微電腦自動(dòng)控制環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能烤花隧道窯的研發(fā)

摘要：本文主要針對(duì)烤花隧道窯所存在的問題，研發(fā)出一種新型實(shí)用環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能烤花隧道窯。

關(guān)鍵詞：烤花隧道窯；問題；研發(fā)；應(yīng)用

1 前言

近年來，陶瓷工業(yè)窯爐發(fā)展十分迅猛。微電腦自動(dòng)控制環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能烤花隧道窯具有低能耗、低污染、高效率、運(yùn)行靈活、操作方便、造價(jià)低、占用場(chǎng)地少等優(yōu)點(diǎn)。因此，贏得各中、小型陶瓷產(chǎn)品烤花加工廠家的喜愛。

2 烤花隧道窯所存在的問題

為對(duì)新型烤花窯爐的設(shè)計(jì)有較明確的目標(biāo)，筆者組織了一個(gè)科研小組對(duì)當(dāng)前較常用的烤花隧道窯進(jìn)行全面的調(diào)查與分析。經(jīng)分析，舊式烤花隧道窯所存在的問題如下。

2.1能耗大

烤花隧道窯的窯體內(nèi)膽為普通低鋁輕質(zhì)磚，中間夾一層保溫棉，外壁封普通鐵皮。由于普通低鋁輕質(zhì)磚含泥量高，同時(shí)在升溫的過程中要吸收大量的熱量，且升溫速度較緩慢。因此，要達(dá)到燒成的額定溫度，一般需要10h左右，造成能量消耗嚴(yán)重。

2.2窯內(nèi)上、下溫差大

窯內(nèi)上、下溫差大的原因：一方面是由于燒成段的火槍布局不合理所造成的。它的燒成段加熱火槍采用兩側(cè)排列，底部無(wú)加熱火槍。根據(jù)熱傳遞原理，熱總是上升的，這樣窯的頂部溫度高而下部溫度低；另一方面由于測(cè)溫?zé)犭娕佳b在窯的頂部，因而只能測(cè)到窯內(nèi)頂部溫度，而測(cè)不劍下部的溫度，因此所測(cè)的溫度值與窯內(nèi)的實(shí)際溫度偏差很大。溫差大導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)速度慢、合格品率低。

2.3占用場(chǎng)地大

窯的墻壁較厚，一般單面墻壁厚度為63cm，如工作截面有效寬度為80cm時(shí)，兩側(cè)墻壁厚度為126cm，總寬度約206cm，因而工作場(chǎng)地較浪費(fèi)。

2.4建成進(jìn)度慢

窯體由普通低鋁輕質(zhì)磚、高鋁粉加保水劑作粘合劑組成。如果粘合劑真正要凝固，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，從而大大影響建造速度。一般建造一座長(zhǎng)30m的輥底烤花隧道窯需要約3個(gè)月的時(shí)間。

2.5操作靈活性差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定

烤花隧道窯燒成調(diào)節(jié)為手工操作，加上普通低鋁輕質(zhì)磚要吸收一定熱能，存在升溫依賴性，燒成產(chǎn)品稍改變，就必須調(diào)節(jié)液化氣的壓力和空氣的配比。要達(dá)到所需要的工作溫度，需要調(diào)整較長(zhǎng)的時(shí)間，導(dǎo)致出產(chǎn)量低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

3 新型窯爐的研發(fā)

針對(duì)烤花隧道窯所存在問題，根據(jù)國(guó)內(nèi)目前中小型陶瓷烤花加工廠的迫切需求，通過分析與研究，成功研發(fā)出環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能自動(dòng)控制烤花隧道窯φ5m～φ14m系列，并從2002年開始投放使用至今，深得廣大用戶的歡迎和好評(píng)。

現(xiàn)以φ10m明焰燒成的微電腦自動(dòng)控制環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能烤花隧道窯進(jìn)行論述。

3.1主要技術(shù)性能和參數(shù)

（1）有效工作直徑：φ10m；

（2）有效工作截面：50cm×50cm；

（3）工作方式：連續(xù)可調(diào)；

（4）額定工作溫度：850℃；

（5）燒成時(shí)間：2.5～4h/周（視產(chǎn)品而定）；

（6）窯內(nèi)溫差：±3℃；

（7）控制方式：自動(dòng)控制；

（8）燃料：石油液化氣。

3.2窯體結(jié)構(gòu)

1）窯體

窯體的多個(gè)支架由10#槽鐵焊接成龍門架，外殼為403#不銹鋼板封制，使整座窯的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，外形美觀。內(nèi)膽為12cm厚度的硅酸鋁纖維棉交錯(cuò)粘合外面，再粘上一層厚度為2cm高溫耐火纖維棉毯，具有吸熱少、散熱少、保溫性能好的特點(diǎn)。外殼在窯連續(xù)工作24h后，表面溫度約40℃。

2）軌道

軌道是用軌面1.8cm寬度的輕型工字鋼彎制成環(huán)型。

3）窯車

窯車采用6#槽鐵彎制成環(huán)型，車底部用厚度為2mm鋼板封焊，上面砌高度為11.5cm輕質(zhì)保溫磚，再粘上厚度為4cm的硅酸鋁纖維棉毯，由于窯車是環(huán)型的，無(wú)需要任何粘合劑。6cm×6cm×25cm耐火磚支柱作為托柱，上面蓋上碳化硅板，從而構(gòu)成下面火道；周邊焊接6#鏈條，作為配合傳動(dòng)裝置使用，裝有配合軌道的若干單聯(lián)軸車輪，使整部環(huán)型窯車傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，沒有出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，保證產(chǎn)品不移動(dòng)，不出現(xiàn)倒窯故障。

4）傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)由P₉₀₉型微電腦PID溫度檢測(cè)控制儀、調(diào)速器、齒輪、皮帶等組合而成。其中PID溫度檢測(cè)控制儀當(dāng)檢測(cè)溫度達(dá)到設(shè)定燒成溫度時(shí)，發(fā)出指令，傳動(dòng)系統(tǒng)接到指令后開始工作；當(dāng)檢測(cè)溫度低于設(shè)定燒成溫度時(shí)，發(fā)出指令，使傳送系統(tǒng)停業(yè)工作，從而達(dá)到傳送自動(dòng)控制。它是確保產(chǎn)品燒成質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。

4 燃料與控制

4.1燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)

該窯選1槍多點(diǎn)射出火槍（自制），火槍多點(diǎn)分布式控制面較寬，死角少，具有燒成曲線分布合理、產(chǎn)品受熱均勻，不開裂、熱能利用率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。特別是對(duì)鉛、鎘溶出量要求高，旗紅、寶石紅等產(chǎn)品燒成更理想。石油液化氣輸送至氣化桶，再經(jīng)減壓閥門、電動(dòng)執(zhí)行器供給火槍。液化氣在氣化過程中，要吸收大量的熱量，使得工作能耗增加，且氣壓不穩(wěn)定，從而影響燒成溫度。為解決此問題，筆者公司專門設(shè)計(jì)了一個(gè)換熱器，并裝于窯內(nèi)尾端，利用窯內(nèi)余熱，采用虹吸原理加熱于氣化桶，保證氣化溫度正常，使得燒成溫度恒定，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)量。

在烤彩燒成過程中，產(chǎn)品不能直接接觸火焰，即不能明焰燒成，但又要解決窯內(nèi)上、下溫差大的問題，因此窯下部必須加裝噴火槍來提高下部工作溫度。

要解決明焰問題，就必須采用隔焰方法。因而，在旋轉(zhuǎn)窯上，用耐火磚柱作主柱，上面加上一層耐火不銹鋼網(wǎng)，再布上一層平面瓦片。這樣既能隔焰，又使導(dǎo)熱性能好。但由于瓦片急冷急熱性能差、易開裂，運(yùn)行不到一個(gè)月，出現(xiàn)了局部有火焰直接接觸產(chǎn)品的表面，出現(xiàn)有破花和顏色不鮮艷等問題。為解決此問題，經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可用碳化硅板取代。自從隔焰板改為碳化硅板投入運(yùn)行至今，效果較好，且從來沒有發(fā)現(xiàn)有火焰影響產(chǎn)品燒成現(xiàn)象。

經(jīng)過火槍布局的改造，窯車底部加裝隔焰裝置，使窯內(nèi)上、下溫差得到徹底解決，從而大大提高生產(chǎn)速度和產(chǎn)品合格率，合格率從原來85%左右，提高到95%，經(jīng)濟(jì)效益大大提高。

4.2排煙系統(tǒng)

烤花加工排水、排碳是關(guān)鍵。水份排放速度太快會(huì)造成花面破花現(xiàn)象；排碳速度太慢，排不干凈直接影響產(chǎn)品花面的光亮度。為減少環(huán)境的噪音不采用引風(fēng)機(jī)，但要增加預(yù)熱帶的長(zhǎng)度，增大主煙囪的口徑和高度，再設(shè)輔煙道，且輔煙道開設(shè)多個(gè)排氣口，使預(yù)熱升溫曲線合理。這樣既解決緩慢排水和加快排碳?xì)猓帜芴岣弋a(chǎn)品的燒成質(zhì)量。

4.3溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)

燒成溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1所示，即先在P₉₀₉型微電腦PCD溫控儀設(shè)定燒成溫度后，當(dāng)檢測(cè)到窯內(nèi)實(shí)際溫度低于設(shè)定的溫度值后，發(fā)出指令給傳送系統(tǒng)，傳送系統(tǒng)接到此指令后立即停止傳送。同時(shí)，該指令發(fā)送給氣壓電動(dòng)執(zhí)行閥門，使之馬上給窯內(nèi)補(bǔ)給氣壓，至窯內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度。當(dāng)檢測(cè)到窯內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度，發(fā)出指令，當(dāng)傳送系統(tǒng)接收到該指令后，傳送系統(tǒng)馬上工作。當(dāng)檢測(cè)到窯內(nèi)溫度超出設(shè)定值，發(fā)出指令給氣壓電動(dòng)執(zhí)行閥門，氣壓電動(dòng)執(zhí)行閥接到該指令后，馬上降低窯內(nèi)的工作氣壓，從而使燒成溫度恒定。如此循環(huán)控制，確保了產(chǎn)品的燒成質(zhì)量、節(jié)約了能源、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。由于環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能自動(dòng)控制烤花隧道窯具有溫度自動(dòng)控制、傳送自動(dòng)控制、傳送速度可調(diào)，從而窯爐適應(yīng)高、中、低溫度的大小陶瓷制品的烤花加工，玻璃制品貼花加工、玻璃制品深加工等。

5 實(shí)例

本文以φ10m環(huán)形旋轉(zhuǎn)烤花遂道窯（下表稱旋窯）與L30m普通烤花隧道窯（下表稱普窯）為例進(jìn)行說明，其各性能如表1所示。

由表1可知，環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能自動(dòng)控制烤花隧道窯具有產(chǎn)量高、質(zhì)量好、空間利用率高、操作方便、裝窯靈活、勞動(dòng)強(qiáng)度低（裝、拆、燒只需2人），占用場(chǎng)地少（只需12m×12m地型）、無(wú)噪音、資金投入少、能耗低、建成速度快、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

環(huán)型旋轉(zhuǎn)式節(jié)能自動(dòng)控制烤花隧道窯比普通烤花隧道窯具有更多的優(yōu)勢(shì)。因此，它獲得越來越多的廠家的歡迎，應(yīng)用前景較好。