玻璃成分调整降低成本的措施与成效分析
马江顺，陈爱芹，卢艳军
（安彩高科研发中心理化室 3520）
摘要：在国内外玻璃生产企业中，安彩是为数不多生产、研发过多种玻璃种类的企业之一， CRT玻璃产能和市场占有率曾经是第一；超白压延玻璃在行业中有一定影响；同时具备批量生产超白浮法建筑玻璃和超白光热玻璃的能力；培育和储备了完整的TFT人才队伍和工艺，距离项目实施仅一步之遥；超薄玻璃离实施也就差半步，这些业绩，也得到认可。CRT玻璃生产已成过去，但在其兴衰过程中，通过玻璃成分的调整方法的摸索、创新，达到了降低成本的目标，一直延续发展到安彩介入超白压延及浮法钠钙硅玻璃的生产领域中，在几次最困难时期，均收到了良好经济效益。
关键词：玻璃成分 调整 降低 材料成本
背景：
自安彩90年点火投产到2005年，安彩屏、锥玻璃料方一直采用日本NEG的技术标准，吨玻璃成本在国际同行中处偏高水平，同样玻璃质量水平处上游，随着CRT技术日益成熟，市场竞争态势、销售价格虽有波动，公司整体发展趋势向上，效益始终处于盈利状态。十几年内，玻璃材料成本只占产品的15-20％，理化分析测试的工作重点也放在配合配料、熔制、成型、加工、品保等车间部门，满足用户要求，提高产品质量，提高生产效率。
2005年以后CRT经营形势异常严峻，日本NEG、旭销子、美国康宁、韩国三星、HEG、荷兰飞利浦、德国肖特等国外公司及其在国内的合资公司纷纷降价抛售。产品价格急剧下降，玻璃材料中的主要化工材料采供价格短时间内猛涨，屏玻璃材料成本占比升到60％以上，锥从材料成本开始严重倒挂，要想在残酷的市场竞争中求得生存，公司采取的首要措施是内部挖潜降低生产成本，其中主要是不影响玻璃安全系数、外观质量的前提下，优化玻璃组成，适当调整玻璃熔化、成型工艺，把降低玻璃材料成本列为各项降本增效措施的重中之重。通过努力，打破了NEG玻璃原材料标准的束缚，修改了多种材料标准，保证了稳定供应，拓宽了采购渠道，一定程度降低了采购价格。
1 玻璃组成的调整
1.1CRT玻璃
CRT产业兴盛时期，日本NEG、旭销子，美国康宁，韩国三星、HEG，荷兰飞利浦，德国肖特的玻璃组成各具特色，均有自己的工艺规范和市场占有率，除德国肖特外，其余在中国均有合资彩壳生产工厂，对应的彩管厂工艺也不尽相同。在后期，迫于成本压力，安彩与韩国三星、HEG率先开始料方优化，通过对国内外玻璃厂的工艺分析，调研了国内所有彩管厂现场爆缩管理模式，历时两个月的试验准备，在当时的9台池炉上开始料方优化工作。
1.1.1屏玻璃组成优化项目
a. 钾、钠置换，用纯碱部分替代碳酸钾。
b. 锶钡置换。
c. 降低锆英石的用量，增加长石用量。
d. 屏玻璃料方中取消了氧化锌、氧化钛，用相应材料补正。
e. 纯碱完全替代碳酸钾.。
f. 降低价格高的焦锑酸钠和氧化铈的用量。
g. 在屏玻璃配合料中不加化工材料三氧化二铁，修改材料标准，综合调整材料比例，保证玻璃中三氧化二铁含量稳定，保证玻璃的色度和透过率稳定、受控。
1.1.2 锥玻璃组成优化项目
a. 降低价格高的氧化铅用量，用价格低的碳酸锶、碳酸钡综合替代，保证吸收系数符合并优于世界上规格最严的欧美标准（1），同时提高了玻璃强度，为锥体减重拓宽了工艺条件。
b. 钾、钠置换，用纯碱替代碳酸钾。
2006年底，屏玻璃成本降低了10%，锥玻璃降低了20%，安彩的玻璃成本在国内外同行中处
较低水平。
1.2 光伏、浮法玻璃成分调整
1.2.1氧化物的调整
安彩浮法、光伏玻璃同属普通钠钙硅玻璃，玻璃组成简单，浮法玻璃原材料为：硅砂、纯碱、白云石、石灰石、长石、硭硝、煤粉，光伏玻璃原材料为：硅砂、纯碱、白云石、石灰石、氢氧化铝、硭硝、焦锑酸钠、硝酸钠，无论是材料的价格还是品位要求均低于CRT，为继续实施料方优化，最大限度节约材料成本，经过广泛调研，搜集相关技术资料，经过20多轮的小炉熔样、样品测试、料方调整，理化室向公司提出了关于优化的三个方案，涉及到主要或次要氧化物含量的调整及替代，保证玻璃的强度不变，玻璃的耐侯性不变直至有所改善，经过相关工厂论证认可，相关部门的共同努力，光伏、浮法优化料方在大炉均一次投试成功，并长期稳定实施。成本对比见表1。
1.2.2光伏澄清剂氧化物的调整
2012年开始，光伏整个行业进入严冬时期，各种材料涨价，尤其是化工材料。不少企业停线、停炉或破产，安彩开始停线限产，产能只有原来的50％。为最大限度降低停线造成的损失，在不影响保留产能及玻璃的安全性能的前提下，理化室克服测试设备老旧，故障率高的难题，依靠现有仪器设备分析比对了同行玻璃物化性能，系统查阅玻璃均化的理论资料，通过各种渠道与同行技术人员交流，提出了澄清剂的优化方案，重点对光伏澄清剂的用量进行优化。
光伏玻璃设计之初的依据是保证高透光性和高强度（钢化后），最早作为特种玻璃应用在卫星上，国内光伏短期内急剧膨胀的产能，促成光伏发电有了替代石化能源的雄心，国内仅玻璃一项就占世界总量的90％以上（有说95％以上，有说光伏玻璃几乎只有中国在生产）。所用的澄清剂之一为焦锑酸钠，一种吨价在25000元（高位时在50000元左右）的精细化工产品，是其它玻璃常用澄清剂吨价的十几到几十倍，主要功能作用也就是澄清，其在玻璃氧化物的重量比只有0.2％，成本却排到第三，仅次于石英砂和纯碱（石英砂、纯碱对玻璃的氧化物贡献重量比为72％、14％），这也许是国外玻璃巨头康宁、旭销子、圣戈班、皮尔金顿等止步光伏玻璃领域的原因之一。
光伏玻璃的澄清剂的优化一直没有机会进行大炉试验，部分停线后，出料量只有原来的50％，玻璃材料在窑炉内熔解反应、澄清、均化时间要长于超负荷、满产或常态，按原来的配比相对过量，继续足量投入就是浪费。为此，在光伏两个工厂停线期间，与事业部一起做了大胆尝试，稳定运行到光伏市场转暖。在调整期间，加强了玻璃的测试频次和数据统计，各项参数均在标准范围内，在用户最为挑剔苛刻的时期，玻璃质量未受到任何影响，同时为在以后高出料量、低碎玻璃率生产条件下继续优化澄清剂的用量积累了一定经验。
光伏两个工厂节约焦锑酸钠91.68吨，时价值426.31万元。
1.2.3浮法玻璃氧化物调整
在浮法开炉之前，理化室和项目部结合对技术承包方提供的初始设计料方进行了优化调整，增加了低价矿石材料长石的用量，玻璃中氧化铝含量高于同行水平，增加了玻璃强度，降低纯碱的用量35公斤。出料后经过几次补正，成分稳定，可见光透过率88.5%以上，在国内同行中处于领先水平。
2012年排除价格变动、停线等因素，浮法、光伏玻璃料方优化节约1100万元。
表 1 玻璃成本对比
|
玻璃 |
炉号 |
光伏一厂 |
光伏二厂 |
浮法事业部 |
|
2012.10.1 |
993.50 |
995.30 |
817.84（超白料方） |
|
|
2013.10.23 |
940.56 |
947.11 |
771.46（超白料方） |
|
|
碎玻璃率 |
29% |
26% |
15% |
2. 玻璃成分调整后工艺适应性优化
在公司的统一组织下，主要针对CRT玻璃析晶；软化点升高，造成玻璃不良小幅升高，退火炉工艺未做相应调整的情况下，产品压力分布不均，破损多的现象，理化室、熔配、成型、模具、加工、博士后工作站等部门进行充分论证准备，在调整前制定了多个对策措施，同时和用户进行了密切沟通，收集其它信息信息。
在实施中采用“小步快跑，单因素调整，多因素对策”的方案，在降低氧化铅的同时调整玻璃中氧化钙、氧化镁 的总量，调整氧化钡及氧化锶、氧化钾和氧化钠的比例，使玻璃的软化点的变化量不超过 3℃，工作点基本保持不变，稳定应变点、退火点，玻璃参数很快稳定，生产工艺随之稳定，良品率恢复到正常水平。
按氧化铅均价19700元/吨来计算,每日节支2.8万元,月节支84.4万元,2008年节支锥玻璃材料成本节约849.3万元。
整个调整完成后，用户的使用、玻璃质量、成型加工没有造成不良影响，达到了在调整之前的基本目标：降低锥玻璃成本的同时不影响后续规模生产的稳定和用户的正常导入使用。
3. 正确使用回收材料；优化材料来源
3.1大比例使用 EP粉尘
EP粉尘中含Pb、Sb、Na、K、Sr、Ba、Zn等有用元素, 二厂EP粉尘中氧化铅的含量在 75-85%, 综合价值在13500元/吨(氧化铅按17500元/吨计算),信益9#炉更高, 氧化铅的含量在85-90%，之前委托外协作为有害垃圾处理。通过造粒试验，规范、稳定造粒工艺，经过数轮熔样试验和料方计算，对主要氧化物进行补正, 在3#、9#锥炉使用回收EP粉尘。理化室和熔配厂密切配合，保证整个回收、造粒、检验、使用过程于受控状态，自2008年2月开始，一付粉料使用EP造粒铅尘达到15公斤, 吨玻璃节约材料费用约217元。
在3#锥炉使用外购屏碎玻璃、废弃的封接玻璃、炉底玻璃， 2009年锥玻璃材料成本节约1170万元。
锥玻璃理论氧化物组成成本优势在同行第二（4400第一）。ACHT屏、锥玻璃成本变化对比见表2。
表2 吨玻璃成本对比
|
|
2# |
4# |
6# |
8# |
3# |
9# |
|
2008.1.1 |
1413.8 |
1404.07 |
1402.05 |
1510.12 |
3218.2 |
3545.14 |
|
(元/吨玻璃) |
||||||
|
2008.12.24 |
1496．7 |
1484．6 |
1554．6 |
1524．9 |
2935.29 |
3183.19 |
|
(元/吨玻璃) |
||||||
|
差价（元/吨） |
82．9 |
80．6 |
152．6 |
14．8 |
-528.04 |
-361.95 |
|
备注 |
屏玻璃价格差别主要由于长石成分批次不同，提高玻璃软化点，用化工材料补正引起。 |
|||||
3.2 优化材料来源和直投
3.2.1 优化矿源
超白光伏、浮法玻璃主要矿石材料的成本主要受矿源产地、运输距离影响，运输费用占30％以上，用量较大的低铁白云石原产地为广西桂林和柳州地区，即使采用火车运输，运费占采购成本的50％以上。经过一年的现场调研，查阅相关资料，比对两地矿源的成矿条件，主要元素的含量，尤其确认有无对熔解、对玻璃性能有不良影响的伴生杂矿，多次取样测试分析、小炉熔样试验，安彩在国内超白玻璃同行中首家批量使用中南地区矿山产出的白云石，运费一项降低约130元,同2013年10月相比,吨玻璃降低了10.4元, 2014全年约节约379.6万元。
2012年底，公司使用的方解石采购价格涨到520元/吨，从2013年开始光伏玻璃配合料中以低价白云石替代高价方解石，效益更加明显。
3.2.2 大宗材料直投
传统玻璃材料在投炉之前经过如下流程：到货→堆垛→检验→二次搬运至料仓，笔者在2010年国内大型电厂、碱厂参观学习过程中深受启发，其大宗原煤、岩盐等材料，直接在取样车间用自动取样机采样，直接用卸车机入库，减少了仓储和二次搬运费用。这个建议很快被公司采纳，首先在石英砂和纯碱入库上实施，随即推广到白云石和石灰石。
4. 合理配比使用碎玻璃
到2010年，玻璃组成优化潜力已近极限，为保证稳定生产，持续降低材料成本，在屏、锥玻璃中，以低价回收的外购碎玻璃高比例替代粉料，是公司两提一降的重要措施。阴极射线管彩色显示器自上世纪八十年代普及，已快速发展了二十多年，大部分都已报废或接近报废，液晶显示器的异军突起，加速了计算机显示器和大屏幕彩电的更新换代，CRT回收玻璃存量巨大，价格低廉。按照公司的统一部署，理化室主要负责外购玻璃的配比使用和玻璃性能的测试，对高比例外购玻璃的使用风险进行评估，在使用过程中及时精准调整，确保外购玻璃使用有序，真正变“废物”为宝。
无论是正常碎玻璃的高比例（屏80%，锥90%）直接使用，尤其是外购杂、乱、脏玻璃的高比例使用，在安彩或其它玻璃厂均是首次，所有的资料显示正常碎玻璃40%是极限，70%即超极限。回收玻璃的使用方法和比例以及应对措施，无据可查。
大比例使用外购玻璃存在的风险：1.原不同玻壳生产厂家（NEG、旭硝子、康宁、飞利浦、东欧系列、西欧系列）玻璃组成差异大，尤其对玻璃特性影响大的个别元素氧化物（氧化锆、氧化锶、氧化钡、氧化钾、氧化铅等）含量差异较大，甚至相差几倍。2.各个厂家玻璃的物性标准各不相同，对成型影响最为明显的软化点相差15℃。3.CRT玻璃回收工艺各不相同，没有统一的规范，玻璃中粒度、所含杂质不受控。4.安彩高科在此之前屏炉没有使用过回收玻璃，锥炉最高比例不到10%。5.大比例使用外购玻璃，玻璃熔解气氛需要大幅度调整。
为解决、突破这些技术难点，从玻璃来源源头开始控制，抽派技术人员到拆解厂摸清工艺、现场取样、监督分类装运。碎玻璃入库后再次大比例取样，熔样后分析化学成分，全面测试物性数据，调整后再进行小炉试验，进行第二轮全面测试，调整到玻璃所有物化性能适应我公司熔解、成型、加工、用户使用的工艺后再进行第三轮调整，补正挥发量及其它因素，正式下达配料指示书，在每次大比例调整后到现场跟踪玻璃在配合料制作、熔解、成型、成品工序中有无异常，掌握第一手资料后对玻璃性能调整。
确定配料指示书调整幅度的同时，充分考虑回收旧玻璃中有益组分如：氧化铅、氧化钾、氧化锌、氧化钛、氧化锆、氧化钠等，综合计算，不只考虑外购玻璃和自产玻璃的差价，重点考虑对玻璃整体成本的降低、玻璃质量的稳定等综合因素。
在调整过程中，2#、6#两台屏炉、3#锥炉原料投入配比指示书、碎玻璃率指示书、着色剂指示书份数总量之多，调整幅度、难度之大，调整频率之高，小炉试验轮回次数之多，均创安彩历史之最，工作量增加了3倍以上，承受的风险压力，难以想象。
团结协作，向内使劲，坚幸的付出得到的是丰厚回报，2010年使用屏锥回收玻璃、光伏玻璃优化节约资金6100万元以上，迎来上市公司多年亏损后的首次年度盈利，为安彩平稳转型过渡赢得时间和信誉。
2011年，屏碎玻璃率提升到了85%，锥碎玻璃提升到了95%。回收碎玻璃使用节约材料采购资金4000万元以上。
5. 向标准要效益
标准的适用性、科学性比追求单纯数值苛刻性更有意义，玻璃是一种成分复杂的混合物，要综合分析、比较才能确认适合自身工艺要求的材料标准，并非一味引用照搬。在不影响生产工艺及玻璃质量的前提下，对光伏玻璃、浮法高、超白玻璃所有原材料进行全分析，对不同产地材料的差异性进行分析，经小炉熔样测试补正后，相关部门共同向公司提交并审批了《降低光伏玻璃原材料成本推进计划》，充分论证，分步实施，不仅拓宽了采购渠道，保证供应，部分材料价格降幅超过预期。
优化材料的使用标准，绝不是一味“放宽”，而是正确处理多种材料标准之间匹配关系，既科学又严谨，有放就有收。在超白浮法的生产中，业内认可普遍执行的碳粉标准只规定了含碳量指标，对澄清效率及效果有影响的粒度没有要求，尤其对玻璃着色有严重影响的杂质元素没有数值规定，对超白玻璃不适用。结合国内原煤品位情况，对标准进行了补充修订，按此标准优选原煤加工的煤粉，主要杂质降低几倍到十几倍，粒度与在用配合料匹配性提高，均匀度有所改善，保证了超白浮法和后续超白光热玻璃的达标生产。
结束语：
玻璃、陶瓷使用的非金属矿石材料非国家重点管控，国内开采、加工者大多为个体，基层从业者均是农民工。不适用、不科学的材料标准一定程度上促成了不可再生的原始矿产资源的浪费，土法、原始的开采、加工工艺，环保意识不强的管理者，没有职业卫生概念的从业队伍，为世界体量最大玻璃工业提供了总量85％以上的矿石材料，使得优质矿源急剧枯竭，找矿更难，开采的风险更大，矿难愈频，程度愈加血腥，与现在提倡的“宁要绿水青山，不要金山银山”主流思想格格不入。因此，提高材料的综合利用率，也是玻璃成分优化调整的重点工作。
在公司近一轮采购部长竟聘演讲答辩会上，十几个竟岗人员来自公司的不同部门岗位，不同的专业，在自己的降本措施中无一不把料方优化作为支撑、作为重点提出，说明历时十余年，数个轮回的玻璃调整――料方优化工作，不止在经济效益上起到助力扭亏的作用，重要是各级员工把它作为渡过难关依靠。
玻璃成分调整成熟的方法，要符合绿色生产的要求，需要结合玻璃的特性和生产工艺特性，在清楚对策理论的基础上反复摸索、试验、验证、补正，调整周期长，不可控因素多，在实际实施过程中又是一个系统工程，必须分步实施（2），需要各个部门的同力合作才能有成效的完成。极个别项目由于人员紧张，硬件条件严重不足，推进面宽，片面求速，配套制度不完善等因素没有达到预期目的，也进行了认真总结。
参考文献：
(1) 94# J.E.D.E.C
(2) 王承遇等. 玻璃成分设计与调整. 北京：化学工业出版社. 2006
