中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新
——超大噸位浮法玻璃熔窯技術(shù)的研發(fā)過程和發(fā)展回顧

何威

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院有限公司 秦皇島 066001）

0 引言

浮法玻璃熔窯作為玻璃生產(chǎn)中的核心設(shè)備，在玻璃工業(yè)中的重要意義如同人們的“心臟”，其技術(shù)水平?jīng)Q定著企業(yè)的核心市場競爭力，影響著整個玻璃行業(yè)發(fā)展的方向和未來。

我國浮法玻璃熔窯技術(shù)伴隨著中國“洛陽浮法玻璃工藝”的發(fā)展一同走過50年的光輝歷程。幾代窯爐科技工作者發(fā)揚艱苦奮斗、科技自強的信念，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域不斷探索、創(chuàng)新，使我國浮法玻璃熔窯的生產(chǎn)規(guī)模從最初的15 t/d發(fā)展到當(dāng)今世界最大熔化1300 t/d及以上規(guī)模，熔制玻璃質(zhì)量從滿足于取代垂直引上的窗玻璃發(fā)展到今天可用于汽車、制鏡、鍍膜等適合于建筑、深加工、功能玻璃領(lǐng)域的各類優(yōu)質(zhì)玻璃，整體水平達到、部分指標(biāo)超過國際先進技術(shù)水平。

在技術(shù)研發(fā)探索的歷程中，發(fā)生過很多令人激動而自豪的創(chuàng)新故事，推動著中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)不斷登上新的臺階。尤其是至今還深刻影響著世界玻璃制作業(yè)發(fā)展的超大噸位浮法玻璃熔窯技術(shù)的誕生，很有代表性，令人印象深刻。

這項技術(shù)由秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院（秦院）研發(fā)，以秦院設(shè)計、江蘇華爾潤集團投資于2004年建成900 t/d超大規(guī)模優(yōu)質(zhì)浮法玻璃生產(chǎn)線為成功標(biāo)志，首次實現(xiàn)單線以900 t/d熔化量的超大噸位生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，達到世界先進水平，宣示了中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)取得了重大突破，推動中國洛陽浮法玻璃技術(shù)發(fā)展進入了快車道。該技術(shù)成果獲得2008年國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎。

在當(dāng)前國家實施“碳達峰”、“碳中和”發(fā)展規(guī)劃的背景下，玻璃熔窯作為傳統(tǒng)能源消耗型行業(yè)中的大型耗能設(shè)備，其技術(shù)的提升和創(chuàng)新的使命將更加任重道遠。我們在此回顧超大噸位熔窯技術(shù)研發(fā)前前后后的歷史點滴，宣講我國廣大玻璃工作者艱苦奮斗的精神，傳承和堅定我們不斷創(chuàng)新的信心，激勵后人繼續(xù)為中國玻璃事業(yè)的輝煌再創(chuàng)新篇章。

1 探索中起步

中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)自1971年發(fā)明誕生，玻璃窯爐的技術(shù)配套即伴隨著工藝研究同步進行著。最早配套用于浮法項目課題研究的熔窯是一座15 t/d生產(chǎn)玻璃球的馬蹄焰窯爐，這是當(dāng)時我國在一窮二白艱苦條件下科技研究的無奈之舉，項目組能有一個提供工業(yè)試驗環(huán)境的原料熔制設(shè)備就很滿足了。后來，隨著我國浮法工藝研究工作的不斷深入，配套窯爐逐步采用熔化能力更高、熔制質(zhì)量更有保障的橫火焰窯爐，實驗用窯爐熔制能力發(fā)展到75、135、255 t/d，直到1982年9月1日，由秦皇島玻璃工業(yè)設(shè)計院、玻璃研究院（秦院）設(shè)計，我國真正意義上第一條自行設(shè)計量產(chǎn)浮法玻璃生產(chǎn)線“內(nèi)蒙古通遼玻璃廠270 t/d浮法線”成功點火，具備滿足當(dāng)代浮法玻璃工藝生產(chǎn)要素及工藝控制基本需求的中國“洛陽浮法玻璃工藝”專用配套窯爐技術(shù)才算誕生和起步。雖然從現(xiàn)代的視角看，當(dāng)年她是那么古樸，各種配置檔次不高，設(shè)計理念不夠先進，但是她能夠在當(dāng)時我國工業(yè)水平和裝備能力條件下滿足中國洛陽浮法玻璃工藝生產(chǎn)線對玻璃熔制質(zhì)量的基本要求。這是一個真正的突破，是標(biāo)志著我國配套浮法玻璃窯爐技術(shù)從此具備了系統(tǒng)的基礎(chǔ)研發(fā)、設(shè)計配套、生產(chǎn)管理的能力，是中國洛陽浮法玻璃技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備走向成熟的開始。

1985年，“六五國家科技攻關(guān)項目”洛玻二線《日產(chǎn)400噸級浮法玻璃生產(chǎn)工藝和裝備》建成投產(chǎn)，該項目由杭州新型建材設(shè)計院（杭院）牽頭，洛陽玻璃廠和上海玻璃機械廠共同參與承擔(dān)，熔窯的生產(chǎn)能力擴大到400 t/d，實際能生產(chǎn)到412 t/d，熔制質(zhì)量能夠滿足原板寬3.5 m、玻璃厚度3～15 mm的浮法玻璃生產(chǎn)。1989年，杭州院以此項目研發(fā)成果獲得國家科技進步一等獎。洛玻二線熔窯技術(shù)是我國浮法玻璃熔窯技術(shù)發(fā)展的重要成果，代表我國浮法玻璃窯爐技術(shù)在400 t/d級別中等規(guī)模窯爐研發(fā)設(shè)計取得了重要的成就，也為我國浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯繼續(xù)擴大規(guī)模邁出了可喜的一步。

2 發(fā)展中成長

隨著對通遼270 t/d、洛玻二線400 t/d等浮法線成果的總結(jié)和完善，到上世紀(jì)90年代初，我國建成多座300～400 t/d燃煤、燃油浮法玻璃生產(chǎn)線，基本解決了300～400 t/d級中國“洛陽浮法玻璃工藝”中熔窯等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計、建設(shè)、配套、生產(chǎn)管理、運行維護等方面的技術(shù)問題，有力保障了中國“洛陽浮法玻璃工藝”的持續(xù)改進和發(fā)展。但是在這個階段存在著設(shè)計、生產(chǎn)、管理及裝備水平不高，生產(chǎn)線能耗高，勞動生產(chǎn)率較低，玻璃品質(zhì)、質(zhì)量和綜合技術(shù)水平與國內(nèi)合資及外資獨資企業(yè)存在較大差距等許多亟待提高的問題。

為了縮短我國關(guān)鍵裝備與國外技術(shù)的差距，1990年，由秦皇島玻璃工業(yè)設(shè)計院（秦院）牽頭的通遼玻璃廠技改工程正式啟動。該項目窯爐首次采用了消化引進托利多技術(shù)，運用了全聯(lián)通箱式蓄熱室、寬噴火口、新型火焰空間結(jié)構(gòu)、新型胸墻等新型結(jié)構(gòu)，配套熱端控制首次使用分布式計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DCS）。該線于1992年12月15日成功投產(chǎn)，將浮法玻璃生產(chǎn)線熔化量由270 t/d改造為400 t/d，在熔窯熱單耗、玻璃質(zhì)量、效益三方面成效十分顯著。這是我國第一座全面采用計算機DCS系統(tǒng)進行熱端控制的現(xiàn)代化浮法窯爐，她的成功使我國玻璃熔窯技術(shù)和自動控制技術(shù)上了一個新臺階，在玻璃行業(yè)起到了示范作用，并于1996年獲得了國家設(shè)計金獎。

1996年4月，在中國“洛陽浮法玻璃工藝”誕生20多年時，我國集當(dāng)時技術(shù)成果之大成，采用三院聯(lián)合攻關(guān)設(shè)計建設(shè)了500 t/d耀華浮法玻璃示范線項目。其中熔窯由秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院（秦院）負(fù)責(zé)，這是當(dāng)時國內(nèi)熔化能力最高、自動化水平最高、能耗最低的現(xiàn)代化浮法窯爐。窯爐采用前臉復(fù)合式吊墻、淺池平底結(jié)構(gòu)、寬噴火口、爐下式燃燒系統(tǒng)、全保溫結(jié)構(gòu)、超級煙道系統(tǒng)，控制全面采用計算機DCS系統(tǒng)，設(shè)計壽命為8年，能耗指標(biāo)為7110 kJ/kg玻璃液（1700 kcal/kg玻璃液）。這個項目投產(chǎn)后，窯爐能耗低于7110 kJ/kg玻璃液（ 1700 kcal/kg玻璃液），生產(chǎn)品種為2～15 mm 優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，充分展示了窯爐生產(chǎn)規(guī)模增加所產(chǎn)生的節(jié)能降耗的優(yōu)勢，是我國浮法技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志成果。這個窯爐最終運行了13.5年，是至今為止我國自行設(shè)計建造的使用壽命最長的窯爐。其成功標(biāo)志著我國500 t/d級現(xiàn)代化浮法玻璃熔窯技術(shù)已經(jīng)成熟。

20世紀(jì)末，我國新建了一大批采用中國洛陽浮法技術(shù)的400～500 t/d的現(xiàn)代化浮法玻璃生產(chǎn)線，迎來了我國浮法玻璃行業(yè)發(fā)展的一次高潮。

3 提升和嘗試

3.1 國家浮法玻璃實驗基地（試驗線）

為加速科研產(chǎn)業(yè)化，在國家建材局推動下，20世紀(jì)80年代，秦皇島玻璃研究院（秦院）和耀華玻璃廠合資建設(shè)了一條200 t/d級的浮法玻璃試驗線，用于提升中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)的整體水平。從1995年到2000年期間，在厚玻璃生產(chǎn)技術(shù)上取得了重大突破，成功商業(yè)化生產(chǎn)出12 mm厚的玻璃板，改寫了我國厚玻璃全部依賴進口的歷史，同時試驗線在2 mm薄玻璃生產(chǎn)方面積極探索，也積累了很好的經(jīng)驗。該線多項技術(shù)裝備填補了國內(nèi)空白，超厚玻璃項目獲得1997年國家科技進步二等獎。

這條生產(chǎn)線窯爐技術(shù)采用了當(dāng)時成熟的體系，在生產(chǎn)技術(shù)研究方面探索了熔窯結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)操作與浮法玻璃內(nèi)在質(zhì)量提質(zhì)、厚薄品種轉(zhuǎn)換、自動控制及配套等相關(guān)性研究，其成果為提高中國“洛陽浮法玻璃工藝”在厚、薄玻璃品種生產(chǎn)工藝技術(shù)研究和裝備適配能力方面做出了很大貢獻，為將來超大噸位浮法玻璃生產(chǎn)線的研發(fā)和運行積累了大量生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 6080玻璃加工中心項目——大噸位窯爐與大規(guī)模浮法玻璃生產(chǎn)線關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)

1998年以后，我國浮法玻璃工業(yè)經(jīng)歷了一個大發(fā)展時期，又面臨新的發(fā)展課題。當(dāng)時市場需要質(zhì)優(yōu)價廉、規(guī)格多樣的商品；國家需要節(jié)能、環(huán)保的企業(yè)；企業(yè)需要生產(chǎn)效率更高、成本更低、玻璃質(zhì)量更好的技術(shù)。此時許多企業(yè)對窯爐節(jié)能降耗、更大規(guī)模生產(chǎn)性能提出了更高的期盼。而當(dāng)時皮爾金頓公司在上海建立的SYP生產(chǎn)線又以優(yōu)質(zhì)的原片、高水平的技術(shù)和大規(guī)模的生產(chǎn)方式成為了玻璃行業(yè)“標(biāo)桿”，自主研發(fā)優(yōu)質(zhì)玻璃大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)成了我國玻璃工作者的追求。

2002年，秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院（秦院）與華爾潤集團簽訂了6080玻璃加工中心項目的合同，掀開了提升中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)科技創(chuàng)新、追趕世界先進水平的篇章。

當(dāng)年，我國自主研發(fā)采用“洛陽浮法玻璃工藝”的最大規(guī)模生產(chǎn)線是洛玻600 t/d的浮法線，而國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大、質(zhì)量最好、效益最佳的生產(chǎn)線是上海SYP700 t/d外資生產(chǎn)線。另外，國內(nèi)還有若干條日本、英國、美國等外資合資生產(chǎn)線，生產(chǎn)規(guī)模多在400～600 t/d級，裝備及質(zhì)量水平也都很高。

為了縮小與國際玻璃巨頭、國內(nèi)外資合資線之間的技術(shù)差距，提高產(chǎn)品質(zhì)量檔次，同時也為了進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模、降低生產(chǎn)成本、調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，滿足深加工優(yōu)質(zhì)原片玻璃的大批量生產(chǎn)，適應(yīng)越來越激烈的市場競爭，江蘇華潤（集團）公司決定籌建6080玻璃加工中心，委托秦院在當(dāng)時技術(shù)水平的基礎(chǔ)上進行高品質(zhì)生產(chǎn)線提升研究和設(shè)計，圍繞大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)浮法玻璃這個重點研究設(shè)計一條采用中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)的國內(nèi)最高水平的浮法玻璃生產(chǎn)線。這條生產(chǎn)線的規(guī)模定位700 t/d，廠院雙方將其定位為跨世紀(jì)工程。

為此，雙方對標(biāo)國內(nèi)外玻璃質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確定該浮法玻璃生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模、裝備水平及產(chǎn)品質(zhì)量等定位在SYP的水平，強調(diào)產(chǎn)品實物質(zhì)量對比達到SYP的實物水平，而且確定該線將以厚玻璃生產(chǎn)為主。

熔窯作為最重要的關(guān)鍵設(shè)備之一，提出來立足國內(nèi)耐火材料、能耗低于6280 kJ/kg玻璃液（1500 kcal/kg玻璃液）、窯齡8年以上，熔制水平達到合資線水平的技術(shù)指標(biāo)，要確保能夠為整個生產(chǎn)線實物質(zhì)量達到SYP水平提供熔融優(yōu)質(zhì)玻璃液。

在項目建設(shè)過程中，秦院研發(fā)并首次運用了一大批新型窯爐技術(shù)，如：新型柔性力吊墻、準(zhǔn)等寬投料口、大中心角大碹、高火焰空間、混合燃料燃燒、雙高負(fù)荷窯爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新型全保溫、新窯熱端DCS控制軟硬件等窯爐配套關(guān)鍵技術(shù)，與大型退火窯冷端設(shè)備機組、冷端DCS自動化控制系統(tǒng)等形成核心技術(shù)和專有設(shè)備。

最終建成的華爾潤的700 t/d級浮法線以國產(chǎn)材料和設(shè)備為主，關(guān)鍵部位引進了少量耐火材料。2001年8月投入商業(yè)運營后，生產(chǎn)出了板寬4.4 m、厚度12 mm的大板，質(zhì)量達到了當(dāng)時SYP水平，能耗居于國內(nèi)領(lǐng)先水平，于2004年獲得了全國第八屆優(yōu)秀工程金獎。該生產(chǎn)線第一個窯期安全運行9年零8個月，超過8年的設(shè)計窯齡，最高能生產(chǎn)780 t/d，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良穩(wěn)定。整個運行周期期間窯爐的熔制質(zhì)量、操作性能、能耗水平在當(dāng)時居于國內(nèi)先進水平。700 t/d級浮法線研制成功，翻開了中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)向更大規(guī)模、更大噸位生產(chǎn)線提升的新的一頁。

4 研發(fā)和攻關(guān)

4.1 超大噸位窯爐技術(shù)研發(fā)的歷史背景

2001年底，隨著國內(nèi)重油市場價格持續(xù)上漲，我國浮法玻璃企業(yè)的生產(chǎn)成本大幅上漲，窯爐燃料成本達到總生產(chǎn)成本的40%～50%。行業(yè)迫切需要能耗更低、質(zhì)量更好、成本更低、整體技術(shù)水平更加先進的熔窯技術(shù)。而華爾潤700 t/d級浮法玻璃窯爐研發(fā)成功之后，其表現(xiàn)出的低熔化單耗、高熔化質(zhì)量令科研單位和受益企業(yè)均深受鼓舞，也激發(fā)了企業(yè)希望盡快研發(fā)更大規(guī)模的超大噸位生產(chǎn)線的熱情。

在這種形勢下，秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院（秦院）開始加快布局900 t/d級以上的超大噸位浮法玻璃生產(chǎn)線的研究和開發(fā)工作，結(jié)合已有的700 t/d大噸位生產(chǎn)線的研發(fā)技術(shù)成果，爭取盡快突破超大噸位生產(chǎn)線配套的核心技術(shù)。其中超大噸位窯爐技術(shù)開發(fā)工作是研發(fā)工作核心支撐和關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需要盡可能深入并形成可實施的先進成果，為此，秦院確定了針對以“玻璃質(zhì)量提升與熔窯大型化及成套工程技術(shù)”為主要內(nèi)容的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)課題。

秦院科研團隊詳細(xì)分析了我國當(dāng)時采用“洛陽浮法玻璃工藝”生產(chǎn)線的窯爐及相關(guān)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從產(chǎn)品質(zhì)量、能耗方面進行國內(nèi)外比較，認(rèn)為我國以“洛陽浮法玻璃工藝”為基礎(chǔ)的生產(chǎn)線雖然整體技術(shù)有所提高，但在國際市場競爭中仍處于劣勢，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)能耗、生產(chǎn)效率及玻璃原片微缺陷和斷面均勻度，與國外同類技術(shù)及產(chǎn)品存在明顯差距。如統(tǒng)計當(dāng)時國內(nèi)不同地域浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯平均規(guī)模為350～450 t/d，平均單耗為7800 kJ/ kg玻璃液左右，比國際先進水平高30%；每噸玻璃0.1～0.3 mm微氣泡個數(shù)，國際先進水平50～80個、國內(nèi)平均水平300～1000個，高質(zhì)量玻璃主要還依靠進口。而且，隨著國際能源價格不斷攀升和國內(nèi)對高質(zhì)量玻璃市場需求越來越大，能耗、質(zhì)量問題對行業(yè)未來的發(fā)展會影響很大，解決好上述問題已經(jīng)是我國浮法玻璃行業(yè)可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫的課題。

4.2 超大噸位窯爐技術(shù)研發(fā)方向和目標(biāo)的確立

秦院研究認(rèn)為，國外著名玻璃公司作為國際壟斷性企業(yè)，通過強大的資本支持，依托長期的研發(fā)和生產(chǎn)實踐，總結(jié)出了成套的專有技術(shù)及配套的軟件，在工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料配套、生產(chǎn)優(yōu)化、生產(chǎn)操作和控制、質(zhì)量分析處理等方面具有更強的手段。他們對我國在核心技術(shù)方面進行技術(shù)保密。我們浮法玻璃工業(yè)在系統(tǒng)性底層工藝軟件方面缺口較大，個別企業(yè)雖開發(fā)局部生產(chǎn)軟件，但系統(tǒng)性差。

我們?nèi)粝胱龃笞鰪?，只有研發(fā)創(chuàng)新，至少應(yīng)在三個方向去努力：

①研究開發(fā)能達到國外同類產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量的熔窯設(shè)計與控制技術(shù)；②研究開發(fā)浮法玻璃生產(chǎn)熔窯大型化設(shè)計技術(shù)及主線的配套與控制技術(shù)；③研究建立優(yōu)質(zhì)玻璃穩(wěn)定生產(chǎn)的過程控制、操作軟件及專家系統(tǒng)。

最終秦院形成的研發(fā)方向和目標(biāo)是：在總結(jié)700 t/d大型窯爐研發(fā)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從節(jié)能減排、玻璃熔化質(zhì)量相關(guān)性的研究入手，開發(fā)熔窯結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計軟件，把玻璃節(jié)能降耗與熔化質(zhì)量的提高有機結(jié)合，并最終在熔化量900 t/d超大噸位浮法玻璃生產(chǎn)線實現(xiàn)成套技術(shù)的工程化，其總體技術(shù)和產(chǎn)品主要指標(biāo)，達到國外同類技術(shù)和產(chǎn)品的先進水平，為推動行業(yè)技術(shù)進步作出貢獻。

4.3 超大噸位窯爐關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)核心技術(shù)成果

4.3.1 核心成果之一：熔制質(zhì)量、熔窯內(nèi)部狀態(tài)及工藝控制原理及意義的研究

為了確保未來超大噸位熔窯的熔制質(zhì)量和熔窯結(jié)構(gòu)更加合理，研究通過對國內(nèi)外典型熔窯結(jié)構(gòu)特點和質(zhì)量數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，結(jié)合物理模擬試驗，探索熔窯尺寸結(jié)構(gòu)與微氣泡缺陷的相關(guān)性，尋找澄清的規(guī)律性。進行了：

①熔窯內(nèi)部狀態(tài)的模擬研究運用。利用了秦院在物理模擬等研究方面積累的數(shù)據(jù)，對大量試驗數(shù)據(jù)的分析、歸納和總結(jié)，形成熔窯內(nèi)部液流與熔化部、冷卻部結(jié)構(gòu)和熔制質(zhì)量作用關(guān)系及優(yōu)化方向。

②熔窯各結(jié)構(gòu)尺寸相互關(guān)系與熔化效率的研究及成果運用。因為900 t/d級超大噸位熔窯的結(jié)構(gòu)合理性要求比400～700 t/d級規(guī)模的浮法玻璃熔窯要求更高，通過相似原理對中等規(guī)模的熔窯尺寸比例放大是無法滿足超大規(guī)模熔窯的設(shè)計要求的。秦院通過研究發(fā)現(xiàn)了熔窯各結(jié)構(gòu)尺寸的相互關(guān)系以及與玻璃產(chǎn)量、質(zhì)量的依存關(guān)系，這也為今后各種類型浮法熔窯的設(shè)計提供了有力的指導(dǎo)。

③熔窯內(nèi)部熱量分布、氣氛控制與配合料熔制關(guān)系的研究。由于熔窯內(nèi)部的溫度場和配合料之間的相互作用，使配合料發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。摸清溫度與配合料各階段的動態(tài)關(guān)系對窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化和生產(chǎn)操作指導(dǎo)有非常重要的意義。秦院在此方面從實際需求出發(fā)，重點研究溫度場-配合料狀態(tài)-工藝設(shè)備狀態(tài)相互作用的關(guān)系，建立熱力熔化、澄清時間和效率概念，并取得了很有價值的成果。該成果指導(dǎo)了900 t/d超大噸位規(guī)模的熔窯工藝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

④工藝設(shè)備使用對熔窯內(nèi)部液流場、氣流場影響的研究。通過重點研究工藝設(shè)備對玻璃液的影響，為熔窯的池壁保護、玻璃液澄清設(shè)備、強制均化設(shè)備的布置及配套設(shè)計提供了指導(dǎo)。

⑤熔窯熱平衡的研究。立足于對當(dāng)時采用中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)的實際生產(chǎn)線的熱工測定數(shù)據(jù)的分析，通過總結(jié)、歸納，對熔窯保溫技術(shù)提出對策，以便更好地進行超大噸位窯爐全保溫設(shè)計，也能為未來熔窯的運行狀況評判提供指導(dǎo)。

通過以上大量的研發(fā)工作，秦院提出 “逐級澄清均化”理念，將玻璃氣泡缺陷消除過程（即玻璃澄清），從傳統(tǒng)熔窯僅以玻璃形成過程設(shè)計的單區(qū)澄清，轉(zhuǎn)變成將物化反應(yīng)動力學(xué)、熔化工藝與功能的多因素相關(guān)性集成設(shè)計的多區(qū)逐級澄清。同時，引入“質(zhì)量因子”，確定其計算方法，形成了熔窯設(shè)計軟件，將傳統(tǒng)以經(jīng)驗數(shù)值為主的定性設(shè)計，轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴百|(zhì)量因子”數(shù)值計算為依據(jù)的定量設(shè)計，科學(xué)合理地優(yōu)化熔窯的尺寸結(jié)構(gòu)。縮小了國內(nèi)浮法玻璃與國外先進水平在熔化效率及質(zhì)量上的差距，大幅度降低能耗及微氣泡，提高了玻璃均勻性，熔窯的能耗也得到了很好的控制。

4.3.2 核心成果之二：熔制規(guī)模與結(jié)構(gòu)關(guān)系及大噸位熔窯結(jié)構(gòu)安全性研究

①池寬模型的建立

研究了窯爐整體架構(gòu)與熔化能力的關(guān)系，保證超大噸位窯爐在工程實施中必須具有安全的整體結(jié)構(gòu)與熔窯在節(jié)能降耗、玻璃質(zhì)量、耐火材料等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的匹配性，合理性。

在研發(fā)工作開始時，由于我國對浮法熔窯耐火材料和鋼結(jié)構(gòu)材料在熱態(tài)環(huán)境下工作安全性缺乏研究，長期將熔窯池寬控制在11 m以內(nèi)，小爐單元間距控制在3.4 m以下，對應(yīng)規(guī)模為熔窯熔化量500～600 t/d。

在確保熔化質(zhì)量和熔窯結(jié)構(gòu)安全性的前提下，將熔化量提高至900 t/d、1100 t/d及其以上規(guī)模，熔窯整體架構(gòu)應(yīng)該如何科學(xué)確定和科學(xué)優(yōu)化，這是首先需要解決的工藝結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題。秦院以當(dāng)時國內(nèi)外大量不同熔化能力的窯爐池寬為要點進行了研究，發(fā)現(xiàn)橫火焰窯爐熔化能力和池寬之間的規(guī)律性，從而建立了一個確定日熔化量的非線性函數(shù)曲線數(shù)學(xué)模型，命名為“池寬模型”。

池寬模型的研究為900 t/d級及以上超大噸位窯爐熔化能力與其整體安全結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了科學(xué)指導(dǎo)，至今仍發(fā)揮著科學(xué)驗證的作用。

②熔窯熱態(tài)安全性的研究和確定

900 t/d級及以上超大噸位熔窯，耐火材料用量一萬多噸，熔窯橫向?qū)挾却蠹s為40 m，長度可達70～80 m。巨量的耐火材料在鋼結(jié)構(gòu)支撐下，承載著約3000 t的玻璃熔融液進行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，在內(nèi)部最高溫度近1600 ℃的嚴(yán)酷高溫環(huán)境下，經(jīng)歷著膨脹、變形、損耗等熱變化，如何確保熔窯高溫工況下安全穩(wěn)定運行8～10年或更長時間，是熱態(tài)結(jié)構(gòu)安全性研究必須要解決好的課題。

該課題不僅關(guān)系著整個項目的成敗而且事關(guān)企業(yè)人身財產(chǎn)安全、社會影響，關(guān)系著中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)體系的榮譽。

超大噸位熔窯的超大尺度的大碹結(jié)構(gòu)是安全性落實的焦點，其內(nèi)表面最高溫度可達1600 ℃，接近14 m的拱形結(jié)構(gòu)需要經(jīng)歷8～10年的高溫考驗，而且從冷態(tài)到熱態(tài)全過程都可能出現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險。

為此，秦院研究人員艱苦分析了不同跨度42°～66°碹中心角的內(nèi)力值及壓力線變化，通過系統(tǒng)分析各部位工作環(huán)境及結(jié)構(gòu)受力特點，建立了各部位耐火材料和鋼結(jié)構(gòu)配置的優(yōu)化辦法，最終獲得了熔窯大型化的大碹結(jié)構(gòu)安全數(shù)值的最佳參數(shù)值。

同時，針對不同跨度大碹在42°～66°碹中心角條件下高溫壓力線變化規(guī)律，精心為超大跨度大碹在砌筑、升溫各階段的有序膨脹控制開發(fā)了新型的膨脹控制機構(gòu)。

另外，采用了四層熔窯鋼結(jié)構(gòu)框架體系，減少窯爐的負(fù)載變形；專門為不均勻地質(zhì)條件產(chǎn)生的熔窯沉降建立了對策。有效提升了窯爐的整體結(jié)構(gòu)的安全性。

③CBS熔窯組合碹結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件的開發(fā)

玻璃熔窯內(nèi)存在大量拱型結(jié)構(gòu)，俗稱 “碹結(jié)構(gòu)”，是基本的高溫結(jié)構(gòu)構(gòu)件，多用于熔窯承壓或支撐結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到工藝需要、安全性、耐火材料選材、砌筑安裝精度等，是熔窯全生命周期需要安全使用的關(guān)鍵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

超大噸位熔窯需進行大量更加精確的碹結(jié)構(gòu)計算，以便能夠為耐火材料配套進行精確要求，同時降低碹結(jié)構(gòu)的安裝扭曲，提高熔窯安全性。

碹結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計工作量大，傳統(tǒng)手工計算方法難以滿足高強度的計算要求和精度要求。秦院研究人員開發(fā)的CBS計算機軟件解決了以上問題，完全滿足碹設(shè)計和優(yōu)化要求。該軟件可用于除饅頭碹外的所有單層或多層碹結(jié)構(gòu)計算，軟件算法先進，計算速度快，計算精度達0.001 mm。CBS軟件為熔窯設(shè)計、材料模具開發(fā)、安裝胎具設(shè)計提供了先進快速的計算方法。

該軟件不僅應(yīng)用到熔窯內(nèi)寬達到后來的12.8 m的900 t/d級及其以上規(guī)模的超大噸位浮法玻璃生產(chǎn)線窯爐設(shè)計中，而且至今仍在使用，均取得了非常好的應(yīng)用效果。

④FDAS阻力計算軟件的開發(fā)

玻璃熔窯氣體空間的設(shè)計關(guān)系到熔窯全生命周期的動態(tài)安全性，與火焰輻射效率、燃料消耗、熔化質(zhì)量和耐火材料的侵蝕速度也有密切的關(guān)聯(lián)。通常為簡化復(fù)雜的玻璃熔窯內(nèi)部流體計算，熔窯空間的設(shè)計一般通過點對點的經(jīng)驗法進行。這種優(yōu)化方式的缺點是完全依靠經(jīng)驗總結(jié)，個體差異對優(yōu)化結(jié)論影響大，對不同的玻璃熔窯適用性差。

為科學(xué)分析超大噸位熔窯氣體空間結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性，提供熔窯火焰空間耐火材料砌體結(jié)構(gòu)的動態(tài)安全性評估依據(jù)，秦院研究人員依據(jù)流體力學(xué)的原理及熱工理論，結(jié)合熔窯大型化項目的計算需求，開發(fā)了FDAS阻力計算軟件。該軟件通過計算全窯在生產(chǎn)狀態(tài)下的氣體流動阻力和流動速度，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

軟件主要由兩個大部分構(gòu)成：

一部分是以阻力系數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)，為算法提供數(shù)據(jù)輸入，經(jīng)過智能算法生成優(yōu)化的熔窯結(jié)構(gòu)尺寸。

另一部分是將優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸生成可以供Autocad軟件識別的Dxf碼。 在第一個900 t/d超大噸位熔窯開發(fā)中，以該軟件計算結(jié)果為依據(jù)，優(yōu)化了全窯的內(nèi)部氣體空間，通過生產(chǎn)驗證，證明了其合理性和科學(xué)性，取得了滿意的效果。

⑤新一代高可靠性小鼻區(qū)柔性力電熔復(fù)合式L型吊墻的研發(fā)

與超大噸位窯爐配套的專有設(shè)備研發(fā)工作是同步持續(xù)進行的。為了保障熔窯大型化之后前臉吊墻等跨度更大、單位磚材工作負(fù)荷成倍增加的安全性，秦院成功開發(fā)了小鼻區(qū)柔性力高鎧磚電熔復(fù)合式前臉L型吊墻，完美解決了超大噸位大跨度下薄殼結(jié)構(gòu)L型吊墻的長期使用的安全性問題，同時在小鼻區(qū)吊墻內(nèi)部首次采用柔性力機構(gòu)及從鼻區(qū)直到大碹碹腳處均鑲嵌復(fù)合式氧化法電熔AZS磚的結(jié)構(gòu)，有力保障了900 t/d級以上超大窯爐的安全使用，有效地降低了吊墻耐火材料對玻璃液的污染，提高了玻璃質(zhì)量，極大地提高了超大噸位熔窯結(jié)構(gòu)安全性。

4.3.3 核心成果三：保障超大噸位熔窯穩(wěn)定運行的關(guān)鍵自控技術(shù)

①快速換向軟件的開發(fā)

秦院為有效控制與穩(wěn)定熔窯的主要工藝參數(shù)，提升超大噸位熔窯運行對內(nèi)部氣體運行的控制效率，提高熔化質(zhì)量、延長運行壽命，專門建立了快速換向模型，并以此為依據(jù)開發(fā)了快速換向軟件，解決了熔窯大型化過程中節(jié)能降耗需求以及換向期間工況平衡恢復(fù)時間延長等問題，采用此技術(shù)之后，在不同生產(chǎn)情況下，換向時間縮短了20%～35%。

②多級抗擾動控制系統(tǒng)的開發(fā)

為解決好超大噸位窯爐內(nèi)部玻璃液及各生產(chǎn)介質(zhì)運行空間大、內(nèi)部狀態(tài)相關(guān)關(guān)系關(guān)聯(lián)性影響大、溫度偏差要求減小的難題，秦院研究人員研發(fā)出換向期間窯溫梯度曲線補償方法，抑制窯溫變化對熱工制度的擾動。此技術(shù)與快速換向軟件配合應(yīng)用效果非常明顯，換向期間窯溫波動從20℃左右減少到5 ℃以內(nèi)。

③智能窯溫控制模塊的開發(fā)

研究人員開發(fā)了智能溫控模塊以實現(xiàn)燃料比值的優(yōu)化控制并達到最佳燃燒效果。智能模塊在熔窯溫度波動時也加速了調(diào)解過程，大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少NOx的排放。

④浮法玻璃主線生產(chǎn)過程控制專家系統(tǒng)

為了滿足超大噸位窯爐能夠操作、管理和維護便利要求，形成高效的生產(chǎn)和管理能力，研究人員利用工程軟件建立了強大的數(shù)據(jù)庫。將一系列技術(shù)創(chuàng)新與工程應(yīng)用生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)結(jié)合，在數(shù)據(jù)庫中分別建立熱工制度、成形工藝、產(chǎn)品質(zhì)量分析系統(tǒng)并實時自動采集生產(chǎn)、質(zhì)量等過程數(shù)據(jù)。在強大的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上結(jié)合工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了Windows XP系統(tǒng)平臺下具有集成度高、界面友好，擁有生產(chǎn)過程控制、成品質(zhì)量控制、故障自診斷功能及數(shù)據(jù)自采集功能的控制系統(tǒng)專家系統(tǒng)。

秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院（秦院）經(jīng)過多年艱苦的開發(fā)和研究工作，從設(shè)計到工業(yè)化配套、實施，到生產(chǎn)管理軟件，圍繞超大噸位浮法玻璃熔窯技術(shù)及相關(guān)裝備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)均被打通，形成完整具有自主知識產(chǎn)權(quán)的熔窯大型化技術(shù)體系。使中國“洛陽浮法玻璃工藝”具備了900 t/d及以上超大噸位生產(chǎn)線的技術(shù)能力。

5 成功和超越

2004年8月，采用中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)，由秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院和華爾潤集團共同完成的世界上最大的浮法玻璃生產(chǎn)線張家港華匯900 t/d超大噸位浮法線點火，當(dāng)年9月22日一次引板成功。該生產(chǎn)線窯爐內(nèi)寬為12.8 m，大碹跨度13.4 m，使用重油也可使用調(diào)和油為燃料，平均熱單耗達到5650 kJ/kg玻璃液（1350 kcal/kg玻璃液），最大可生產(chǎn)5.2 m板寬的優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，生產(chǎn)線裝備自動化達到國內(nèi)先進水平，生產(chǎn)效率高，各設(shè)備人機操作便利，玻璃品質(zhì)優(yōu)良，成為中國洛陽浮法玻璃技術(shù)發(fā)展的又一個里程碑。項目的開發(fā)成功是浮法玻璃整體技術(shù)的一次全面提高，增強了中國“洛陽浮法玻璃工藝”的國際影響力和競爭力，對推動行業(yè)技術(shù)進步具有重大示范作用。

2008年，圍繞超大噸位核心技術(shù)研發(fā)的成果，秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院和華爾潤集團申報的《浮法玻璃“逐級澄清”與熔窯大型化成套工程技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用》成果獲得國家科技進步二等獎。

從此之后，中國“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)的發(fā)展進入了大型化時代，中國平板玻璃工業(yè)新建線和擴產(chǎn)升級改造線熔窯規(guī)模迅速轉(zhuǎn)入700 t/d級以上大型化規(guī)?；?00 t/d級以上超大噸位窯爐規(guī)模。

2008年之后，由于900 t/d超大噸位熔窯在能耗控制和生產(chǎn)成本方面的巨大優(yōu)勢，國內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)更大噸位的生產(chǎn)線，包括1000、1100、1200、1300 t/d的生產(chǎn)線，窯爐生產(chǎn)規(guī)模不斷增大，技術(shù)也更加成熟。目前，我國以“洛陽浮法玻璃工藝”技術(shù)為依托的超大噸位生產(chǎn)線技術(shù)水平位于國際領(lǐng)先地位。

6 時代在前進

隨著行業(yè)一大批超大噸位生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)，企業(yè)之間的同質(zhì)化競爭現(xiàn)象出現(xiàn)了。市場需要新的技術(shù)來豐富單線超大噸位生產(chǎn)線玻璃產(chǎn)品的品種。為此，我國平板玻璃行業(yè)科研、設(shè)計、生產(chǎn)單位集中發(fā)力，加大了后續(xù)研究工作，并開發(fā)出一窯兩線浮法新技術(shù)。

2016年8月18日，河北南玻玻璃有限公司經(jīng)過艱苦努力成功建成點火900 t/d（300 t/d＋600 t/d）一窯兩線超白浮法玻璃生產(chǎn)線，其窯爐結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，兩條線運行正常，質(zhì)量完全滿足生產(chǎn)工藝要求。從此掀開了中國“洛陽浮法玻璃工藝”在超大噸位窯爐技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展新的一頁。

2018年10月27日，郴州旗濱光伏光電玻璃有限公司1000 t/d（350 t/d＋650 t/d）低鐵超白浮法玻璃生產(chǎn)線A支線成功引板，11月3日，B支線成功引板。

2019年9月，由中國建材國際工程集團有限公司、武漢理工大學(xué)及武漢長利玻璃（漢南）有限公司參與，長利玻璃洪湖有限公司主持開發(fā)的“高效節(jié)能超大噸位浮法一窯兩線多品種精確調(diào)控技術(shù)及成套裝備開發(fā)”項目開發(fā)成功，實現(xiàn)了1000 t/d（最大1200 t/d）超大噸位一窯兩線低能耗優(yōu)質(zhì)浮法薄玻璃熔窯結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)技術(shù)、二段收縮錫槽結(jié)構(gòu)及5.6 m超大板寬薄玻璃成形關(guān)鍵技術(shù)等方面的突破，進一步提高了超大噸位窯爐一窯兩線技術(shù)的水平，總體達到國際領(lǐng)先水平，獲得湖北省科技進步一等獎。

7 未來和展望

伴隨著“洛陽浮法玻璃工藝”經(jīng)過了50年發(fā)展的我國浮法玻璃熔窯技術(shù)，在艱苦奮斗中誕生，在銳意進取、勇于創(chuàng)新開拓中成長，實現(xiàn)從無到有、從小到大、從弱到強的發(fā)展歷程，已隨著中國“洛陽浮法玻璃工藝”的成熟和壯大在世