美國2020年前玻璃工業(yè)技術(shù)發(fā)展分析報(bào)告（轉(zhuǎn)）

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美國2020年前玻璃工業(yè)技術(shù)發(fā)展分析報(bào)告


    美國玻璃工業(yè)分為容器玻璃、平板玻璃、玻璃纖維和特種玻璃等四大類,共有15萬個(gè)業(yè)主,年總產(chǎn)量超過2000萬噸,總產(chǎn)值約300億美元。
    容器玻璃,包括玻璃瓶、玻璃罐頭和其他容器,年產(chǎn)量約1000萬噸,占美國玻璃總產(chǎn)量的50%,現(xiàn)有3個(gè)制造商,占據(jù)了美國95%的容器玻璃市場。
    玻璃纖維,主要包括玻璃棉和連續(xù)玻璃紗,年產(chǎn)量約300萬噸,有10個(gè)生產(chǎn)商,運(yùn)營40個(gè)工廠。
    特種玻璃產(chǎn)品多種多樣。有傳統(tǒng)產(chǎn)品,如照明、烹調(diào)用具、電視顯示屏等;有較新的產(chǎn)品,如光導(dǎo)纖維、光電材料、平面顯示屏和液晶顯示屏等。特種玻璃的年產(chǎn)量約200萬噸。生產(chǎn)商除少數(shù)幾個(gè)跨國公司外,絕大部分是小型的專業(yè)化企業(yè)。此部分的許多產(chǎn)品,在十年前還不存在,通常是靠科學(xué)研究產(chǎn)生新的想法而開發(fā)的,每條生產(chǎn)線的規(guī)模不大,但技術(shù)含量高、利潤大。
    平板玻璃年產(chǎn)量約500萬噸,占美國玻璃工業(yè)總產(chǎn)量的25%,其80%用于住宅、商用建筑和汽車玻璃,20%用于其他方面,如鏡子、家具和儀表等。美國現(xiàn)有6個(gè)玻璃原片制造商,運(yùn)營30個(gè)工廠。這部分已日益全球化,境外到美國的投資在增加,而美國到海外的投資也在增加。
美國不僅是世界玻璃工業(yè)大國,也是強(qiáng)國,但在日益全球化的市場中也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。在上世紀(jì)末,美國為確保其玻璃工業(yè)在二十一世紀(jì)仍然能不斷地繁榮,以持續(xù)的競爭力走向未來,于1997年4月召開了美國玻璃工業(yè)技術(shù)發(fā)展研討會(huì),有來自15家玻璃公司、國家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)和研究組織的42位代表參加,審議了130多項(xiàng)美國玻璃工業(yè)需要研究的近期、中期和長期課題,形成了美國玻璃工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南(TECHNOLOGYROADMAP),指導(dǎo)美國玻璃工業(yè)的研究開發(fā)工作,接著又于1998年成立美國玻璃制造業(yè)協(xié)會(huì)   (THEGLASSMANUFACTURINGINDUSTRYCOUNCIL,簡稱GMIC),受美國能源部的協(xié)議委托,負(fù)責(zé)實(shí)施“指南”。美國玻璃制造業(yè)協(xié)會(huì)有兩類會(huì)員,一類是擁有熔窯的玻璃生產(chǎn)商,另一類是玻璃工業(yè)不可缺少的供應(yīng)商、顧客、加工廠和研究單位,基本的核心成員是美國最大的、最有威望的玻璃公司。美國玻璃制造業(yè)協(xié)會(huì)是玻璃工業(yè)、政府和研究單位之間在研究方面的紐帶,其使命是在技術(shù)、生產(chǎn)率和環(huán)保領(lǐng)域,推動(dòng)和組織相互之間的合作,安排有關(guān)的研究課題,提高美國玻璃工業(yè)的效益和促進(jìn)美國玻璃工業(yè)的發(fā)展。在以往工作的基礎(chǔ)上,美國玻璃制造業(yè)協(xié)會(huì)于2002年6月發(fā)表了兩篇文章,從生產(chǎn)效率、能源效率、環(huán)境保護(hù)和創(chuàng)新戰(zhàn)略四個(gè)方面列出了需要研究開發(fā)的課題。
1.提高生產(chǎn)效率
    生產(chǎn)效率是個(gè)廣泛的概念,包括生產(chǎn)過程的方方面面,如能源的利用、玻璃質(zhì)量、產(chǎn)量、原燃材料的消耗、生產(chǎn)中形成的廢物量、投資和成本等。美國玻璃工業(yè)2020年要達(dá)到的生產(chǎn)效率目標(biāo)是:
---降低生產(chǎn)成本,與1995年相比,至少要降低20%,即每年降低0.7%左右
---堅(jiān)持6Σ標(biāo)準(zhǔn),完成某些過程的6Σ控制,使每百萬件產(chǎn)品的缺陷不超過3.5個(gè)
---降低資本費(fèi)用25%～50%
---提高營運(yùn)效率25%
---單位資本投資的銷售額提高一倍
---保持產(chǎn)量不變的情況下,產(chǎn)品的光學(xué)質(zhì)量提高50%
---排除所有玻璃表面擦傷源
---窯齡延長5年,或30
---通過工藝和設(shè)備創(chuàng)新,降低資本投資或提高生產(chǎn)能力35%
為達(dá)到上述目標(biāo),需從技術(shù)上解決下述問題:
(1)研究開發(fā)生產(chǎn)過程的智能控制系統(tǒng)
此系統(tǒng)分三步進(jìn)行開發(fā)。
第一步建立能快速獲得結(jié)果的過程參數(shù)模型。第二步建立獨(dú)立的咨詢系統(tǒng),熔窯操作人員可以其咨詢意見進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。第三步建立模擬腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NEURALNETWORKSYSTEMS)。此網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能綜合和分析眾多的過程狀態(tài),自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)參數(shù),使生產(chǎn)過程趨向最佳化。此系統(tǒng)要能探測和診斷產(chǎn)品的質(zhì)量,預(yù)報(bào)過程的需求和變化。
(2)研究開發(fā)先進(jìn)的傳感器
    先進(jìn)的傳感器是實(shí)現(xiàn)智能控制的物質(zhì)基礎(chǔ)。智能控制需要可靠、耐久、敏感、精確、價(jià)格又便宜的傳感器。當(dāng)出現(xiàn)飄移或故障時(shí)能夠顯示,并具有自校準(zhǔn)能力,使檢測和傳遞的過程信息準(zhǔn)確可靠。此類傳感器應(yīng)包括:溫度傳感器、能檢測和分析熔窯氣氛中氣體的傳感器、能提供燃燒空間三維熱圖像剖面和檢測熱流速率矢量的裝置、能現(xiàn)場就地測量玻璃液性質(zhì)的傳感器等。
(3)改進(jìn)工藝過程
改進(jìn)工藝過程,貫穿于生產(chǎn)的全過程,包括配合料制備、熔化、成型、加工、退火和冷端。關(guān)鍵的研究開發(fā)包括:
---熱態(tài)檢測產(chǎn)品質(zhì)量,提高玻璃液均勻性和一致性的技術(shù)
---熔窯快速變料,生產(chǎn)不同玻璃成份和不同產(chǎn)品的技術(shù)
---優(yōu)化配料用的原料,除配合料?；头乐狗謱油?確定原料最佳顆粒尺寸,并使原料具有最佳顆粒尺寸的制備方法
---為熔窯全氧燃燒,在現(xiàn)場生產(chǎn)低成本的純氧技術(shù)
---改進(jìn)玻璃的冷卻過程,提高熱玻璃制品的淬冷效率
---改進(jìn)加工和處理技術(shù),提高產(chǎn)品品質(zhì)和附加值,如鍍膜和表面處理技術(shù)
(4)研究開發(fā)高溫材料
研究開發(fā)能承受高溫和生產(chǎn)環(huán)境侵蝕,壽命在10年以上,不出故障的材料,包括攪拌器、窯內(nèi)傳感器和攝像機(jī)罩。
    研究開發(fā)與熱態(tài)玻璃接觸的材料,如不使玻璃表面產(chǎn)生缺陷的自潤滑的輥材。
創(chuàng)造一些新材料,替代昂貴的貴金屬,如噴槍、鼓泡器和攪拌機(jī)所用貴金屬的替代材料。
玻璃生產(chǎn)中回收余熱的材料,如換熱器和其他熱回收系統(tǒng)用的耐高溫、耐腐蝕的材料,以提高系統(tǒng)的熱效率。
(5)提升設(shè)計(jì),降低生產(chǎn)裝置的運(yùn)行成本和投資費(fèi)用
此部分的研究開發(fā)應(yīng)包括:
---優(yōu)化熔窯設(shè)計(jì)最佳化,包括最佳的熔窯尺寸和熔窯形狀,使熔窯熱傳遞和出料量最大
---為玻璃熔化和澄清,開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)
2.提高能源效率
    美國玻璃工業(yè)的能源中80%是天然氣,17%是電,3%是油和其他燃料。