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玻璃瓶制造技术的发展认识

从历史的经验中回顾和总结历史,在总结历史中可以展望未来。玻璃瓶工业即遇到了前所未有的发展机遇,同时也遭遇了前所未有的发展困境,资源的合理利用,节能环保与质量是未来研究与发展的主题。

一、玻璃制品制造历史上的第一次飞跃

(一)二个混合器理论:玻璃制造过程中“二个混合器”理论是现玻璃瓶生产制造认识上的第一次飞跃

“二个混合理论”的由来:在二十世纪五十年代初召开了一次玻璃行业的国际性会议,在那次会议上,一位工程师提出了:“两个混合器”的著名论点。即在玻璃的制造过程中要经过两次混合,一是配料过程中粉料的固体混合其重要性占70%;二是熔制过程中的液体混合其重要性占30%。因为,高温状态下的玻璃液,仍然十分粘稠,并不象人们想象的那样容易均化;而在常温状态下的粉料,却比较容易混合均匀。二个混合器的论点激发了玻璃制造商和工程师们不尽的回忆…。那时的机械和电子技术已经有了较高的水平,于是,在50年代后机电化的配合料生产线应运而生,并很快在各国推广。这次国际会议,是促进世界玻璃工业突飞猛进发展的一次重要会议,也是人们对玻璃制造工艺认识上的一次大的飞跃。在国际玻璃制造发展史上都具有里程碑的意义。
四)先进的节能玻璃窑炉应具备的功能特点

1.合理的造价策划,合理选择和匹配耐火材料及保温材料;

2.具有6~8年的窑期设计;

3.先进的结构设计及其成熟经验的应用;

4.玻璃液单耗低、热效率高、节能环保的效果达到领先水平;

应用“四新技术”充分并实现计算机自动化控制,“四新技术”即新工艺、新技术、新设备、新材料,诸如鼓泡、全氧燃烧、电助熔、内窥视监控、料道控制及着色、节能环保技术等;

7.玻璃质量优良、产品合格率高、接近国际水平;

8.应用清洁能源及复合型能源,如天然气、煤制天然气及辅助电助熔,经过各类处理的烟气、粉尘及水处理能达到国家标准要求;

9.玻璃窑炉的先进性、可行性、合理性得到行业认可并能做为样板窑可大面积推广应用。

可以说,以上这些就是我们的行业梦。

(五)配合料加料的控制

1.加料层厚度:80~100mm;

2.加料层宽度:料带边缘与加料口二侧边缘80~100mm;

3.液面控制精度:±2mm范围内,且连续式加料;

4.加料带控制:料带不允许超过窑炉鼓泡点、窑坎及热点区域;

5.加料机选型:应选择薄层往复式及裹入式或摆动式加料机;

示图一玻璃窑炉熔化过程模拟图

    值得提倡的是配合料的粒化或压实处理,对玻璃熔制是极为有利的。


(二)玻璃制造始于认识和理念,终于质量和环保

1.人们在向目标出发以前,先有充分的认识和良好的理念是十分重要的,产品和技术的落后源于认识和理念的落后;

2.从目前来看,大多数玻璃企业对原料的成分、粒度、水分的控制还没有得到足够的重视,依然受原料供应商的制约,是制造优质玻璃产品的瓶颈之一;

3.同时也不注重过程环节与细节上的技术研究并采取措施

玻璃窑炉的设计制造仍然停留在个人英雄主义阶段,各种“四新技术”没有得到充分的应用,诸如窑炉结构优化设计、材料应用、保温、鼓泡、电助熔、内窥视监视、排放处理、余热利用、自动化控制等;

4.目前国内没有一座完善的现代化的中大型玻璃窑炉样板可供学习和借鉴,也是制造优质玻璃的瓶颈之一

5.标准化工作非常薄弱,国家标准、行业标准、企业标准和规范还落后于时代。技术进步标准要先行,标准落后就是阻碍发展的瓶颈。

企业及其产品最终要受到市场质量和社会环境的检验。

(三)配合料固体混合的10项经典要求

1.玻璃原料的粒度:60~80目的>85%,尤其是矿物原料;

2.玻璃原料的成分:稳定,尤其是长石、硅砂矿物的控制;

3.玻璃原料的水分:<8~10%,重点是硅砂、长石;

4.玻璃原料的称量精度:1%~1/3000;

5.投料顺序:硅砂+纯碱+长石+辅助料及小料;

6.混合时间:3~5分钟;

7.混合均匀性:≥96~98%;

8.配合料水分含量:5~7%;

9.碎玻璃:粒度≤50mm;

10.配合料混合后加入输送落料距离:≤1米落差。

以上10项是经典的质量要求,企业应达到标准化的控制。根据“二个混合器”理论,制造均匀的玻璃,冷态的固体混合工作应占70%,且比较容易做到做好,关键在于认识。
 玻璃窑炉内窥视监视的作用:1.监控火焰燃烧与熔制情况;2.监视配合料走向及玻璃液表面状态,如鼓泡等;3.监控耐火材料融蚀情况;4.手持式的内窥视镜可以检查格子体堵塞及通道等的堵塞情况;5.指导我们采取正确的作用制度。

一个经典的燃天然气加鼓泡电助熔玻璃窑炉模型

   (六)玻璃熔化的控制

A.二个经典的化学反应方式:

1.盐类的复分解反应:由盐类到硅酸盐再到氧化物玻璃形成反应

大部分玻璃原料都具有盐类的复分解反应特点:

硝酸钠:2NaNO3=2NaNO2+O2;4NaNO2=2Na2O+2N2+3O2

2.氧化还原反应:氧化物由低价态到高价态的可逆反应

三氧化二锑:2Sb2O34Sb+3O2

B.玻璃熔制的五个阶段即硅酸盐物理化学反应和玻璃形成过程:

1.硅酸盐的形成:大约20分钟以上,且配合料表面熔融;

2.玻璃的形成:大约5分钟以上,成为含有大量气泡的玻璃液;

3.玻璃的澄清:高于熔化温度30℃以上,以热点为中心;

4.玻璃的均化:高于溶化温度30℃以上,以热点为中心;

5.玻璃的冷却:约降温200~300℃,在分配料道进一步调整。

(七)玻璃液的澄清、均化与对流流动配合料熔化与玻璃液的流动方式模拟图 

    图示中可以看出,玻璃窑炉做为高温液态混合器,要制造均匀的玻璃也只能占30%的均化作用并且有很大的难度。尽管我们采用了电助熔、鼓泡、流液洞下潜及上倾式、深澄清池结构等技术措施,但终究不如配合料的混合来的便捷、方便、直观及容易采取更多更好的办法和措施。因此,我们更应该关注配合料的制备质量,制造均匀的玻璃的这70%的均匀混合作用千万不能忽视。

(八)成型工艺及其控制

1.从成型工艺来看,技术水平参差不齐,以8组双滴料举例:啤酒瓶机速在140~160滴/分钟(500~600ML);输液瓶机速在160~230滴/分钟(100~250ML);白酒瓶由于异形瓶较多,机速大多在100~120滴/分钟(450~500ML),工艺不规范的问题比较多。

2..从料道控制上说,除引进的标准料道外,没有几家料道控制是规范的标准料道,无论是电加热的,还是天然气加热的,首先是设计不规范,不肯投入,也许是认识上的问题,这极大程度影响了高机速的发挥和制造均匀的玻璃瓶。

3.真空辅助成型工艺没有得到普及认识和广泛应用,成型工艺、机速、产品质量也只能停留在初中级阶段。

4.在工艺设备与辅助设备的配套性方面还有很多的问题没有认识到或解决的不好。

(九)产品质量检验

1.玻璃瓶检验机是市场倒逼出来的,就国产机而言可靠性、稳定性、适应性、多样性方面还有诸多不足,尚需改进和提高;

2.进货产品控制、过程产品控制、最终产品控制还停留在经验控制、百分比统计控制阶段,与数理统计控制还有很大的距离,具体表现在漏检率还在百分比控制中,与国际上十万分之一控制的距离还相当的大,已经不适应大件包装、高速灌装线的要求了。

二.大型炉、大机型、大规模生产是玻璃瓶罐制造技术的第二次飞跃

1.林取自动制瓶机1916年美国制造,1928年罗兰特(比利时)和四组行列机(美国)同年诞生,1940年四组行列机改为四组双滴机,1944年5双,66年6双,1971年8双,1974年8组三滴电子定时,76年10组3滴并开始了小口压-吹工艺。我国65年四单,85年6双,在2000年前后飞跃发展,6双、8双、8三、10双、12双引进和制造较多。大机型、多滴料、大规模生产已经是玻璃瓶罐制造的主流。

    2.市场需求及大机型的出现必然要催生窑炉的大型化,耐火材料的进步、重油天然气的应用、蓄热室增大、保温加强、池身增加、倾斜式流液洞、自动化控制等使得窑炉越来越向大型化发展,日产100~300吨玻璃以上的窑炉层出不穷。
3.关于轻量化:80年代中期至今将近30年间,有一定的进步,但不理想,最大减重30~40克左右。我们的制造理念、资源和市场条件、制造技术及法律法规的支持度、行业内外的认可度依然是发展的瓶颈,需要行业达成共识来解决。我们可以注意一下,目前,矿泉水塑料瓶也已经实现轻量化了,但轻量的有些过,有软骨病之嫌。我国现阶段玻璃轻量瓶发展还有几个影响因素需要解决:

(1)制造均匀的玻璃技术方面;

(2)料道控制的精确性、稳定性、可靠性方面;

(3)真空辅助成型及模具设计、材质、加工、冷却控制方面;

(4)大比重提升自动化控制和科学管理方面;

(5)标准、法律法规的支持度及行业认识和意识方面;

(6)市场的多轻量化玻璃瓶产品质量的认可度方面。

总之,轻量瓶技术在欧美日是成熟的技术,已经历了几十年的应用,在我国则是一次技术进步的飞跃。轻量瓶既是玻璃瓶罐的必经之路,也是必由之路。

三、节能环保、资源合理利用、自动化控制与科学管理模式将是玻璃瓶罐制造技术的第三次飞跃机遇

1.国务院治理大气污染10条措施的实施;

相关10条:其中相关的一是减少污染物排放。全面整治燃煤小锅炉,加快重点行业脱硫脱硝除尘改造。二是严控高耗能、高污染行业新增产能,提前一年完成钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃等重点行业“十二五”落后产能淘汰任务。三是大力推行清洁生产,重点行业主要大气污染物排放强度到2017年底下降30%以上。五是强化节能环保指标约束,对未通过能评、环评的项目,不得批准开工建设,不得提供土地,不得提供贷款支持,不得供电供水。六是推行激励与约束并举的节能减排新机制,加大排污费征收力度。七是用法律、标准“倒逼”产业转型升级。制定、修订重点行业排放标准,建议修订大气污染防治法等法律。

2.玻璃成分中有害物质元素的控制,强制性标准终究要出台;

3.煤制甲烷(煤制天然气)应用所带来的发展机遇;

4.以普通钠钙硅玻璃为主导的料道着色技术的应用

5.大规模(大机型)与小批量(小机型)搭配中大窑炉(60-100平方米以上)生产模式应用;

6.自动化控制与产品自动检验及统计技术应用;

7.整合新生产模式的建立及其示范作用与普及推广;

8.标准和市场倒逼的促进作用将推进行业技术进步

四、玻璃制瓶行业的发展与展望

1.一个时期内中国依然是世界玻璃制造大国和产业发展中心,窑炉应该向应用洁净能源的中大型化、节能环保化、控制自动化的方向发展;

2.我们依然面临着原燃料资源和节能环保的巨大压力,用天然气及煤制(甲烷)天然气来取代煤气炉制气是大势所趋,预计在未来5-10年会有大的变革性的发展;

3.瓶罐轻量化应该在理念、技术、制造上有质的突破和飞跃,不断发挥专业协会的领导和引导作用,以技术指导为核心的服务来打造样板企业及推广样板企业的成熟技术;

4.产品质量、制造技术、节能环保、企业管理等法律法规应该加速出台,来引领和推动行业的健康发展;

5.自动化控制和现代企业管理模式要尽快普及应用;

6.国家会尽快淘汰一批产能、技术、管理落后的污染企业,建立规范的市场竞争秩序,价格机制,质量水平,强制性的法律法规、标准倒逼的管理会不断强化,玻璃行业会不断迎接行业内外的新的挑战。(2013-07-15)


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