窯車應急拖拽控制系統在隧道窯應用和探討

趙志榮，胡乃友 ，韓東來

摘 要：傳統的隧道窯，在控溫意外、窯車窯具質量問題或意外破損的情況下，窯內發生窯車窯具或者產品倒塌，處理方式通常為停窯和降溫后操作工冒著一百度以上的高溫，進入窯內用鐵鉤逐輛窯車往外拖出，即費時費力又有人身危險，而通過窯車應急拖拽控制系統來解決上述人為操作，即省時省力又無人身危險。

關鍵詞：隧道窯;倒窯;窯車應急拖拽

1 前 言

隧道窯屬于連續式生產模式，主要用于大產量、工藝固定、小而重及大異形等特殊制品的燒成，如衛生潔具、日用瓷、微晶玻璃和特種陶瓷等等，尤其在這幾年的發泡陶瓷發展上，越來越多生產企業都上隧道窯。

隧道窯內如果發生控溫意外、窯車使用的窯具質量出現問題等等，窯內意外發生窯車窯具或者產品倒塌（俗稱：倒窯），絕大多數窯爐使用企業都是立即停窯和降溫處理，爐內溫度下降到剩余100℃左右后，窯爐操作工身穿高溫防護服和護目鏡等等防護裝備，用特制的長鐵鉤，從窯口步行進窯內逐輛窯車拖出，每拖出一輛窯車，操作工就得往窯內走進一輛窯車的長度距離，人為操作中僅是高溫的問題，就帶來的高溫輻射的人身危險，大家可想而知。了解上述情況后，隧道窯的窯車應急拖拽控制系統就應運而生了。

2窯車應急拖拽控制系統基本組成

隧道窯的裝載從一層發展到現在多數為二層、三層（極少數為四層），大件燒制品多或為了增加產量而加厚加高板件燒制品，在棚板、連接件和碳化硅窯具破裂等問題導致成品在熔融狀態泄露而容易造成倒窯，這些問題一直困擾生產廠家，直到窯車應急拖拽系統的應用才得到極大的解決和改善了處理事故的方式。下文主要結合本公司在廣東某企業設計的含有窯車應急拖拽控制系統的隧道窯作些介紹，供大家探討。

隧道窯底部的設計，除了框架的支撐，立柱之間的連接件，就是窯車行走的軌道和窯頭、窯尾的頂車機了，對于有一定寬度的隧道窯，窯爐的底部水平位置還有其他空間可利用的。在這空間里，安裝一條從窯頭到窯尾的直通軌道，軌道上安裝可以來回行走的牽引小車。

電氣上主要由兩個卷揚機和變頻器等電氣配件組成。一前一后的卷揚機，是拖拽窯車的動力機構和方向來源，兩個卷揚機的鋼絲繩末端各綁在牽引小車前后位置的小孔。

2.1窯車應急拖拽控制系統的工作原理

該系統為控制一個收放的傳動系統，其基本工作原理是： 窯車應急拖拽系統接收從拖拽控制繼電器輸出的信號，繼而控制變頻器執行拖拽動作，這個拖拽動作所依賴的拖拽信號是根據操作者按下電控柜上的按鈕的時間長短來調節拖拽牽引小車的行走距離，在拖拽過程中也可以通過控制變頻器的多段速來增減牽引小車行走距離的時間。

2.2應急拖拽控制系統的特點

2.2.1優點

隧道窯在任何意外倒窯的情況下，只要降溫到一定溫度（窯內耐火材料、窯體內的閥件、金屬構件和燒嘴承受的最高溫度）操作工就可以馬上高溫操作，而且不用相關操作人員穿高溫防護衣和護目鏡進入窯爐內鉤拉窯車，通常倒窯的地方是在窯爐的高溫燒成區（具體要看該隧道窯的功能區的分布），如果窯車之間或者窯車和窯墻的曲封的間隙出現黏連而產生卡頓，使用這個系統的拖拽機構，也就只是電控機械上的操作，牽引小車在其軌道上往返拖拽窯車，不需增派人手，減去人工操作受到的人身危害，這也是本系統的最大優點。

2.2.2缺點

（1）隧道窯正常運行期間，窯底的牽引小車軌道保持暢通無阻。如果日常隧道窯維保工作欠妥，原料廢料和燒成廢渣掉入該軌道里而不及時清理，造成日后使用牽引小車運行時，出現有物體擋住行走方向，造成負載增大，電機的電流增大，電氣系統的斷路器跳閘而不能應急使用。

（2）牽引小車動作頻繁易于損壞，因而需要采購品質好的變頻器和卷揚機電機。

（3）短時間從窯頭到燒成區不斷地拖開窯車，隧道窯底等于隔離空缺形成窯內負壓劇增，大量的冷空氣從窯底兩側的空隙直接灌進爐膛，對隧道窯的耐材的質量、筑窯的工藝質量有一定的影響。

3窯車應急拖拽控制系統應用實例

3.1窯車應急拖拽控制系統隧道窯示意圖，見圖1。

3.2該隧道窯及拖拽系統介紹

該隧道窯主要燒制品為微晶玻璃，燒成溫度約1250℃

3.2.1隧道窯基本配置

（1）窯內尺寸：（長×寬）136.5m×3.66m;

窯車尺寸：（長×寬×高）2260mm×2570mm×550mm;

裝載層數：兩層。

（2）電控主要材料

變頻器，選用的是國產匯川品牌的MD290T系列;

繼電器模塊，選用是魏德米勒的DRM系列;

拖拽卷揚機，選用的是國產的蘇工系列;

位移傳感器，選用歐姆龍的ZX系列;

電控柜其他電氣元件使用的是施耐德的。

（3）牽引小車及其軌道安裝位置，見圖2

軌道的安裝只需從窯進口到要出口， 寬度為400mm的直線位置上。窯外的鋼絲繩通過多個滑輪組的承托連接到卷揚機的卷輪上。

3.2.2拖拽控制的基本原理

在隧道窯工作正常期間，牽引小車（見圖3）預先放置在窯爐出口的拖拽軌道上，前后兩個扳機都放下在小車扳機槽內，以免影響正常行走的窯車。

當隧道窯進口的液壓推進器發生異常情況，如：液壓油的壓力超過上限導致壓力開關動作報警，液壓馬達的電流超過上限導致斷路器跳閘，監測倒窯的光電開關動作了，這些通常表示隧道窯內發生窯車上的窯具或者燒成品意外倒塌了，窯爐操作工要立即停窯降溫，再從窯爐側墻的觀察口觀察并記錄好第幾節的窯車出事故的位置，方便操作牽引小車的到達該位置。舉例：操作工從窯爐第一節往窯尾方向走，當從第25節觀察口看到窯內的第25節出現倒塌，根據該窯爐每節長度為2.1m，得25×2.1m/節=52.5m，再根據窯爐的總長判斷牽引小車應從窯頭進窯操作。故先將牽引小車快速行走到窯爐進口處，然后釋放出一個扳機，扳機的90°面為拖窯車出窯口的方向。再啟動窯頭卷揚機操作牽引小車，從起始位置0處（窯爐第一節），行走到窯爐內第一輛窯車的車架底部，扳機能頂住該窯車底架后，就把該窯車反向往外拖出窯頭后推上窯頭的中轉車，中轉車將該窯車運送到窯車外線的軌道上存放，然后，中轉車返回停在窯頭處等待下一輛窯車，這樣，牽引小車如此不斷地往返逐輛拖出窯車，直到在52.5m處（窯內事故點位置）拖出事故窯車。為了保證要拖出全部的事故窯車，我們通常要再拖出一輛窯車來檢查是否也是事故窯車，直到看到拖出沒有問題的窯車為止。

本拖拽系統在制作過程中，值得注意的是：（1）牽引小車上的扳機受力處最好要在原來窯車的鋼結構下的槽鋼或工字鋼的水平方向處，其他受力處較為差;（2）牽引小車的長度要與窯車的長度有一定的比例，以免牽引小車在拖拽窯車底部行走時，重心前傾造成整車跳出軌道;（3）牽引小車上的扳機與窯車底部鋼結構的受力處面積要足夠高，以免牽引小車在拖拽窯車時候，扳機脫鉤造成空拖，繼而整個拖拽系統得無所用。

電氣方面，通過圖4的電氣線路設計，窯車應急拖拽系統可以將牽引小車來回自動控制。其中，兩個變頻器使用扭矩比較大的型號，使得重載情況下滿足拖拽窯車、窯具和燒制品的總重量的要求，每個變頻器分別同時控制擺放在窯爐前后的卷揚機運行，1個收緊鋼絲繩拉動牽引小車，另1個則同步放鋼絲繩，牽引小車就來回在軌道上行走。

由于這次是探討拖拽功能在隧道窯上的應用，故沒有將拖拽的電氣參數設置做到主工控機的屏幕上，也沒有用主控電柜的PLC程序來控制拖拽模塊信號，只在拖拽的電路里利用了一個帶脈沖信號的位移傳感器，該傳感器固定安裝在卷揚機的電機軸上，通過電機軸的旋轉來反應到牽引小車所走的距離，傳感器連接位移儀表，使得操作人員得知牽引小車行走的距離，本次在該隧道窯的調試和試產中，均滿足拖拽窯車的需求。這就為日后使用全觸摸屏技術、工控機的組態軟件、PLC程控和拖拽模塊，提供了數據的基礎。

圖5的電路設計，為手動和自動控制的選擇。轉換到手動時，操作工可以提前調整好牽引小車的前后扳機方向，查看位移儀表上的牽引小車在軌道行走的距離（其距離就是1輛窯車的距離），牽引小車的扳機的斜面前進到達窯車受力點后自動翻回原位，停下小車，然后按下后退牽引小車，扳機的直角面頂住窯車的受力點，就使得窯車被拖出窯口，操作工不斷重復上述操作，使得發生倒塌的窯車被拖出后停止操作。

轉換到自動時，預設操作的具體窯車距離根據電機軸的編碼器反饋數據來計算，牽引小車不斷地在其軌道上往返鉤拖窯車出來，并且與窯頭的中轉車聯動，直到操作工看到倒塌窯車出來后停止系統。

4結論

兩種隧道窯主要參數比較，詳見表1。

從表1比較可以看出，在窯容積、產品和產量完全相同的情況下，用了拖拽系統控制的隧道窯，主要有如下優勢為：

在窯車的鋼結構不需要更改的情況下，由于應急拖拽系統的應用，使窯內發生倒窯或窯具倒塌的情況下，窯內降溫的幅度不用過大，只要燃燒系統的閥件和窯爐的金屬構件能耐受該溫度而不損壞，就可以使用。而沒用應急拖拽系統的要窯內降溫到操作工承受的溫度100-200度左右，單是燃氣節能就減少經濟損失約為10000元。

電控機械處理倒窯意外事故，不僅耗時短和速度快，而且不需要窯爐操作工進窯內拖拽窯車，人身安全得以保護，避免發生安全事故。

窯爐框架結構的底部增加了應急拖拽的牽引小車行走軌道，使得結構相對復雜。但是按照應用廠家的說法，該窯車拖拽系統在隧道窯綜合優勢大于劣勢，尤其是在意外倒窯事故的情況下使用。該窯車拖拽控制系統隧道窯必將獲得廣闊的發展前景，值得大力提倡和推廣。

隧道窯拖拽應急作為一項新技術有著廣闊的應用前景，可廣泛用于寬體的陶瓷、日用瓷，發泡陶瓷等行業，對提高隧道窯的應急處理發揮著重大作用，是工業爐行業的一次革新，將成為未來隧道窯標準配置控制技術的發展方向。

參考文獻

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[4] 聞邦椿.機械設計手冊[M]. 機械工業出版社，2018.

Application and Discussion of Kiln Car Emergency Drag Control System in Tunnel Kiln

ZHAO Zhi-rong? ， HU Nai-you? ， HAN Dong-lai

（Guangdong Modena Technology Co.， Ltd.， Foshan ， 528225）

Abstract：? In the case of accidental temperature control， quality problems or accidental damage of kiln car and kiln furniture in the traditional tunnel kiln， the kiln car and kiln furniture or products collapse in the kiln. The treatment method is usually to stop the kiln and cool down， and the operator is exposed to a high temperature of more than 100 degrees， the operator enters the kiln and pulls out the kiln car by car with specially iron hook， which is time-consuming， laborious and personal risk， The above manual operation is solved by the kiln car emergency drag control system， which is time-saving， save labour and no personal danger.

Keywords：? tunnel kiln;collapse kiln;kiln car emergency drag