽等关键设备得到全方位的改进和提高。该项目打破了国外技术封锁和产品垄断，在基础研究、工艺技术、装备和产品开发应用等方面都取得重大创新和突破，实现了由传统领域向电子领域的重大跨越，为电子信息材料产业的健康和可持续发展创造了条件，使中国浮法技术迈入一个崭新阶段。

2 科技创新引领传统浮法玻璃工业高质量发展

谈到中国的玻璃工业，总是绕不开一个名字——蚌埠玻璃工业设计研究院。长期以来，以蚌埠院和中国建材工程集团为核心企业的凯盛集团致力于“第二代中国浮法玻璃技术与装备研发”计划，就行业前沿、共性、重大关键技术开展研究。目的是在现有工艺技术基础上，通过与国际先进技术进行对标，找出差距，进行攻关，进而达到拥有世界先进的浮法玻璃工艺技术。通过第二代中国浮法玻璃技术的创新和研发，为玻璃行业优化存量提供技术支撑，为深加工、增加附加值、优化结构提供基础和保障，实现创新、提升，进而超越与引领世界浮法玻璃工业的发展。

为此，凯盛集团在原料提纯、玻璃成分及配方、新型熔化、超薄成形、精深加工等方面形成了多项关键技术，为信息显示玻璃产业迈入“中国制造2025”打下坚实基础。凯盛集团围绕浮法玻璃原片提出了多个研发课题，如高质量配合料生产及控制技术、新型熔窑结构优化、锡槽性能优化提高、锡槽内温度场及锡液流动的模拟与优化、新型退火窑研发、优质浮法玻璃冷端设备和控制系统开发、浮法操作软件研发及操作管理实现智能化、新型垂直搅拌器研制等。

凯盛集团致力于浮法玻璃熔窑的节能设计，大力开发应用熔窑计算机模拟技术，通过对玻璃熔化、澄清与熔窑结构热力学和动力学规律的研究，对浮法玻璃熔窑结构进行了一系列优化，并成功地应用于工业生产。开发了浮法玻璃熔窑的全氧燃烧技术，与传统的玻璃熔窑空气助燃技术相比，具有节能、可大幅度降低NOx和粉尘等有害物质的排放量以及熔化率高等显著特点，被誉为玻璃熔化技术发展历史上的第二次革命。开发了浮法玻璃熔窑废气的余热发电技术。多年来，凯盛集团在总结燃气联合循环、各种工业窑炉余热发电系统技术及装备的经验基础上，开发了适合浮法玻璃熔窑烟气特性的余热发电技术，利用该技术对浮法玻璃熔窑烟气余热进行综合利用。开发了浮法玻璃熔窑废气的脱硫脱硝和除尘技术。中国建材工程集团根据浮法玻璃熔窑的烟气特点成功地开发并应用于国内外诸多浮法玻璃生产线的脱硫、脱硝和除尘系列设备。

锡槽是浮法玻璃成型的关键设备，为提高中国浮法锡槽的技术水平，凯盛集团持续组织技术力量对锡槽的关键环节进行科技攻关，取得了重大突破，主要表现在：1)锡槽用关键耐火材料的质量得到了显著提高。2)锡槽流液道采用喇叭口形结构。3)采用精准的玻璃液流量控制技术。4)采用锡液回流控制及横向温差控制技术。5)采用全自动吊挂式浮法玻璃拉边机，中国建材工程集团开发的该设备目前已经在行业内得到广泛的应用。6)采用诱导式扒渣机。7)蚌埠院根据国家攻关计划完成了锡槽保护气体终端净化技术和锡槽内气体导流技术的开发，进一步改善了锡槽内的气氛环境，减少了由氧和硫所引起的成型缺陷，提高了玻璃质量。8)全面加强锡槽密封，提高槽内压力，减少氧对锡液的污染。

为了整体提高中国浮法玻璃技术的装备水平，节能降耗，凯盛集团在引进、消化和吸收国外先进制造技术的基础上，不断创新，先后开发了具有中国特色的全钢全电浮法玻璃退火窑，替代进口，满足生产超厚、超薄和超大板宽浮法玻璃退火的要求。中国建材工程集团生产的世界上最大规格1 200 t/d浮法玻璃退火窑2011年就已经投入生产运行。

在实现工艺技术“国产化”的同时，蚌埠院还加强技术攻关，顺利实现了生产装备、产业链条的全部“国产化”，把“命门”紧紧握在了自己的手中。项目生产线装备由蚌埠院自主研发，熔窑、锡槽、退火窑等主要热工装备全部具有完全自主知识产权。

在浮法工艺技术智能化发展历程中，创建浮法玻璃工厂DLP数字化高清晰大屏幕智能信息显示系统平台。利用高清晰DLP技术、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、网络技术等先进计算机技术，与生产自动化SCADA系统、安防监视VSCS系统等高度集成，构建了浮法玻璃生产集中监管、信息共享和调度指挥平台。2020年，凯盛集团旗下河南省中联玻璃有限责任公司建成浮法玻璃工厂全集成网络化控制系统。利用新一代控制技术、网络技术和计算机技术，将热端、冷端、原料和公用工程等全厂数据信息整合集成，数据互通、信息共享，建立了浮法玻璃工厂大数据分析系统、浮法玻璃工厂云计算系统、互联网远程监控系统。在生产高质量产品的基础上，将生产运营数据与大数据、云计算、人工智能等前沿技术相结合，建立玻璃工厂信息管理和服务，实时掌握产销流程、提高生产过程可控性，实时精准分析生产线各项数据，实现玻璃工厂降本增效、节能减排，建成了国内一流、世界领先的高水平玻璃智能工厂样板工程。

同时，中国建材工程集团开发的以焦炉煤气、发生炉煤气等低热值燃料为能源的浮法玻璃生产线不断突破技术瓶颈，产线规模达到800 t/d。

3 转型发展开启中国玻璃新材料产业先河

2007年洛玻进入中国建材集团，2014年洛玻被纳入凯盛科技集团。凯盛集团的科技创新能力得到进一步加强，向新技术、新能源、新材料、新装备的方向扎实迈进，逐步走向多功能、高端化、智能化、绿色化、国际化的高质量发展目标。

2010年1月，蚌埠院被国家科技部列入“第二批企业国家重点实验室建设名单”，承建“浮法玻璃新技术国家重点实验室”，10月浮法玻璃新技术国家重点实验室建设计划书通过了科技部组织的专家论证，2015年7月通过科技部验收。重点实验室的主要研究方向为:1)高品质浮法玻璃技术;2)浮法玻璃节能降耗与环保减排技术应用基础;3)玻璃功能膜材料设计和镀制工艺应用基础;4)玻璃新材料。

2013年9月，凯盛集团旗下蚌埠中建材信息显示材料有限公司150 t/d超薄玻璃生产线建成，该生产线是目前国内唯一一条具备生产0.12～1.1 mm全系列超薄高端电子信息显示基板能力的浮法玻璃生产线，全套技术及装备具有完全自主知识产权，整体达到国际先进水平，率先在国内成功实现了0.25 mm、0.20 mm、0.15 mm超薄浮法电子玻璃的工业化批量稳定生产。2018年蚌埠中显成功量产0.12 mm世界最薄触控玻璃，刷新了浮法生产电子玻璃最薄的世界纪录，标志着中国浮法玻璃技术达到世界领先水平。“触控显示用超薄浮法电子玻璃工业化制备关键技术开发”获得2016年度国家科技进步二等奖。

蚌埠中显公司超薄玻璃生产线成功拉引0.12 mm超薄玻璃后，又成功开发出0.2 mm中铝玻璃并实现量产，打破国外技术垄断，填补国内空白。2018年11月9日，工业和信息化部、中国工业经济联合会联合发布第三批单项冠军企业和单项冠军产品名单，蚌埠中显公司“超薄浮法电子玻璃”产品成功入选单项冠军产品名录。

为进一步提升产品质量，实现技术升级，生产满足市场要求的高附加值的电子功能材料，以应对信息产业的飞速发展和日益激烈的市场竞争，实现企业的可持续发展，2017年3月16日，凯盛集团投资5亿多元在偃师龙海公司超薄电子玻璃生产线原址上建设了新一代180 t/d 信息显示超薄基板生产线，生产0.55～1.1 mm信息显示超薄基板。该工程项目由蚌埠院设计、中国建材工程集团承建。项目具备生产国际领先、国内一流的高端电子玻璃产品，完全满足信息显示超薄基板下游客户的各种特殊生产需求。

新材料产业是凯盛集团加速迈向高质量发展的重要布局。在浮法玻璃新品种方面，凯盛集团旗下企业盖板玻璃、CIGS发电玻璃用高应变点基板玻璃、高硼硅防火玻璃、TFT玻璃基板等生产线相继建成投产。

2018年4月，中建材(蚌埠)光电材料有限公司建成投产超薄高强高铝盖板玻璃生产线。该项目采用蚌埠院自主研发的超薄浮法工艺，可生产0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.7 mm、1.1 mm的超薄基板，主要应用于智能手机、平板电脑、银行触控一体机等领域，产品性能达到国际先进水平。打破了我国触摸屏用超薄高铝盖板玻璃长期依赖进口的局面，为中国光电显示高端材料事业作出了新的重大贡献，标志着中国建材集团创造电子信息显示产品“四块三种”玻璃的中国最高水平，对完善我国光电显示产业链，促进光电显示产业健康发展具有重要意义。

高应变点玻璃是一种应变温度530 ℃以上且热处理过程不易变形的玻璃产品，可作为电子基板、薄膜太阳能电池基板材料，广泛应用于公共信息、办公、工业控制和军事等领域。目前，国际上仅有日本和法国的几家公司掌握高应变点玻璃生产技术，导致产品在国内销售价格居高不下，研制具有自主知识产权的高应变点玻璃势在必行。凯盛集团经过多年的科技攻关，成功研制出应用于太阳能电池的高应变点玻璃产品，取得多项创新成果：一是全新设计R2O-RO-Al2O3-SiO2玻璃氧化物组成体系，优化矿物原料粒度级配，形成一整套可用于薄膜太阳能高应变点玻璃基板生产的料方体系，材料应变点温度达530 ℃以上。二是设计高性能导电薄膜结构，采用CuZn替代Mo作为导电层，镀膜线采用磁流体代替橡胶轴承密封并增加SiN阻挡层，有效降低了产品成本(约30%)，提高了膜层均匀性和溅射稳定性。三是突破全氧燃烧工艺适配性、高黏度玻璃液成型特性、2 mm薄玻璃板稳定成型过程控制以及精密退火等技术难题，形成浮法制备高应变玻璃基板全套生产工艺，产品性能指标达到国际先进水平，一等品率达90%以上。四是掌握Cu、Zn等元素的最佳配比，调节MoN层溅射气体比例和溅射功率，实现了SiN层与玻璃基板的良好结合，所研制的高真空、高隔离系数磁控溅射装置产品良品率达到99%。

基于项目成果研制的高应变点玻璃已在凯盛集团旗下安徽华光光电材料集团实现规模化量产，产品通过日本Solar Frontier K K公司质量检测，指标全部合格。另一项依托项目研究成果的产品——背电极玻璃已在安徽兴科玻璃有限公司完成产业化，产品各项性能指标达到或优于国外同类产品，并首次实现对外出口。项目实现了薄膜太阳能电池关键基础材料的国产化，打破了国外对高应变点玻璃基板的技术垄断，对于填补相关产业链环节缺失，增强我国装备制造业自主创新能力具有重要意义。

TFT-LCD玻璃基板是电子信息显示产业的关键战略材料。之前我国大尺寸液晶电视所需的8.5代TFT-LCD玻璃基板完全依赖国外公司的技术和产品，尚无法实现自主生产。面对这一现状，凯盛集团主动请缨，承担了《高世代电子玻璃基板与盖板生产关键技术、装备研究与开发》这一国家“十三五”重大科技专项工作，投资建设了我国首条8.5代TFT-LCD玻璃基板生产线项目。作为国家重点研发计划“高世代电子玻璃基板和盖板核心技术开发及产业化示范”项目，历经数十次的技术攻关，自主创新开发的铂金流道浮法工艺，成功地打破了国外的垄断。项目的成功实施不仅实现了我国高世代液晶玻璃基板“零”的突破，还将形成具有我国自主知识产权的高世代电子玻璃关键工艺技术。

在8.5代TFT玻璃基板生产线装备的研发方面，凯盛集团针对极难熔硼铝、铝硅酸盐系电子玻璃熔化方式和窑炉结构关键环节进行技术创新，开发出电熔化与全氧燃烧相结合的低碳高效熔化技术，降低了配合料、玻璃液中硼组分的挥发，提高了原料利用率、改善了对设备的侵蚀，同时降低表层玻璃液富硅层的产生，提高了玻璃液澄清、均化质量。设计出新型结构窑炉，选用氧化锡电极，创新梯级控制熔化技术，提高料山下方电熔功率，料山下方电极偏移至投料池，实现高效熔化。根据玻璃液流量、铂金材料高温理化性能，进行高温力学分析，优化设计具有较好高温强度的铂金通道。开发出高温浅层脱泡、温度精密控制、多级强制搅拌、微环境控制技术，提高了玻璃液的流动性，加强了熔化区玻璃液对流，显著提高了熔化质量和熔化量，实现电子玻璃在高粘度状态下的澄清和强制均化。2019年9月18日中国首片自主研发的8.5代TFT-LCD玻璃基板在蚌埠成功下线，开创了8.5代TFT-LCD超薄浮法玻璃基板国产化的先河。

中国工程院院士、凯盛集团董事长、中国建材集团总工程师彭寿多次强调，8.5代TFT-LCD玻璃基板生产线作为国家重点研发计划项目，必须科学谋划、精心实施、全力突破，服务国家战略大局，展现凯盛作为；要贯彻落实中央经济工作会议精神，全力“固链、补链、强链”，促进企业高质量发展；要全面总结8.5代TFT-LCD玻璃基板建设和研发生产的经验，以国际化的技术水平和建设效率加快推进二线工程项目建设，确保高标准、高质量达产达标，创造中国高世代TFT-LCD玻璃基板建设的“凯盛速度”。尽快提升8.5代TFT-LCD玻璃基板产能，为后续生产线建设打下良好的基础。

4 产业报国打造民族玻璃工业品牌

长期以来，凯盛集团通过不断改进提高工艺和技术，努力打造玻璃工业全新的产业链，取得了骄人的业绩。在国内和出口的高端玻璃市场均占据90%以上的份额，是中国玻璃行业当之无愧的领军企业。在玻璃行业结构调整与转型发展的过程中逐渐成为中国玻璃行业的知名品牌、中国新能源业务的知名品牌、国际化业务的知名品牌。

在国际市场上，早在1988年，蚌埠院成套出口到印尼ARB的300 t/d玻璃项目，标志着中国浮法工艺技术正式走出国门，带动了相关产业的迅猛发展；2006年，凯盛集团成套出口印尼的TG-2 900 t/d玻璃生产线，标志着中国大吨位浮法技术得到世界认可；2015年，凯盛集团总承包的韩国KCC 1 200 t/d项目的建设成功，标志着代表世界最大吨位的浮法成套工艺装备成功打入发达国家市场，技术水平达到国际一流；2020年，中国第二代浮法技术服务于美国加迪安公司，标志着中国浮法技术得到世界一流玻璃企业的认可。

根据中国建材集团的战略部署，凯盛集团紧盯高端新玻璃发展方向，积极开展研发创新，不断整合旗下企业产品结构，电子超薄浮法玻璃产量所占比重大幅上升，太阳能光伏玻璃实现新突破。新材料和高附加值产品所占比重迅速提高，上市公司从建材领域向电子信息显示领域和太阳能光伏领域的转型进一步夯实。