中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术发展与创新<br/>——超大吨位浮法玻璃熔窑技术的研发过程和发展回顾

中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术发展与创新
——超大吨位浮法玻璃熔窑技术的研发过程和发展回顾

2021-11-28何威

玻璃 2021年10期

何威

（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司秦皇岛 066001）

0 引言

浮法玻璃熔窑作为玻璃生产中的核心设备，在玻璃工业中的重要意义如同人们的“心脏”，其技术水平决定着企业的核心市场竞争力，影响着整个玻璃行业发展的方向和未来。

我国浮法玻璃熔窑技术伴随着中国“洛阳浮法玻璃工艺”的发展一同走过50年的光辉历程。几代窑炉科技工作者发扬艰苦奋斗、科技自强的信念，在相关技术领域不断探索、创新，使我国浮法玻璃熔窑的生产规模从最初的15 t/d发展到当今世界最大熔化1300 t/d及以上规模，熔制玻璃质量从满足于取代垂直引上的窗玻璃发展到今天可用于汽车、制镜、镀膜等适合于建筑、深加工、功能玻璃领域的各类优质玻璃，整体水平达到、部分指标超过国际先进技术水平。

在技术研发探索的历程中，发生过很多令人激动而自豪的创新故事，推动着中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术不断登上新的台阶。尤其是至今还深刻影响着世界玻璃制作业发展的超大吨位浮法玻璃熔窑技术的诞生，很有代表性，令人印象深刻。

这项技术由秦皇岛玻璃工业研究设计院（秦院）研发，以秦院设计、江苏华尔润集团投资于2004年建成900 t/d超大规模优质浮法玻璃生产线为成功标志，首次实现单线以900 t/d熔化量的超大吨位生产出优质浮法玻璃，达到世界先进水平，宣示了中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术取得了重大突破，推动中国洛阳浮法玻璃技术发展进入了快车道。该技术成果获得2008年国家科学技术进步二等奖。

在当前国家实施“碳达峰”、“碳中和”发展规划的背景下，玻璃熔窑作为传统能源消耗型行业中的大型耗能设备，其技术的提升和创新的使命将更加任重道远。我们在此回顾超大吨位熔窑技术研发前前后后的历史点滴，宣讲我国广大玻璃工作者艰苦奋斗的精神，传承和坚定我们不断创新的信心，激励后人继续为中国玻璃事业的辉煌再创新篇章。

1 探索中起步

中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术自1971年发明诞生，玻璃窑炉的技术配套即伴随着工艺研究同步进行着。最早配套用于浮法项目课题研究的熔窑是一座15 t/d生产玻璃球的马蹄焰窑炉，这是当时我国在一穷二白艰苦条件下科技研究的无奈之举，项目组能有一个提供工业试验环境的原料熔制设备就很满足了。后来，随着我国浮法工艺研究工作的不断深入，配套窑炉逐步采用熔化能力更高、熔制质量更有保障的横火焰窑炉，实验用窑炉熔制能力发展到75、135、255 t/d，直到1982年9月1日，由秦皇岛玻璃工业设计院、玻璃研究院（秦院）设计，我国真正意义上第一条自行设计量产浮法玻璃生产线“内蒙古通辽玻璃厂270 t/d浮法线”成功点火，具备满足当代浮法玻璃工艺生产要素及工艺控制基本需求的中国“洛阳浮法玻璃工艺”专用配套窑炉技术才算诞生和起步。虽然从现代的视角看，当年她是那么古朴，各种配置档次不高，设计理念不够先进，但是她能够在当时我国工业水平和装备能力条件下满足中国洛阳浮法玻璃工艺生产线对玻璃熔制质量的基本要求。这是一个真正的突破，是标志着我国配套浮法玻璃窑炉技术从此具备了系统的基础研发、设计配套、生产管理的能力，是中国洛阳浮法玻璃技术关键设备走向成熟的开始。

1985年，“六五国家科技攻关项目”洛玻二线《日产400吨级浮法玻璃生产工艺和装备》建成投产，该项目由杭州新型建材设计院（杭院）牵头，洛阳玻璃厂和上海玻璃机械厂共同参与承担，熔窑的生产能力扩大到400 t/d，实际能生产到412 t/d，熔制质量能够满足原板宽3.5 m、玻璃厚度3～15 mm的浮法玻璃生产。1989年，杭州院以此项目研发成果获得国家科技进步一等奖。洛玻二线熔窑技术是我国浮法玻璃熔窑技术发展的重要成果，代表我国浮法玻璃窑炉技术在400 t/d级别中等规模窑炉研发设计取得了重要的成就，也为我国浮法玻璃生产线熔窑继续扩大规模迈出了可喜的一步。

2 发展中成长

随着对通辽270 t/d、洛玻二线400 t/d等浮法线成果的总结和完善，到上世纪90年代初，我国建成多座300～400 t/d燃煤、燃油浮法玻璃生产线，基本解决了300～400 t/d级中国“洛阳浮法玻璃工艺”中熔窑等关键设备的设计、建设、配套、生产管理、运行维护等方面的技术问题，有力保障了中国“洛阳浮法玻璃工艺”的持续改进和发展。但是在这个阶段存在着设计、生产、管理及装备水平不高，生产线能耗高，劳动生产率较低，玻璃品质、质量和综合技术水平与国内合资及外资独资企业存在较大差距等许多亟待提高的问题。

为了缩短我国关键装备与国外技术的差距，1990年，由秦皇岛玻璃工业设计院（秦院）牵头的通辽玻璃厂技改工程正式启动。该项目窑炉首次采用了消化引进托利多技术，运用了全联通箱式蓄热室、宽喷火口、新型火焰空间结构、新型胸墙等新型结构，配套热端控制首次使用分布式计算机数据采集系统（DCS）。该线于1992年12月15日成功投产，将浮法玻璃生产线熔化量由270 t/d改造为400 t/d，在熔窑热单耗、玻璃质量、效益三方面成效十分显著。这是我国第一座全面采用计算机DCS系统进行热端控制的现代化浮法窑炉，她的成功使我国玻璃熔窑技术和自动控制技术上了一个新台阶，在玻璃行业起到了示范作用，并于1996年获得了国家设计金奖。

1996年4月，在中国“洛阳浮法玻璃工艺”诞生20多年时，我国集当时技术成果之大成，采用三院联合攻关设计建设了500 t/d耀华浮法玻璃示范线项目。其中熔窑由秦皇岛玻璃工业研究设计院（秦院）负责，这是当时国内熔化能力最高、自动化水平最高、能耗最低的现代化浮法窑炉。窑炉采用前脸复合式吊墙、浅池平底结构、宽喷火口、炉下式燃烧系统、全保温结构、超级烟道系统，控制全面采用计算机DCS系统，设计寿命为8年，能耗指标为7110 kJ/kg玻璃液（1700 kcal/kg玻璃液）。这个项目投产后，窑炉能耗低于7110 kJ/kg玻璃液（ 1700 kcal/kg玻璃液），生产品种为2～15 mm 优质浮法玻璃，产品质量优良，充分展示了窑炉生产规模增加所产生的节能降耗的优势，是我国浮法技术发展的一个重要标志成果。这个窑炉最终运行了13.5年，是至今为止我国自行设计建造的使用寿命最长的窑炉。其成功标志着我国500 t/d级现代化浮法玻璃熔窑技术已经成熟。

20世纪末，我国新建了一大批采用中国洛阳浮法技术的400～500 t/d的现代化浮法玻璃生产线，迎来了我国浮法玻璃行业发展的一次高潮。

3 提升和尝试

3.1 国家浮法玻璃实验基地（试验线）

为加速科研产业化，在国家建材局推动下，20世纪80年代，秦皇岛玻璃研究院（秦院）和耀华玻璃厂合资建设了一条200 t/d级的浮法玻璃试验线，用于提升中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术的整体水平。从1995年到2000年期间，在厚玻璃生产技术上取得了重大突破，成功商业化生产出12 mm厚的玻璃板，改写了我国厚玻璃全部依赖进口的历史，同时试验线在2 mm薄玻璃生产方面积极探索，也积累了很好的经验。该线多项技术装备填补了国内空白，超厚玻璃项目获得1997年国家科技进步二等奖。

这条生产线窑炉技术采用了当时成熟的体系，在生产技术研究方面探索了熔窑结构、生产操作与浮法玻璃内在质量提质、厚薄品种转换、自动控制及配套等相关性研究，其成果为提高中国“洛阳浮法玻璃工艺”在厚、薄玻璃品种生产工艺技术研究和装备适配能力方面做出了很大贡献，为将来超大吨位浮法玻璃生产线的研发和运行积累了大量生产基础数据。

3.2 6080玻璃加工中心项目——大吨位窑炉与大规模浮法玻璃生产线关键基础技术的研发

1998年以后，我国浮法玻璃工业经历了一个大发展时期，又面临新的发展课题。当时市场需要质优价廉、规格多样的商品；国家需要节能、环保的企业；企业需要生产效率更高、成本更低、玻璃质量更好的技术。此时许多企业对窑炉节能降耗、更大规模生产性能提出了更高的期盼。而当时皮尔金顿公司在上海建立的SYP生产线又以优质的原片、高水平的技术和大规模的生产方式成为了玻璃行业“标杆”，自主研发优质玻璃大规模生产技术成了我国玻璃工作者的追求。

2002年，秦皇岛玻璃工业研究设计院（秦院）与华尔润集团签订了6080玻璃加工中心项目的合同，掀开了提升中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术科技创新、追赶世界先进水平的篇章。

当年，我国自主研发采用“洛阳浮法玻璃工艺”的最大规模生产线是洛玻600 t/d的浮法线，而国内生产规模最大、质量最好、效益最佳的生产线是上海SYP700 t/d外资生产线。另外，国内还有若干条日本、英国、美国等外资合资生产线，生产规模多在400～600 t/d级，装备及质量水平也都很高。

为了缩小与国际玻璃巨头、国内外资合资线之间的技术差距，提高产品质量档次，同时也为了进一步扩大生产规模、降低生产成本、调整优化产品结构，满足深加工优质原片玻璃的大批量生产，适应越来越激烈的市场竞争，江苏华润（集团）公司决定筹建6080玻璃加工中心，委托秦院在当时技术水平的基础上进行高品质生产线提升研究和设计，围绕大规模生产优质浮法玻璃这个重点研究设计一条采用中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术的国内最高水平的浮法玻璃生产线。这条生产线的规模定位700 t/d，厂院双方将其定位为跨世纪工程。

为此，双方对标国内外玻璃质量标准，确定该浮法玻璃生产线的生产规模、装备水平及产品质量等定位在SYP的水平，强调产品实物质量对比达到SYP的实物水平，而且确定该线将以厚玻璃生产为主。

熔窑作为最重要的关键设备之一，提出来立足国内耐火材料、能耗低于6280 kJ/kg玻璃液（1500 kcal/kg玻璃液）、窑龄8年以上，熔制水平达到合资线水平的技术指标，要确保能够为整个生产线实物质量达到SYP水平提供熔融优质玻璃液。

在项目建设过程中，秦院研发并首次运用了一大批新型窑炉技术，如：新型柔性力吊墙、准等宽投料口、大中心角大碹、高火焰空间、混合燃料燃烧、双高负荷窑炉内部结构优化、新型全保温、新窑热端DCS控制软硬件等窑炉配套关键技术，与大型退火窑冷端设备机组、冷端DCS自动化控制系统等形成核心技术和专有设备。

最终建成的华尔润的700 t/d级浮法线以国产材料和设备为主，关键部位引进了少量耐火材料。2001年8月投入商业运营后，生产出了板宽4.4 m、厚度12 mm的大板，质量达到了当时SYP水平，能耗居于国内领先水平，于2004年获得了全国第八届优秀工程金奖。该生产线第一个窑期安全运行9年零8个月，超过8年的设计窑龄，最高能生产780 t/d，产品质量优良稳定。整个运行周期期间窑炉的熔制质量、操作性能、能耗水平在当时居于国内先进水平。700 t/d级浮法线研制成功，翻开了中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术向更大规模、更大吨位生产线提升的新的一页。

4 研发和攻关

4.1 超大吨位窑炉技术研发的历史背景

2001年底，随着国内重油市场价格持续上涨，我国浮法玻璃企业的生产成本大幅上涨，窑炉燃料成本达到总生产成本的40%～50%。行业迫切需要能耗更低、质量更好、成本更低、整体技术水平更加先进的熔窑技术。而华尔润700 t/d级浮法玻璃窑炉研发成功之后，其表现出的低熔化单耗、高熔化质量令科研单位和受益企业均深受鼓舞，也激发了企业希望尽快研发更大规模的超大吨位生产线的热情。

在这种形势下，秦皇岛玻璃工业研究设计院（秦院）开始加快布局900 t/d级以上的超大吨位浮法玻璃生产线的研究和开发工作，结合已有的700 t/d大吨位生产线的研发技术成果，争取尽快突破超大吨位生产线配套的核心技术。其中超大吨位窑炉技术开发工作是研发工作核心支撑和关键环节之一，需要尽可能深入并形成可实施的先进成果，为此，秦院确定了针对以“玻璃质量提升与熔窑大型化及成套工程技术”为主要内容的关键技术研发课题。

秦院科研团队详细分析了我国当时采用“洛阳浮法玻璃工艺”生产线的窑炉及相关系统的现状，从产品质量、能耗方面进行国内外比较，认为我国以“洛阳浮法玻璃工艺”为基础的生产线虽然整体技术有所提高，但在国际市场竞争中仍处于劣势，主要表现在生产能耗、生产效率及玻璃原片微缺陷和断面均匀度，与国外同类技术及产品存在明显差距。如统计当时国内不同地域浮法玻璃生产线熔窑平均规模为350～450 t/d，平均单耗为7800 kJ/ kg玻璃液左右，比国际先进水平高30%；每吨玻璃0.1～0.3 mm微气泡个数，国际先进水平50～80个、国内平均水平300～1000个，高质量玻璃主要还依靠进口。而且，随着国际能源价格不断攀升和国内对高质量玻璃市场需求越来越大，能耗、质量问题对行业未来的发展会影响很大，解决好上述问题已经是我国浮法玻璃行业可持续发展迫在眉睫的课题。

4.2 超大吨位窑炉技术研发方向和目标的确立

秦院研究认为，国外著名玻璃公司作为国际垄断性企业，通过强大的资本支持，依托长期的研发和生产实践，总结出了成套的专有技术及配套的软件，在工艺结构设计、材料配套、生产优化、生产操作和控制、质量分析处理等方面具有更强的手段。他们对我国在核心技术方面进行技术保密。我们浮法玻璃工业在系统性底层工艺软件方面缺口较大，个别企业虽开发局部生产软件，但系统性差。

我们若想做大做强，只有研发创新，至少应在三个方向去努力：

①研究开发能达到国外同类产品的内在质量的熔窑设计与控制技术；②研究开发浮法玻璃生产熔窑大型化设计技术及主线的配套与控制技术；③研究建立优质玻璃稳定生产的过程控制、操作软件及专家系统。

最终秦院形成的研发方向和目标是：在总结700 t/d大型窑炉研发、生产数据的基础上，从节能减排、玻璃熔化质量相关性的研究入手，开发熔窑结构优化与设计软件，把玻璃节能降耗与熔化质量的提高有机结合，并最终在熔化量900 t/d超大吨位浮法玻璃生产线实现成套技术的工程化，其总体技术和产品主要指标，达到国外同类技术和产品的先进水平，为推动行业技术进步作出贡献。

4.3 超大吨位窑炉关键技术研发核心技术成果

4.3.1 核心成果之一：熔制质量、熔窑内部状态及工艺控制原理及意义的研究

为了确保未来超大吨位熔窑的熔制质量和熔窑结构更加合理，研究通过对国内外典型熔窑结构特点和质量数据的相关性分析，结合物理模拟试验，探索熔窑尺寸结构与微气泡缺陷的相关性，寻找澄清的规律性。进行了：

①熔窑内部状态的模拟研究运用。利用了秦院在物理模拟等研究方面积累的数据，对大量试验数据的分析、归纳和总结，形成熔窑内部液流与熔化部、冷却部结构和熔制质量作用关系及优化方向。

②熔窑各结构尺寸相互关系与熔化效率的研究及成果运用。因为900 t/d级超大吨位熔窑的结构合理性要求比400～700 t/d级规模的浮法玻璃熔窑要求更高，通过相似原理对中等规模的熔窑尺寸比例放大是无法满足超大规模熔窑的设计要求的。秦院通过研究发现了熔窑各结构尺寸的相互关系以及与玻璃产量、质量的依存关系，这也为今后各种类型浮法熔窑的设计提供了有力的指导。

③熔窑内部热量分布、气氛控制与配合料熔制关系的研究。由于熔窑内部的温度场和配合料之间的相互作用，使配合料发生复杂的化学反应。摸清温度与配合料各阶段的动态关系对窑炉结构优化和生产操作指导有非常重要的意义。秦院在此方面从实际需求出发，重点研究温度场-配合料状态-工艺设备状态相互作用的关系，建立热力熔化、澄清时间和效率概念，并取得了很有价值的成果。该成果指导了900 t/d超大吨位规模的熔窑工艺结构优化设计。

④工艺设备使用对熔窑内部液流场、气流场影响的研究。通过重点研究工艺设备对玻璃液的影响，为熔窑的池壁保护、玻璃液澄清设备、强制均化设备的布置及配套设计提供了指导。

⑤熔窑热平衡的研究。立足于对当时采用中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术的实际生产线的热工测定数据的分析，通过总结、归纳，对熔窑保温技术提出对策，以便更好地进行超大吨位窑炉全保温设计，也能为未来熔窑的运行状况评判提供指导。

通过以上大量的研发工作，秦院提出 “逐级澄清均化”理念，将玻璃气泡缺陷消除过程（即玻璃澄清），从传统熔窑仅以玻璃形成过程设计的单区澄清，转变成将物化反应动力学、熔化工艺与功能的多因素相关性集成设计的多区逐级澄清。同时，引入“质量因子”，确定其计算方法，形成了熔窑设计软件，将传统以经验数值为主的定性设计，转变为以“质量因子”数值计算为依据的定量设计，科学合理地优化熔窑的尺寸结构。缩小了国内浮法玻璃与国外先进水平在熔化效率及质量上的差距，大幅度降低能耗及微气泡，提高了玻璃均匀性，熔窑的能耗也得到了很好的控制。

4.3.2 核心成果之二：熔制规模与结构关系及大吨位熔窑结构安全性研究

①池宽模型的建立

研究了窑炉整体架构与熔化能力的关系，保证超大吨位窑炉在工程实施中必须具有安全的整体结构与熔窑在节能降耗、玻璃质量、耐火材料等技术经济指标的匹配性，合理性。

在研发工作开始时，由于我国对浮法熔窑耐火材料和钢结构材料在热态环境下工作安全性缺乏研究，长期将熔窑池宽控制在11 m以内，小炉单元间距控制在3.4 m以下，对应规模为熔窑熔化量500～600 t/d。

在确保熔化质量和熔窑结构安全性的前提下，将熔化量提高至900 t/d、1100 t/d及其以上规模，熔窑整体架构应该如何科学确定和科学优化，这是首先需要解决的工艺结构的关键问题。秦院以当时国内外大量不同熔化能力的窑炉池宽为要点进行了研究，发现横火焰窑炉熔化能力和池宽之间的规律性，从而建立了一个确定日熔化量的非线性函数曲线数学模型，命名为“池宽模型”。

池宽模型的研究为900 t/d级及以上超大吨位窑炉熔化能力与其整体安全结构的优化提供了科学指导，至今仍发挥着科学验证的作用。

②熔窑热态安全性的研究和确定

900 t/d级及以上超大吨位熔窑，耐火材料用量一万多吨，熔窑横向宽度大约为40 m，长度可达70～80 m。巨量的耐火材料在钢结构支撑下，承载着约3000 t的玻璃熔融液进行复杂的化学反应，在内部最高温度近1600 ℃的严酷高温环境下，经历着膨胀、变形、损耗等热变化，如何确保熔窑高温工况下安全稳定运行8～10年或更长时间，是热态结构安全性研究必须要解决好的课题。

该课题不仅关系着整个项目的成败而且事关企业人身财产安全、社会影响，关系着中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术体系的荣誉。

超大吨位熔窑的超大尺度的大碹结构是安全性落实的焦点，其内表面最高温度可达1600 ℃，接近14 m的拱形结构需要经历8～10年的高温考验，而且从冷态到热态全过程都可能出现技术风险。

为此，秦院研究人员艰苦分析了不同跨度42°～66°碹中心角的内力值及压力线变化，通过系统分析各部位工作环境及结构受力特点，建立了各部位耐火材料和钢结构配置的优化办法，最终获得了熔窑大型化的大碹结构安全数值的最佳参数值。

同时，针对不同跨度大碹在42°～66°碹中心角条件下高温压力线变化规律，精心为超大跨度大碹在砌筑、升温各阶段的有序膨胀控制开发了新型的膨胀控制机构。

另外，采用了四层熔窑钢结构框架体系，减少窑炉的负载变形；专门为不均匀地质条件产生的熔窑沉降建立了对策。有效提升了窑炉的整体结构的安全性。

③CBS熔窑组合碹结构优化设计软件的开发

玻璃熔窑内存在大量拱型结构，俗称 “碹结构”，是基本的高温结构构件，多用于熔窑承压或支撑结构。其结构设计涉及到工艺需要、安全性、耐火材料选材、砌筑安装精度等，是熔窑全生命周期需要安全使用的关键基础结构。

超大吨位熔窑需进行大量更加精确的碹结构计算，以便能够为耐火材料配套进行精确要求，同时降低碹结构的安装扭曲，提高熔窑安全性。

碹结构的精确设计工作量大，传统手工计算方法难以满足高强度的计算要求和精度要求。秦院研究人员开发的CBS计算机软件解决了以上问题，完全满足碹设计和优化要求。该软件可用于除馒头碹外的所有单层或多层碹结构计算，软件算法先进，计算速度快，计算精度达0.001 mm。CBS软件为熔窑设计、材料模具开发、安装胎具设计提供了先进快速的计算方法。

该软件不仅应用到熔窑内宽达到后来的12.8 m的900 t/d级及其以上规模的超大吨位浮法玻璃生产线窑炉设计中，而且至今仍在使用，均取得了非常好的应用效果。

④FDAS阻力计算软件的开发

玻璃熔窑气体空间的设计关系到熔窑全生命周期的动态安全性，与火焰辐射效率、燃料消耗、熔化质量和耐火材料的侵蚀速度也有密切的关联。通常为简化复杂的玻璃熔窑内部流体计算，熔窑空间的设计一般通过点对点的经验法进行。这种优化方式的缺点是完全依靠经验总结，个体差异对优化结论影响大，对不同的玻璃熔窑适用性差。

为科学分析超大吨位熔窑气体空间结构设计合理性，提供熔窑火焰空间耐火材料砌体结构的动态安全性评估依据，秦院研究人员依据流体力学的原理及热工理论，结合熔窑大型化项目的计算需求，开发了FDAS阻力计算软件。该软件通过计算全窑在生产状态下的气体流动阻力和流动速度，为结构优化提供科学依据。

软件主要由两个大部分构成：

一部分是以阻力系数及结构参数为依据，为算法提供数据输入，经过智能算法生成优化的熔窑结构尺寸。

另一部分是将优化结构尺寸生成可以供Autocad软件识别的Dxf码。在第一个900 t/d超大吨位熔窑开发中，以该软件计算结果为依据，优化了全窑的内部气体空间，通过生产验证，证明了其合理性和科学性，取得了满意的效果。

⑤新一代高可靠性小鼻区柔性力电熔复合式L型吊墙的研发

与超大吨位窑炉配套的专有设备研发工作是同步持续进行的。为了保障熔窑大型化之后前脸吊墙等跨度更大、单位砖材工作负荷成倍增加的安全性，秦院成功开发了小鼻区柔性力高铠砖电熔复合式前脸L型吊墙，完美解决了超大吨位大跨度下薄壳结构L型吊墙的长期使用的安全性问题，同时在小鼻区吊墙内部首次采用柔性力机构及从鼻区直到大碹碹脚处均镶嵌复合式氧化法电熔AZS砖的结构，有力保障了900 t/d级以上超大窑炉的安全使用，有效地降低了吊墙耐火材料对玻璃液的污染，提高了玻璃质量，极大地提高了超大吨位熔窑结构安全性。

4.3.3 核心成果三：保障超大吨位熔窑稳定运行的关键自控技术

①快速换向软件的开发

秦院为有效控制与稳定熔窑的主要工艺参数，提升超大吨位熔窑运行对内部气体运行的控制效率，提高熔化质量、延长运行寿命，专门建立了快速换向模型，并以此为依据开发了快速换向软件，解决了熔窑大型化过程中节能降耗需求以及换向期间工况平衡恢复时间延长等问题，采用此技术之后，在不同生产情况下，换向时间缩短了20%～35%。

②多级抗扰动控制系统的开发

为解决好超大吨位窑炉内部玻璃液及各生产介质运行空间大、内部状态相关关系关联性影响大、温度偏差要求减小的难题，秦院研究人员研发出换向期间窑温梯度曲线补偿方法，抑制窑温变化对热工制度的扰动。此技术与快速换向软件配合应用效果非常明显，换向期间窑温波动从20℃左右减少到5 ℃以内。

③智能窑温控制模块的开发

研究人员开发了智能温控模块以实现燃料比值的优化控制并达到最佳燃烧效果。智能模块在熔窑温度波动时也加速了调解过程，大大提高了系统的响应速度，减少NOx的排放。

④浮法玻璃主线生产过程控制专家系统

为了满足超大吨位窑炉能够操作、管理和维护便利要求，形成高效的生产和管理能力，研究人员利用工程软件建立了强大的数据库。将一系列技术创新与工程应用生产经验数据结合，在数据库中分别建立热工制度、成形工艺、产品质量分析系统并实时自动采集生产、质量等过程数据。在强大的数据库基础上结合工程经验数据，实现了Windows XP系统平台下具有集成度高、界面友好，拥有生产过程控制、成品质量控制、故障自诊断功能及数据自采集功能的控制系统专家系统。

秦皇岛玻璃工业研究设计院（秦院）经过多年艰苦的开发和研究工作，从设计到工业化配套、实施，到生产管理软件，围绕超大吨位浮法玻璃熔窑技术及相关装备的关键环节均被打通，形成完整具有自主知识产权的熔窑大型化技术体系。使中国“洛阳浮法玻璃工艺”具备了900 t/d及以上超大吨位生产线的技术能力。

5 成功和超越

2004年8月，采用中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术，由秦皇岛玻璃工业研究设计院和华尔润集团共同完成的世界上最大的浮法玻璃生产线张家港华汇900 t/d超大吨位浮法线点火，当年9月22日一次引板成功。该生产线窑炉内宽为12.8 m，大碹跨度13.4 m，使用重油也可使用调和油为燃料，平均热单耗达到5650 kJ/kg玻璃液（1350 kcal/kg玻璃液），最大可生产5.2 m板宽的优质浮法玻璃，生产线装备自动化达到国内先进水平，生产效率高，各设备人机操作便利，玻璃品质优良，成为中国洛阳浮法玻璃技术发展的又一个里程碑。项目的开发成功是浮法玻璃整体技术的一次全面提高，增强了中国“洛阳浮法玻璃工艺”的国际影响力和竞争力，对推动行业技术进步具有重大示范作用。

2008年，围绕超大吨位核心技术研发的成果，秦皇岛玻璃工业研究设计院和华尔润集团申报的《浮法玻璃“逐级澄清”与熔窑大型化成套工程技术开发及应用》成果获得国家科技进步二等奖。

从此之后，中国“洛阳浮法玻璃工艺”技术的发展进入了大型化时代，中国平板玻璃工业新建线和扩产升级改造线熔窑规模迅速转入700 t/d级以上大型化规模或900 t/d级以上超大吨位窑炉规模。

2008年之后，由于900 t/d超大吨位熔窑在能耗控制和生产成本方面的巨大优势，国内陆续出现更大吨位的生产线，包括1000、1100、1200、1300 t/d的生产线，窑炉生产规模不断增大，技术也更加成熟。目前，我国以“洛阳浮法玻璃工艺”技术为依托的超大吨位生产线技术水平位于国际领先地位。

6 时代在前进

随着行业一大批超大吨位生产线相继投产，企业之间的同质化竞争现象出现了。市场需要新的技术来丰富单线超大吨位生产线玻璃产品的品种。为此，我国平板玻璃行业科研、设计、生产单位集中发力，加大了后续研究工作，并开发出一窑两线浮法新技术。

2016年8月18日，河北南玻玻璃有限公司经过艰苦努力成功建成点火900 t/d（300 t/d＋600 t/d）一窑两线超白浮法玻璃生产线，其窑炉结构安全稳定，两条线运行正常，质量完全满足生产工艺要求。从此掀开了中国“洛阳浮法玻璃工艺”在超大吨位窑炉技术领域创新发展新的一页。

2018年10月27日，郴州旗滨光伏光电玻璃有限公司1000 t/d（350 t/d＋650 t/d）低铁超白浮法玻璃生产线A支线成功引板，11月3日，B支线成功引板。

2019年9月，由中国建材国际工程集团有限公司、武汉理工大学及武汉长利玻璃（汉南）有限公司参与，长利玻璃洪湖有限公司主持开发的“高效节能超大吨位浮法一窑两线多品种精确调控技术及成套装备开发”项目开发成功，实现了1000 t/d（最大1200 t/d）超大吨位一窑两线低能耗优质浮法薄玻璃熔窑结构及生产技术、二段收缩锡槽结构及5.6 m超大板宽薄玻璃成形关键技术等方面的突破，进一步提高了超大吨位窑炉一窑两线技术的水平，总体达到国际领先水平，获得湖北省科技进步一等奖。