河南奥克金泰窑炉技术有限公司

高级工程师 郭勇

关键词：

药用玻璃  硼硅酸盐玻璃 中性硼硅玻璃 全氧燃烧技术 羟基 硼挥发 

摘  要：

药用玻璃作为药品的重要载体，与医疗安全密切相关，所以对其质量有着更高的要求。目前常见的玻璃生产窑炉均可进行药用玻璃生产。全氧燃烧窑炉作为近年来兴起的新技术，在药玻生产领域已经展现出自己鲜明的特点。

本文着重从玻璃窑炉的对比、燃烧机理、羟基含量等方面对目前常见的药用玻璃熔化技术进行了对比，阐明了全氧燃烧技术在药用玻璃行业应用的优劣。

1. 绪论

药用玻璃由于直接接触药品，对保证药品质量和保障人体用药安全具有重要作用。作为药品不可分割的一部分，药用玻璃主要用于注射剂等产品的包装，其化学稳定性直接影响药品质量和人身安全。

目前，我国药用玻璃根据成分可分为高硼硅药用玻璃、中性硼硅药用玻璃、低硼硅药用玻璃、钠钙硅药用玻璃。其中，又有白料和黄料之分，市场上以白料为主，黄料多用于有避光要求的药品包装的制作。

药用玻璃按照生产方式通常有管制瓶和模制瓶之分，管制品是指使用玻管产品二次加工成客户需要的各种包装容器，而模制瓶是指直接使用模具加吹制工艺制作的药用产品。

作为药用玻璃主力的产品，硼硅系列产品占据了重要的地位，其有别于普通钠钙硅药用玻璃的最大的特点为：

1.1.线热膨胀系数：是玻璃主要物理性能之一，它决定了玻璃的热稳定性，即玻璃能承受温度剧变能力的主要因素，而且线热膨胀系数主要是由玻璃的化学成分中硼含量决定的。目前市场上低硼硅玻璃的线热膨胀系数定为6.2~7.5×10^-6K；  中性玻璃的线热膨胀系数定为：5.0×10^-6K。高硼硅玻璃的膨胀系数为3.0×10^-6K。

1.2.三氧化二硼的含量：它是提高玻璃热稳定性和化学稳定性的主要成分，而且在一定的范围内，随着其含量的提高，玻璃的性能越好。其中 高硼硅玻璃硼含量在12%以上、中性玻璃硼含量在8-12% ,低硼硅玻璃的硼含量在6-8%。作为药用的钠钙硅玻璃 ，大多为了改善产品性能也会有一定比例的硼的加入（2%左右）。   《参见  注1》

1.3.耐水性的指标，是控制玻璃材质的化学稳定性重要环节。其中，硼、铝等是改善玻璃使用稳定性的重要成份。通常情况下，硼铝的含量越高，其化学稳定性越强，但是制造难度也会相应增大。

2. 国内药用玻璃生产现状

2.1. 低硼硅玻璃

我国药用领域，使用低硼硅玻璃拉管制瓶的仍然占有很高的比例。这是因为低硼硅拉管及制瓶行业入门的技术和资金门槛较低。盈利能力受行业周期性影响较大，行业内部过渡竞争，不少企业的生存状况并不很理想。这也导致大多数企业没有更多的资金和精力进行产品，装备的升级换代，新技术、新装备、新材料的推广应用极其缓慢。

2.2. 高硼硅玻璃

高硼硅玻璃瓶，也有人称之为“硼硅玻璃3.0或硼硅玻璃3.3”。它是一种低膨胀率、耐高温、高强度、高硬度、高透光率和高化学稳定性的特殊玻璃材料。高硼硅玻璃具有非常低的热膨胀系数、耐高温、耐200度的温差剧变，目前多用于模制瓶生产方式，也有少量试剂容器类生产。

2.3. 中性硼硅玻璃

5.0中性硼硅玻璃在耐水性、耐酸耐碱性、抗冷冻性、热稳定性、灌装速度等方面都远优于7.0低硼硅玻璃，不易因药品浸泡、侵蚀而产生“脱片”现象，与其他药用玻璃瓶相比，在确保药品质量方面具有不可比拟的优越性，是国际公认的安全药用包材。

我国中性硼硅玻璃的使用比例长期偏低，是我们在药品包装环节存在很大的用药安全隐患。这主要是因为我国在该项生产技术上起步较晚，还有一定的差距。目前国内中性硼硅玻璃市场主要还是依靠国外企业唱主角。

其中，德国的肖特、日本的NEG、美国的康宁等由于涉足该领域时间较长，目前能够掌握全套的生产工艺和技术，代表当前国际上的主流技术方向。

目前国内涉猎中性硼硅玻璃的有：

河北SX,全电窑生产，经过10年的历练，已经走出了一条独特的技术路线。河北JH，全氧燃烧+底部电加热，目前是第二个窑炉，较第一座窑炉有了非常大的改善。另有几家刚刚投产、几家正在积极筹措准备上马。

根据目前掌握的信息，即使上述几家完全达产离国内实际市场需求还有差距。所以说，未来几年中性硼硅玻璃将迎来高速发展时期。 

3. 全氧燃烧技术在药用玻璃生产中的应用

大量的实践表明：全氧燃烧具有传热效率增强（节省燃料）、玻璃液温度均匀性好 (确保成形质量 , 提高玻璃质量档次 )、燃烧空间耐火材料温度低 (延长耐火材料使用寿命 )、熔窑稳定性好、产量提高、维护减少和环保等许多优点。

全氧燃烧窑炉与空气助燃窑炉相比，具有以下优势：

a) 熔化的玻璃液时可提供更高的温度，灵活的排枪及调整方式使窑炉内的热点更容易控制，熔化的玻璃可以有更好的澄清剂均化，玻璃的均匀度更好；

b) 全氧燃烧与蓄热式空气燃烧窑相比，由于无需蓄热室，以及因废气排放设备的缩小等因素使建筑占地大大减小，全氧燃烧窑炉的土建投资费较低；

c) 由于没有传统燃烧助燃空气中带入的大量氮气，单位玻璃产生的 NOx 排放量大大降低，满足绝大部分地区的排放指标，省去了脱硝设备的投资及运行费用；

d) 与空气燃烧相比，熔化率有明显的提高，提升率可达到10-20%以上；

e) 由于没有换向且尾气排放量大大降低，粉尘初始排放量大大减少；

f) 熔化单位玻璃能耗（熔化池能耗，不含料道及马弗炉能耗，以下同）比空气燃烧大幅降低，一般燃烧时节能可达到30%以上；目前热值为8500Kcal/NM3的天然气的能耗最低为127NM3/T.GLASS，热值为3750 Kcal/NM3的焦炉煤气的能耗为310NM3/T.GLASS，节能效果明显。且全氧燃烧技术的能耗具有线性特征，不会像空气助燃窑炉一样到窑炉后期由于蓄热室堵塞而造成能耗急剧上升，生产能力及玻璃品质严重下降；

g) 同时，实践表明全氧燃烧玻璃窑在设计上具有更大的自由度。

h) 采用的更加先进的控制系统，是日常操作更加简单易行。

i) 耐火材料，特别是电熔耐火材料的消耗大大降低。由于火焰空间大量使用电熔耐火材料，且多数部位的材料可以使用两个窑期以上，所以其窑炉的生命周期内吨玻璃耐火材料消耗大大降低。

上表为我公司近年来在药用玻璃行业的部分业绩，从表中可以看出早在10年前我们就已经把全氧燃烧技术引入到药用玻璃行业，实践证明该技术运用到药用玻璃领域在技术上是可行的，成本上是受控的，环保上是有保证的。

目前使用全氧燃烧技术生产的玻璃的种类全部为拉管玻璃，玻璃的种类包括低硼硅白料、低硼硅黄料、钠钙黄料等。燃料有焦炉煤气、天然气。氧气来源有VSA也有液氧。生产线有两线、三线、四线。

4. 按照生产用窑炉的模式可分为全电炉、空气助燃窑炉、全氧燃烧窑炉和全氧燃烧加电助熔窑炉四种。

其中，空气助燃窑炉和全电窑有较长的使用历史，是当下药用玻璃行业的主流炉形，也是目前大多数玻璃企业的首选。下表是笔者根据自己的理解对这四种窑炉做出的对比、总结。