凱盛科技引領中國浮法玻璃工藝的創新與發展

吳學理，胡光跟，湯 俊，王保軍

(1.中建材蚌埠玻璃工業設計研究院有限公司，蚌埠 233010；2.中國建材國際工程集團有限公司深圳分公司，深圳 518054)

20世紀50年代英國皮爾金頓公司發明浮法玻璃工藝并成功用于工業化生產后,浮法工藝迅速成為世界范圍內平板玻璃生產的主導工藝。為改變我國玻璃工業的落后面貌,國內相關科研院所與洛玻一道，自力更生、艱苦攻關，在當時十分困難的條件下,團結協作,走出了一條獨立自主開發浮法玻璃生產技術的艱苦創業之路。

從1963年到1981年,歷經18個春秋,中國的玻璃科技工作者先后完成了實驗室研究、中間試驗和工業性試驗。1971年9月23日成功建成投產了我國第一條浮法玻璃生產線——洛玻浮法一線，并于1981年4月12日通過國家級技術鑒定，被命名為“洛陽浮法玻璃工藝”。它的誕生，開創了中國玻璃工業變革、創新和發展的新時代。

1 風雨兼程 浮法玻璃工藝技術突飛猛進

1981年至今的40年間,中國浮法玻璃技術取得了令世界矚目的巨大進步。玻璃工業的產業結構實現了從垂直引上工藝占主導地位到浮法工藝占絕對主導地位的根本性調整。這期間在一批具有遠見卓識的優秀企業家的努力開拓下,在科研設計院所強有力的技術支撐下,中國浮法玻璃技術取得了一系列里程碑式的重大突破。

1985年國家重點科技攻關項目彩色電浮法玻璃通過鑒定，開創了我國彩色浮法玻璃生產的先河，產品質量處于國際同類先進水平，改變了國內玻璃品種和顏色單一狀況。同年，洛玻建成了400 t/d的第二條浮法玻璃生產線，浮法玻璃工藝實現了“從小到大”的突破。

1987年12月，洛玻集團與蚌埠院通力合作的項目——將九機垂直引上玻璃生產線通過技術改造成為一條300 t/d級浮法生產線，實現了洛陽浮法玻璃工藝“從舊到新”的突破。該項目順利投產成功,對垂直引上改浮法工藝起到了示范和引導作用,掀起了淘汰落后工藝、發展浮法技術的高潮,之后約有20條六機、九機等垂直引上生產線先后改造為浮法玻璃生產線。

1990年洛玻浮法二線結合冷修進行了全面技術改造,被原國家建材局認定為“中國浮法玻璃工藝技術改造樣板線”,達到了20世紀80年代國際先進水平。

“七五”期間,原國家建材局組織蚌埠院等單位實施了一大批從礦山原料到冷端切裁全方位的技術攻關課題,有力地促進了中國浮法工藝技術和裝備水平的提高。

20世紀90年代初,原國家建材局組織,蚌埠院等單位參與引進的美國托利多浮法玻璃熔窯技術,通過推廣使用,使我國浮法熔窯在熔化能力、能耗指標、熔窯壽命、熔化質量等方面都取得了很大進步。

1997年12月,我國自主設計的熔化量達到600 t/d,國內規模最大、板寬最大、窯齡最長、裝備水平最高的洛玻一線改造項目投產成功,經過洛玻與蚌埠院等單位聯合攻關,其產品質量基本達到合資企業實物質量水平,代表了當時中國浮法技術最高水平，實現了中國浮法玻璃規模和水平的新跨越。

1999年，為了全面提高洛陽浮法工藝技術和裝備水平，洛玻集團與蚌埠院等單位聯合攻關，先后開發了“配合料REDOX控制”、“玻璃液中Fe2+/Fe3+的控制”、“熔窯交叉限幅控制”等技術，提高了玻璃熔化質量；采用新的熔窯設計、保窯及生產操作技術，使窯齡由過去的5年提高到10年以上；開發了“錫槽密封技術”、“錫槽吹掃技術”、“小速比成型技術”，提高了玻璃成型質量；提出了超厚浮法玻璃成型的技術方案，開發了“超厚玻璃成型技術”，生產出最大板寬4.5 m，19 mm、25 mm的超厚浮法玻璃，成為中國浮法玻璃發展史上一個重要里程碑。實現了“裝備、品種、質量”三大技術突破，在工程設計、施工和裝備水平、生產操作技術等方面得到了全面提高。

2001年在龍門玻璃廠基礎上建成的擁有自主知識產權的中國首條電子工業用超薄玻璃生產線，成功開發出1.5 mm、1.3 mm、1.1 mm、0.7 mm、0.55 mm系列超薄浮法玻璃產品，使我國成為世界上第二個擁有超薄玻璃生產自主知識產權的國家。2006年，洛玻集團在首條電子工業用超薄玻璃生產線的基礎上，興建了250 t/d提高型超薄浮法玻璃生產線，可穩定生產0.45～1.1 mm厚度TN、STN級用于液晶顯示器的基板玻璃，進一步將洛陽浮法工藝技術推向一個新的水平。該項目2006年獲國家科技進步一等獎，是我國浮法玻璃技術的又一次重大創新和突破。2017年，中國建材工程集團對該生產線進行總包技改，對生產關鍵工序中的原料、熔窯、錫槽、退火窯與冷端主要工藝設備及控制系統進行了全面優化升級改造，使其具備了生產0.4～1.3 mm浮法玻璃的能力，產品質量達到STN級標準，替代進口，能源消耗大幅度下降，實現“節能降耗”的高標準，達到當時國內先進水平。

2010年，針對國際電子玻璃科技創新發展趨勢和超薄超白玻璃的市場需求，洛玻集團通過技術創新，研發設計了我國第一條250 t/d超薄超白玻璃生產線。該生產線采用國際、國內最先進科技成果，玻璃熔窯、錫槽等關鍵設備得到全方位的改進和提高。該項目打破了國外技術封鎖和產品壟斷，在基礎研究、工藝技術、裝備和產品開發應用等方面都取得重大創新和突破，實現了由傳統領域向電子領域的重大跨越，為電子信息材料產業的健康和可持續發展創造了條件，使中國浮法技術邁入一個嶄新階段。

2 科技創新 引領傳統浮法玻璃工業高質量發展

談到中國的玻璃工業，總是繞不開一個名字——蚌埠玻璃工業設計研究院。長期以來，以蚌埠院和中國建材工程集團為核心企業的凱盛集團致力于“第二代中國浮法玻璃技術與裝備研發”計劃，就行業前沿、共性、重大關鍵技術開展研究。目的是在現有工藝技術基礎上，通過與國際先進技術進行對標，找出差距，進行攻關，進而達到擁有世界先進的浮法玻璃工藝技術。通過第二代中國浮法玻璃技術的創新和研發，為玻璃行業優化存量提供技術支撐，為深加工、增加附加值、優化結構提供基礎和保障，實現創新、提升，進而超越與引領世界浮法玻璃工業的發展。

為此，凱盛集團在原料提純、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項關鍵技術，為信息顯示玻璃產業邁入“中國制造2025”打下堅實基礎。凱盛集團圍繞浮法玻璃原片提出了多個研發課題，如高質量配合料生產及控制技術、新型熔窯結構優化、錫槽性能優化提高、錫槽內溫度場及錫液流動的模擬與優化、新型退火窯研發、優質浮法玻璃冷端設備和控制系統開發、浮法操作軟件研發及操作管理實現智能化、新型垂直攪拌器研制等。

凱盛集團致力于浮法玻璃熔窯的節能設計，大力開發應用熔窯計算機模擬技術，通過對玻璃熔化、澄清與熔窯結構熱力學和動力學規律的研究，對浮法玻璃熔窯結構進行了一系列優化，并成功地應用于工業生產。開發了浮法玻璃熔窯的全氧燃燒技術，與傳統的玻璃熔窯空氣助燃技術相比，具有節能、可大幅度降低NOx和粉塵等有害物質的排放量以及熔化率高等顯著特點，被譽為玻璃熔化技術發展歷史上的第二次革命。開發了浮法玻璃熔窯廢氣的余熱發電技術。多年來，凱盛集團在總結燃氣聯合循環、各種工業窯爐余熱發電系統技術及裝備的經驗基礎上，開發了適合浮法玻璃熔窯煙氣特性的余熱發電技術，利用該技術對浮法玻璃熔窯煙氣余熱進行綜合利用。開發了浮法玻璃熔窯廢氣的脫硫脫硝和除塵技術。中國建材工程集團根據浮法玻璃熔窯的煙氣特點成功地開發并應用于國內外諸多浮法玻璃生產線的脫硫、脫硝和除塵系列設備。

錫槽是浮法玻璃成型的關鍵設備，為提高中國浮法錫槽的技術水平，凱盛集團持續組織技術力量對錫槽的關鍵環節進行科技攻關，取得了重大突破，主要表現在：1)錫槽用關鍵耐火材料的質量得到了顯著提高。2)錫槽流液道采用喇叭口形結構。3)采用精準的玻璃液流量控制技術。4)采用錫液回流控制及橫向溫差控制技術。5)采用全自動吊掛式浮法玻璃拉邊機，中國建材工程集團開發的該設備目前已經在行業內得到廣泛的應用。6)采用誘導式扒渣機。7)蚌埠院根據國家攻關計劃完成了錫槽保護氣體終端凈化技術和錫槽內氣體導流技術的開發，進一步改善了錫槽內的氣氛環境，減少了由氧和硫所引起的成型缺陷，提高了玻璃質量。8)全面加強錫槽密封，提高槽內壓力，減少氧對錫液的污染。

為了整體提高中國浮法玻璃技術的裝備水平，節能降耗，凱盛集團在引進、消化和吸收國外先進制造技術的基礎上，不斷創新，先后開發了具有中國特色的全鋼全電浮法玻璃退火窯，替代進口，滿足生產超厚、超薄和超大板寬浮法玻璃退火的要求。中國建材工程集團生產的世界上最大規格1 200 t/d浮法玻璃退火窯2011年就已經投入生產運行。

在實現工藝技術“國產化”的同時，蚌埠院還加強技術攻關，順利實現了生產裝備、產業鏈條的全部“國產化”，把“命門”緊緊握在了自己的手中。項目生產線裝備由蚌埠院自主研發，熔窯、錫槽、退火窯等主要熱工裝備全部具有完全自主知識產權。

在浮法工藝技術智能化發展歷程中，創建浮法玻璃工廠DLP數字化高清晰大屏幕智能信息顯示系統平臺。利用高清晰DLP技術、投影墻拼接技術、多屏圖像處理技術、網絡技術等先進計算機技術，與生產自動化SCADA系統、安防監視VSCS系統等高度集成，構建了浮法玻璃生產集中監管、信息共享和調度指揮平臺。2020年，凱盛集團旗下河南省中聯玻璃有限責任公司建成浮法玻璃工廠全集成網絡化控制系統。利用新一代控制技術、網絡技術和計算機技術，將熱端、冷端、原料和公用工程等全廠數據信息整合集成，數據互通、信息共享，建立了浮法玻璃工廠大數據分析系統、浮法玻璃工廠云計算系統、互聯網遠程監控系統。在生產高質量產品的基礎上，將生產運營數據與大數據、云計算、人工智能等前沿技術相結合，建立玻璃工廠信息管理和服務，實時掌握產銷流程、提高生產過程可控性，實時精準分析生產線各項數據，實現玻璃工廠降本增效、節能減排，建成了國內一流、世界領先的高水平玻璃智能工廠樣板工程。

同時，中國建材工程集團開發的以焦爐煤氣、發生爐煤氣等低熱值燃料為能源的浮法玻璃生產線不斷突破技術瓶頸，產線規模達到800 t/d。

3 轉型發展 開啟中國玻璃新材料產業先河

2007年洛玻進入中國建材集團，2014年洛玻被納入凱盛科技集團。凱盛集團的科技創新能力得到進一步加強，向新技術、新能源、新材料、新裝備的方向扎實邁進，逐步走向多功能、高端化、智能化、綠色化、國際化的高質量發展目標。

2010年1月，蚌埠院被國家科技部列入“第二批企業國家重點實驗室建設名單”，承建“浮法玻璃新技術國家重點實驗室”，10月浮法玻璃新技術國家重點實驗室建設計劃書通過了科技部組織的專家論證，2015年7月通過科技部驗收。重點實驗室的主要研究方向為:1)高品質浮法玻璃技術;2)浮法玻璃節能降耗與環保減排技術應用基礎;3)玻璃功能膜材料設計和鍍制工藝應用基礎;4)玻璃新材料。

2013年9月，凱盛集團旗下蚌埠中建材信息顯示材料有限公司150 t/d超薄玻璃生產線建成，該生產線是目前國內唯一一條具備生產0.12～1.1 mm全系列超薄高端電子信息顯示基板能力的浮法玻璃生產線，全套技術及裝備具有完全自主知識產權，整體達到國際先進水平，率先在國內成功實現了0.25 mm、0.20 mm、0.15 mm超薄浮法電子玻璃的工業化批量穩定生產。2018年蚌埠中顯成功量產0.12 mm世界最薄觸控玻璃，刷新了浮法生產電子玻璃最薄的世界紀錄，標志著中國浮法玻璃技術達到世界領先水平。“觸控顯示用超薄浮法電子玻璃工業化制備關鍵技術開發”獲得2016年度國家科技進步二等獎。

蚌埠中顯公司超薄玻璃生產線成功拉引0.12 mm超薄玻璃后，又成功開發出0.2 mm中鋁玻璃并實現量產，打破國外技術壟斷，填補國內空白。2018年11月9日，工業和信息化部、中國工業經濟聯合會聯合發布第三批單項冠軍企業和單項冠軍產品名單，蚌埠中顯公司“超薄浮法電子玻璃”產品成功入選單項冠軍產品名錄。

為進一步提升產品質量，實現技術升級，生產滿足市場要求的高附加值的電子功能材料，以應對信息產業的飛速發展和日益激烈的市場競爭，實現企業的可持續發展，2017年3月16日，凱盛集團投資5億多元在偃師龍海公司超薄電子玻璃生產線原址上建設了新一代180 t/d 信息顯示超薄基板生產線，生產0.55～1.1 mm信息顯示超薄基板。該工程項目由蚌埠院設計、中國建材工程集團承建。項目具備生產國際領先、國內一流的高端電子玻璃產品，完全滿足信息顯示超薄基板下游客戶的各種特殊生產需求。

新材料產業是凱盛集團加速邁向高質量發展的重要布局。在浮法玻璃新品種方面，凱盛集團旗下企業蓋板玻璃、CIGS發電玻璃用高應變點基板玻璃、高硼硅防火玻璃、TFT玻璃基板等生產線相繼建成投產。

2018年4月，中建材(蚌埠)光電材料有限公司建成投產超薄高強高鋁蓋板玻璃生產線。該項目采用蚌埠院自主研發的超薄浮法工藝，可生產0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.7 mm、1.1 mm的超薄基板，主要應用于智能手機、平板電腦、銀行觸控一體機等領域，產品性能達到國際先進水平。打破了我國觸摸屏用超薄高鋁蓋板玻璃長期依賴進口的局面，為中國光電顯示高端材料事業作出了新的重大貢獻，標志著中國建材集團創造電子信息顯示產品“四塊三種”玻璃的中國最高水平，對完善我國光電顯示產業鏈，促進光電顯示產業健康發展具有重要意義。

高應變點玻璃是一種應變溫度530 ℃以上且熱處理過程不易變形的玻璃產品，可作為電子基板、薄膜太陽能電池基板材料，廣泛應用于公共信息、辦公、工業控制和軍事等領域。目前，國際上僅有日本和法國的幾家公司掌握高應變點玻璃生產技術，導致產品在國內銷售價格居高不下，研制具有自主知識產權的高應變點玻璃勢在必行。凱盛集團經過多年的科技攻關，成功研制出應用于太陽能電池的高應變點玻璃產品，取得多項創新成果：一是全新設計R2O-RO-Al2O3-SiO2玻璃氧化物組成體系，優化礦物原料粒度級配，形成一整套可用于薄膜太陽能高應變點玻璃基板生產的料方體系，材料應變點溫度達530 ℃以上。二是設計高性能導電薄膜結構，采用CuZn替代Mo作為導電層，鍍膜線采用磁流體代替橡膠軸承密封并增加SiN阻擋層，有效降低了產品成本(約30%)，提高了膜層均勻性和濺射穩定性。三是突破全氧燃燒工藝適配性、高黏度玻璃液成型特性、2 mm薄玻璃板穩定成型過程控制以及精密退火等技術難題，形成浮法制備高應變玻璃基板全套生產工藝，產品性能指標達到國際先進水平，一等品率達90%以上。四是掌握Cu、Zn等元素的最佳配比，調節MoN層濺射氣體比例和濺射功率，實現了SiN層與玻璃基板的良好結合，所研制的高真空、高隔離系數磁控濺射裝置產品良品率達到99%。

基于項目成果研制的高應變點玻璃已在凱盛集團旗下安徽華光光電材料集團實現規模化量產，產品通過日本Solar Frontier K K公司質量檢測，指標全部合格。另一項依托項目研究成果的產品——背電極玻璃已在安徽興科玻璃有限公司完成產業化，產品各項性能指標達到或優于國外同類產品，并首次實現對外出口。項目實現了薄膜太陽能電池關鍵基礎材料的國產化，打破了國外對高應變點玻璃基板的技術壟斷，對于填補相關產業鏈環節缺失，增強我國裝備制造業自主創新能力具有重要意義。

TFT-LCD玻璃基板是電子信息顯示產業的關鍵戰略材料。之前我國大尺寸液晶電視所需的8.5代TFT-LCD玻璃基板完全依賴國外公司的技術和產品，尚無法實現自主生產。面對這一現狀，凱盛集團主動請纓，承擔了《高世代電子玻璃基板與蓋板生產關鍵技術、裝備研究與開發》這一國家“十三五”重大科技專項工作，投資建設了我國首條8.5代TFT-LCD玻璃基板生產線項目。作為國家重點研發計劃“高世代電子玻璃基板和蓋板核心技術開發及產業化示范”項目，歷經數十次的技術攻關，自主創新開發的鉑金流道浮法工藝，成功地打破了國外的壟斷。項目的成功實施不僅實現了我國高世代液晶玻璃基板“零”的突破，還將形成具有我國自主知識產權的高世代電子玻璃關鍵工藝技術。

在8.5代TFT玻璃基板生產線裝備的研發方面，凱盛集團針對極難熔硼鋁、鋁硅酸鹽系電子玻璃熔化方式和窯爐結構關鍵環節進行技術創新，開發出電熔化與全氧燃燒相結合的低碳高效熔化技術，降低了配合料、玻璃液中硼組分的揮發，提高了原料利用率、改善了對設備的侵蝕，同時降低表層玻璃液富硅層的產生，提高了玻璃液澄清、均化質量。設計出新型結構窯爐，選用氧化錫電極，創新梯級控制熔化技術，提高料山下方電熔功率，料山下方電極偏移至投料池，實現高效熔化。根據玻璃液流量、鉑金材料高溫理化性能，進行高溫力學分析，優化設計具有較好高溫強度的鉑金通道。開發出高溫淺層脫泡、溫度精密控制、多級強制攪拌、微環境控制技術，提高了玻璃液的流動性，加強了熔化區玻璃液對流，顯著提高了熔化質量和熔化量，實現電子玻璃在高粘度狀態下的澄清和強制均化。2019年9月18日中國首片自主研發的8.5代TFT-LCD玻璃基板在蚌埠成功下線，開創了8.5代TFT-LCD超薄浮法玻璃基板國產化的先河。

中國工程院院士、凱盛集團董事長、中國建材集團總工程師彭壽多次強調，8.5代TFT-LCD玻璃基板生產線作為國家重點研發計劃項目，必須科學謀劃、精心實施、全力突破，服務國家戰略大局，展現凱盛作為；要貫徹落實中央經濟工作會議精神，全力“固鏈、補鏈、強鏈”，促進企業高質量發展；要全面總結8.5代TFT-LCD玻璃基板建設和研發生產的經驗，以國際化的技術水平和建設效率加快推進二線工程項目建設，確保高標準、高質量達產達標，創造中國高世代TFT-LCD玻璃基板建設的“凱盛速度”。盡快提升8.5代TFT-LCD玻璃基板產能，為后續生產線建設打下良好的基礎。

4 產業報國 打造民族玻璃工業品牌

長期以來，凱盛集團通過不斷改進提高工藝和技術，努力打造玻璃工業全新的產業鏈，取得了驕人的業績。在國內和出口的高端玻璃市場均占據90%以上的份額，是中國玻璃行業當之無愧的領軍企業。在玻璃行業結構調整與轉型發展的過程中逐漸成為中國玻璃行業的知名品牌、中國新能源業務的知名品牌、國際化業務的知名品牌。

在國際市場上，早在1988年，蚌埠院成套出口到印尼ARB的300 t/d玻璃項目，標志著中國浮法工藝技術正式走出國門，帶動了相關產業的迅猛發展；2006年，凱盛集團成套出口印尼的TG-2 900 t/d玻璃生產線，標志著中國大噸位浮法技術得到世界認可；2015年，凱盛集團總承包的韓國KCC 1 200 t/d項目的建設成功，標志著代表世界最大噸位的浮法成套工藝裝備成功打入發達國家市場，技術水平達到國際一流；2020年，中國第二代浮法技術服務于美國加迪安公司，標志著中國浮法技術得到世界一流玻璃企業的認可。

根據中國建材集團的戰略部署，凱盛集團緊盯高端新玻璃發展方向，積極開展研發創新，不斷整合旗下企業產品結構，電子超薄浮法玻璃產量所占比重大幅上升，太陽能光伏玻璃實現新突破。新材料和高附加值產品所占比重迅速提高，上市公司從建材領域向電子信息顯示領域和太陽能光伏領域的轉型進一步夯實。

5 結 語

新思想引領新時代，新作為譜寫新篇章。以蚌埠院和中國建材工程集團為核心企業的凱盛集團深耕玻璃行業68年，初心不改，厚積薄發，踐行著科技報國的情懷與使命擔當，樹立了中國玻璃行業創新轉型的典范，從傳統玻璃，逐步延伸到新玻璃、新材料、新能源等產業鏈上下游領域，創造了民族玻璃工業發展史上的新輝煌。