美国2020年前玻璃工业技术发展分析报告（转）

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美国2020年前玻璃工业技术发展分析报告


    美国玻璃工业分为容器玻璃、平板玻璃、玻璃纤维和特种玻璃等四大类,共有15万个业主,年总产量超过2000万吨,总产值约300亿美元。
    容器玻璃,包括玻璃瓶、玻璃罐头和其他容器,年产量约1000万吨,占美国玻璃总产量的50%,现有3个制造商,占据了美国95%的容器玻璃市场。
    玻璃纤维,主要包括玻璃棉和连续玻璃纱,年产量约300万吨,有10个生产商,运营40个工厂。
    特种玻璃产品多种多样。有传统产品,如照明、烹调用具、电视显示屏等;有较新的产品,如光导纤维、光电材料、平面显示屏和液晶显示屏等。特种玻璃的年产量约200万吨。生产商除少数几个跨国公司外,绝大部分是小型的专业化企业。此部分的许多产品,在十年前还不存在,通常是靠科学研究产生新的想法而开发的,每条生产线的规模不大,但技术含量高、利润大。
    平板玻璃年产量约500万吨,占美国玻璃工业总产量的25%,其80%用于住宅、商用建筑和汽车玻璃,20%用于其他方面,如镜子、家具和仪表等。美国现有6个玻璃原片制造商,运营30个工厂。这部分已日益全球化,境外到美国的投资在增加,而美国到海外的投资也在增加。
美国不仅是世界玻璃工业大国,也是强国,但在日益全球化的市场中也面临着一系列的挑战。在上世纪末,美国为确保其玻璃工业在二十一世纪仍然能不断地繁荣,以持续的竞争力走向未来,于1997年4月召开了美国玻璃工业技术发展研讨会,有来自15家玻璃公司、国家实验室、大学和研究组织的42位代表参加,审议了130多项美国玻璃工业需要研究的近期、中期和长期课题,形成了美国玻璃工业技术发展指南(TECHNOLOGYROADMAP),指导美国玻璃工业的研究开发工作,接着又于1998年成立美国玻璃制造业协会   (THEGLASSMANUFACTURINGINDUSTRYCOUNCIL,简称GMIC),受美国能源部的协议委托,负责实施“指南”。美国玻璃制造业协会有两类会员,一类是拥有熔窑的玻璃生产商,另一类是玻璃工业不可缺少的供应商、顾客、加工厂和研究单位,基本的核心成员是美国最大的、最有威望的玻璃公司。美国玻璃制造业协会是玻璃工业、政府和研究单位之间在研究方面的纽带,其使命是在技术、生产率和环保领域,推动和组织相互之间的合作,安排有关的研究课题,提高美国玻璃工业的效益和促进美国玻璃工业的发展。在以往工作的基础上,美国玻璃制造业协会于2002年6月发表了两篇文章,从生产效率、能源效率、环境保护和创新战略四个方面列出了需要研究开发的课题。
1.提高生产效率
    生产效率是个广泛的概念,包括生产过程的方方面面,如能源的利用、玻璃质量、产量、原燃材料的消耗、生产中形成的废物量、投资和成本等。美国玻璃工业2020年要达到的生产效率目标是:
---降低生产成本,与1995年相比,至少要降低20%,即每年降低0.7%左右
---坚持6Σ标准,完成某些过程的6Σ控制,使每百万件产品的缺陷不超过3.5个
---降低资本费用25%～50%
---提高营运效率25%
---单位资本投资的销售额提高一倍
---保持产量不变的情况下,产品的光学质量提高50%
---排除所有玻璃表面擦伤源
---窑龄延长5年,或30
---通过工艺和设备创新,降低资本投资或提高生产能力35%
为达到上述目标,需从技术上解决下述问题:
(1)研究开发生产过程的智能控制系统
此系统分三步进行开发。
第一步建立能快速获得结果的过程参数模型。第二步建立独立的咨询系统,熔窑操作人员可以其咨询意见进行人工调节。第三步建立模拟脑神经元网络控制系统(NEURALNETWORKSYSTEMS)。此网络控制系统能综合和分析众多的过程状态,自动调节各个参数,使生产过程趋向最佳化。此系统要能探测和诊断产品的质量,预报过程的需求和变化。
(2)研究开发先进的传感器
    先进的传感器是实现智能控制的物质基础。智能控制需要可靠、耐久、敏感、精确、价格又便宜的传感器。当出现飘移或故障时能够显示,并具有自校准能力,使检测和传递的过程信息准确可靠。此类传感器应包括:温度传感器、能检测和分析熔窑气氛中气体的传感器、能提供燃烧空间三维热图像剖面和检测热流速率矢量的装置、能现场就地测量玻璃液性质的传感器等。
(3)改进工艺过程
改进工艺过程,贯穿于生产的全过程,包括配合料制备、熔化、成型、加工、退火和冷端。关键的研究开发包括:
---热态检测产品质量,提高玻璃液均匀性和一致性的技术
---熔窑快速变料,生产不同玻璃成份和不同产品的技术
---优化配料用的原料,除配合料粒化和防止分层外,确定原料最佳颗粒尺寸,并使原料具有最佳颗粒尺寸的制备方法
---为熔窑全氧燃烧,在现场生产低成本的纯氧技术
---改进玻璃的冷却过程,提高热玻璃制品的淬冷效率
---改进加工和处理技术,提高产品品质和附加值,如镀膜和表面处理技术
(4)研究开发高温材料
研究开发能承受高温和生产环境侵蚀,寿命在10年以上,不出故障的材料,包括搅拌器、窑内传感器和摄像机罩。
    研究开发与热态玻璃接触的材料,如不使玻璃表面产生缺陷的自润滑的辊材。
创造一些新材料,替代昂贵的贵金属,如喷枪、鼓泡器和搅拌机所用贵金属的替代材料。
玻璃生产中回收余热的材料,如换热器和其他热回收系统用的耐高温、耐腐蚀的材料,以提高系统的热效率。
(5)提升设计,降低生产装置的运行成本和投资费用
此部分的研究开发应包括:
---优化熔窑设计最佳化,包括最佳的熔窑尺寸和熔窑形状,使熔窑热传递和出料量最大
---为玻璃熔化和澄清,开发和应用先进的计算机辅助工程设计
2.提高能源效率
    美国玻璃工业的能源中80%是天然气,17%是电,3%是油和其他燃料。