新一代泡沫玻璃技術裝備創新研發淺析

楊靜 劉亞丹 符敬慧 鞠麗 王林

(1.中國絕熱節能材料協會，北京 100035；2.中國建筑材料工業規劃研究院，北京 100831)

泡沫玻璃是以富含玻璃相的物質為主要原料，添加適量的發泡劑和助劑，經過粉磨，形成配合料；然后將配合料放入耐熱模具中，經過預熱、燒結、發泡、冷卻和退火等工藝生產而成的輕質無機多孔狀玻璃態材料[1]。因其具有重量輕、導熱系數小、不燃燒、不霉變、耐腐蝕、無毒、物理化學性能穩定等優點，閉孔型泡沫玻璃被廣泛應用于石油、化工、地下工程、國防軍工和建筑等領域，以實現其防腐防水絕熱保溫的功能。開孔型泡沫玻璃被廣泛應用于生物、環保、建筑等領域，以實現其吸聲、過濾、蓄排水、耐水耐腐蝕等功能。泡沫玻璃作為一種性能優良、用途廣泛的保溫隔熱材料，在我國建筑節能的政策的推動下，必將大有作為。

截至2022年，泡沫玻璃產能約為100萬m3，生產線30多條，產量60萬m3，產能分布主要在河北、江蘇、浙江、河南、安徽等。受益于國內石油煉化容器管道保溫的市場需求，目前行業發展情況較好，管材的需求量較大(見圖1)，產品應用技術研究和領域拓展得到進一步重視[2]。

中國研究泡沫玻璃最早開始于20世紀50年代初，但是由于理論研究和技術研發等方面的限制，獨創性和頂層設計缺乏。目前中國絕熱節能材料行業推廣的新一代巖棉技術裝備創新研發生產示范線取得了初步成功，泡沫玻璃產業近些年來生產規模快速提升，產業工藝裝備技術進步明顯，已經形成了各個產品類型的全面國產化替代。為了踐行新發展理念，服務新發展格局，需要繼續推廣新一代先進工藝技術，鼓勵泡沫玻璃產業加快高水平高質量發展，推廣優秀絕熱材料普及應用。行業協會與國內先進企業聯手，共同創新研發新一代泡沫玻璃產業的工藝技術裝備等，促進泡沫玻璃產業的技術進步，由點及面，帶動整個絕熱節能材料行業的綠色、低碳、安全高質量發展，從而達到建筑和工業節能降碳的目的。

1 新一代泡沫玻璃生產技術及裝備創新研發簡介

新一代泡沫玻璃技術裝備創新研發與新一代巖棉技術裝備創新研發生產示范線路線相同，亦是通過改進和提升泡沫玻璃的生產工藝、設備運行效率等，建造高效、低碳生產的示范線，新一代泡沫玻璃技術及裝備創新研發將瞄準國際領先水平，并結合我國應用市場的特點，通過提高產品質量和各項性能指標，降低能耗和污染物排放等達到國際領先水平。重點提升原料系統的技術水平、精準控制配料自動化系統；打造智能化的工藝技術生產線，窯爐控制系統；高效環保治理等。逐步形成智能化、信息化管理與服務體系，改進傳統的經營模式，提升行業綠色發展水平。

新一代泡沫玻璃項目的推廣與應用，能夠提升建筑節能和工業節能等領域的節能效果和技術提升，延長工業和建筑使用壽命，較大地提升工程使用功能，保障工程質量的提升，推動施工方式的進步。

2 新一代泡沫玻璃技術裝備創新研發項目必要性

新一代泡沫玻璃技術裝備創新研發為行業高質量發展增勢賦能。我國經濟從高速增長轉為高質量發展，隨著經濟發展方式不斷轉變、經濟結構不斷優化，發展動力進入攻關期，居民消費升級，消費能力提高，創新依然是主旋律。泡沫玻璃材料是絕熱節能材料主要產品之一，是建筑及工業節能不可或缺的材料，經過多年快速發展，產業結構和產品質量已基本穩定，需要進一步推進、引領行業技術提升。新一代泡沫玻璃技術的研發符合行業高質量發展的需求，主要通過提質增效、清潔生產、節能降耗等提升泡沫玻璃行業安全綠色高質量發展水平，提升產品國際競爭力，契合新時代的發展要求，是實現建材行業碳達峰、碳中和發展目標的重要實施路徑。

1)實現國家“碳達峰碳中和”戰略目標的需要。提升泡沫玻璃行業的工藝技術裝備水平，能夠顯著降低行業的生產能耗，同時通過產品質量提升，提高其應用領域的節能水平，大大降低工業設備管道和建筑的能源消耗，減少工業和建筑設施設備的碳排放，從而對國家的“雙碳”目標順利完成，具有重要作用。

2)規范行業發展的需要。近幾年泡沫玻璃行業發展產量越來越大，但還普遍存在企業規模小、產業不集中，和不規范競爭導致的行業生產秩序混亂等問題，需要對行業進行規劃和標準化生產引領。因此，推出新一代泡沫玻璃項目是規范行業發展的需要，也是引領行業發展義不容辭的責任。應將新一代泡沫玻璃項目與《泡沫玻璃絕熱制品》(JC/T 647—2014)和《燒結墻體材料和泡沫玻璃單位產品能源消耗限額》(GB 30526—2019)等標準結合，規范發展，推進行業技術進步。

3)滿足市場對高品質絕熱材料的需要。泡沫玻璃作為綜合性能優秀的絕熱材料，其A級阻燃、不吸水、性能穩定不衰減、能與建筑同壽命等特點，都是目前綜合性能優秀的建筑圍護絕熱材料。隨著雙碳目標的提出，市場建筑品質的提升，急需綜合性能穩定的量化產品供應市場。

3 新一代泡沫玻璃技術裝備創新研發目標和任務

按照“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念理，對標國際領先泡沫玻璃產業技術、裝備技術、產品工藝技術，凝聚行業力量，通過提升泡沫玻璃產品質量、降低生產線能耗、減少化石能源消耗、降低污染物排放總量、智能化管理、生產線人員定額標準、降低可比生產成本、固廢的零排放等措施，促使各項指標全面達到、部分超越國際領先水平，以滿足國內對高質量節能材料的需求。

我國泡沫玻璃行業是通過對引進技術及裝備的消化、吸收及再創造而發展起來的，我國科研設計、裝備制造及泡沫玻璃制品骨干企業通過對其工藝、裝備和產品等方面開展大量的創新性工作而取得了一些突破性進展，并形成了現有的核心技術，應用上，泡沫玻璃裝飾板等新產品處于探索、試驗階段，農用泡沫玻璃研發處于關注階段(見表1)。

表1 國內泡沫玻璃技術與國際技術對比表

4 泡沫玻璃產業創新研發指標和路徑

4.1 研發技術裝備的標準

新一代泡沫玻璃技術裝備屬于新一代研發項目，單線生產規模超過8萬m3/年，或達到10萬m3/年；單位產品綜合能耗指標優于GB 30526中規定的各型號泡沫玻璃產品單位能源消耗限額值；自動化及智能化控制、數字化管理大于95%；環保水平接近超低排放水平；產品質量優于國家標準和行業標準。

4.2 研發內容和路徑

1)通過研發配料系統，以提高裝備的控制精度及原料的均勻性；2)對生產工藝和爐體結構進行設計優化，完善自動化控制系統；3)根據玻璃在高溫下的物料特性改善退火工藝，進而減短退火時間加大產量的同時提升產品性能；4)優化成型工藝，簡化工藝流程，進而降低能耗，降低工作量，減少顆粒排放；5)優化生產線整體設計，實現數字化生產，提高生產效率和產品質量；6)研究制定新一代泡沫玻璃技術裝備有關規范、裝備等。

5 新一代泡沫玻璃技術裝備的技術指標參數和裝備要求

5.1 新一代泡沫玻璃技術裝備生產線技術指標

新一代泡沫玻璃技術裝備生產線技術指標是根據行業標準《泡沫玻璃絕熱制品》(JC/T 647—2014)并結合行業現狀進行提升[3](見表 2)。

表2 技術指標表

5.2 新一代泡沫玻璃技術及裝備要求

泡沫玻璃設備的研發是生產工藝技術創新的體現，為實現領先于國際的新一代泡沫玻璃技術提供了實質性的指導與引領，基于本次新一代指標的建立，必將為下一次提升打下良好基礎。表3展示新一代泡沫玻璃生產線設備的參數，對比之前有所提高。

表3 新一代泡沫玻璃主要工藝設備參數表(8萬m3/年)

6 結語

新一代泡沫玻璃創新研發的關鍵性技術是生產工藝及設備的創新，包括設備加工能力、生產線工藝參數設置、自動化水平等。要加大設備研發和應用兩個系統的配合，在《新一代泡沫玻璃技術裝備創新研發方案》方案后，生產企業和設計院所根據方案內容進行改進、提升，突破技術瓶頸，研發出滿足工藝技術參數的新裝備，并通過產品應用領域對產品性能的要求進行不斷的工藝技術的創新。