高鐵時代巖板系列窯爐

萬 鵬，賴日東，徐廣華

(廣東中鵬熱能科技有限公司，廣東 佛山 528233)

0 引 言

隨著定制家居及高端廚具的發展，陶瓷產品跨界應用，巖板的屬性賦予應用空間及銷售渠道被重新定義。基礎加工配套落地服務鏈不斷完善，因而逐漸風靡起來。不完全統計，全國2020 年上半年新建/技改大/巖板超過60 條，下半年還有多家陶企將再增或規劃巖板生產線。由于其特殊的屬性和概念，行業內對陶瓷巖板還未完全形成統一的定義標準。但可以肯定的是，尺寸一定是大且具有可加工性為特點。所以全文統一稱為大規格陶瓷巖板。

國際上大規格陶瓷板的開發早在十多年前，特別是意大利等發達國家技術更加成熟，并且上下游之間已經形成了相互配套的產業鏈和相對穩定成熟的供應鏈。但其高昂的設備費用讓不少有實力的大企業都望而卻步，并且這幾年才逐步開放技術市場到中國。而中國建陶行業對巖板的探索起步較晚，最初僅有蒙娜麗莎等企業涉足。

除了配方區別于普通陶瓷磚以及普通陶瓷大板，燒制對大規格陶瓷巖板制作過程至關重要。燒成制備技術難度大，主要與其規格和材料性質有關，需要在傳動精度高的條件下才能完全玻化平整。燒成過程既要提供反應所需的熱量和溫度，又要在很平穩的氣氛保護下進行，這就對燒成設備自身熱穩定性、溫度場均勻性、冷卻一致性等提出了更高要求。如今窯爐燒成設備朝著綠色環保無噪音污染的智能化方向發展。這些高標準、高要求，普通陶瓷磚的窯爐根本不能滿足條件。對于這樣的問題，選擇一種既能進行連續化生產，又能在精度控制、生產大數據實時監控運行的整體裝備，顯得非常重要。這對于突破現代新型大規格陶瓷巖板材料的數字化、智能化生產國有化意義重大。

1 燒成設備核心技術

高鐵時代巖板系列窯爐集多種先進功能性系統于一身，包括：多層快速干燥窯、高精度傳動系統、高穩高效高溫強化換熱助燃風節能系統、整線數據集中控制云系統，并配合先進的安裝方法、合理的設計、數字化輥棒檢測技術手段等。

1.1 多層快速干燥窯

在全面“煤改氣”的新環境下，煙氣總量大約會減少20—25 %。為提高煙氣的熱利用效率，推薦巖板干燥以多層快速干燥為主，干燥窯采用風管內置式臥式結構，場地占用較少，干燥熱效率高。采用先進的內循環技術，能有效保溫，濕度可均衡調控，內部管路設計合理對稱，有效利用熱量。優化的風管設計則大幅減少局部阻力，送風更流暢，控制更輕松；窯頂采用立式風機，對稱打風設計，確保內部風壓均衡。窯爐及風機平臺采用“高鐵時代”型全包覆式面板，節能低噪且外部簡潔美觀，可有效改善工作環境。干燥窯所用的熱源為燃燒機+窯爐余熱/窯爐煙氣。干燥窯每個單元有獨立燃燒機加熱，每組使用一臺循環風機攪拌。燃燒機加在循環風機的入口端,循環風機將每層干燥通道間的濕氣和余熱抽出重新加熱，與配風口配入的冷風混合后，再輸送到干燥室中的每層供熱支管。在干燥窯的風管上設置若干測溫點，由熱電阻溫控表控制并直觀顯示溫度，每節左右兩邊設置若干雙金屬溫度計。

1.2 高鐵時代大巖板輥道窯

窯爐外部，在外形設計上采用獨有的“高鐵時代”結構，有效地改善助燃風管和噴槍溫度較高而使得車間操作環境溫度過高的現象。配合輥棒身份識別技術，通過計算機與光學傳感器和數據統計學原理等手段密切結合。利用輥棒固有的轉動直線度進行篩選，最終將數據收集、存儲并將結果用鐳射技術打印于輥棒上。實現輥棒優選，這是傳動精度的基礎保證。

窯爐內部，針對工藝需要，在冷卻區合理布置噴槍，特殊設計控制冷卻工藝在急冷區的冷熱應力對大板產品表面的影響，維持安全的冷卻氣氛解決大型薄板、厚板冷卻過程中所擔心的問題；在冷卻區利用帶自主專利技術的助燃加熱系統，逆流換熱并強化冷卻大板；采用中鵬云監控系統，達到信息智能化、全球采購和售后服務賦予的新要求，不再局限于僅能在生產現場或某一區域進行監控。而是任意地方，通過互聯網來獲取窯爐生產數據信息，真正地做到窯爐設備物聯化。高鐵時代大巖板系列窯爐具有如下六大核心設計。

核心一：全包覆式高鐵時代型工業設計外觀——以人文關懷為目標

(1) 關鍵結構

側板拉開、推拉門(專利技術：一種輥道窯用槍前過濾ZL201520638880.5、一種窯爐側板推拉門結構ZL2015207007118.1)。

(2) 特征識別

平面+弧面(專利技術：一種窯爐外側面板201520328777.0)。在設計上融入了“軟幾何”的設計手法，用平面加弧面的特征元素和C 型包覆的外形特征結合，風格剛柔相濟，充分體現產品的嚴謹性與親和力，從感官上拉近人機關系(專利技術：窯爐面側裝飾面板ZL201530152873.X、裝飾板ZL201630062387.3)。

(3) 色彩配置

和諧、安靜(藍色+白色)。寶藍色代表沉穩，具有理智，準確的意象，強調了科技、效率的商品或企業形象。也容易讓人想起大海，給人安靜的環境。同時，也隱喻了藍天白云的概念，設計者以此表達了保護自然環境的理念。在整體上給人一種簡潔大氣，具有時代感、科技感的心理感受。合理的色澤、光澤選配，降低中部區域視覺注意力。

(4) 應用時效

是一項窯爐的節能伴侶技術，有效改善窯爐的高溫操作環境；操作維護簡單、安全；外表簡潔、美觀、大氣，并利于長久保持。

(5) C 型包覆帶來的隔熱效果

“傳導”的概念輕易被關注，而如果我們著眼于熱傳遞的物理機理，便很容易通過這層金屬板對“熱輻射”的遮斷和“對流”的影響來改變系統的熱傳遞效果。三條熱傳遞途徑利用了兩條，讓操作區域的環境溫度大幅下降，并有效疏導了漏煙，讓面板歷久如新。窯爐外側溫度同比下降20—30 ℃以上。

圖1 是在一個項目現場實際拍攝到的，窯爐環境溫度(地面溫度)為30 ℃時，窯爐工作時高溫區內部工作溫度超過1200 ℃。而該處噴槍附近外側板溫度只有37 ℃。在觀察孔打開封蓋的情況下，外側板附近溫度也只有51.2 ℃。溫升都不超過10 ℃，大大低于行業標準規定的35 ℃環境溫升值，而且測量點在窯爐靠車間內部一側處高火保溫區位置，這在以前的輥道窯中是不可想象的。2020 年獲得了中國建材機械行業技術革新一等獎?！案哞F時代”型輥道窯通過了中國建材聯合會組織的國家級行業鑒定，鑒定結果：國際先進水平。

圖1 全包覆式外觀表面溫度實測Fig.1 Out temperature testing of all-covering equipment

其有效地改善助燃風管和噴槍溫度較高而使得操作環境溫度過高的現象，這也是一項窯爐的節能伴侶。有效改善操作環境，新設計，巧妙的隱藏了各種管線，只外露操作部分，外表簡潔大氣。安裝、操作及維護也更加簡單、安全。

核心二：具有“三高”特征的助燃風加熱技術3Hi

在陶瓷廠中，窯爐是高能耗的設備之一。為了降低能耗、成本，提高產品競爭力，采用具有“3-Hi”特征的助燃風節能系統，在窯爐內部均衡梯級換熱，減少熱量散失，提高助燃風溫度。并有效降低余熱汲取過程對生產的影響，既提高了系統穩定性，也提高了換熱效率，大大降低了窯爐設備能耗；同時，還可將余熱利用于其他設備，有助于降低整個生產工藝的能耗；另外，還有助于廢氣集中回收處理，真正起到節能環保的作用。能夠有效降低輥道窯能耗，提升其綠色能力。天然氣窯爐可以降低能耗10 %。高穩、高效、高溫助燃風加熱系統具有綜合優勢(專利技術：一種窯爐助燃加熱節能裝置ZL201520779625.2)。

高穩：冷卻帶均衡取熱，局部影響小，不怕空窯；

高效：窯內直接熱交換，外露熱管少，效率高，損失小；

高溫：逆流式熱交換，獲得高溫助燃風空間大。

核心三：采用新一代整線數據集中控制云系統——中鵬云控

通過互聯網，向使用計算機、平板或智能手機的窯爐管理員，推送精準化、窯爐設備物聯化，達到信息采集智能化。中鵬云控2.0 的革新之處如下：

(1) 信息采集智能化

將各種傳感器采集到的窯爐設備與生產數據，通過預設或者大數據分析，給出各種預警和優化信息，且有完善的管理機制與密碼認證機制。根據不同級別的用戶分配相應的控制權限，對相應的數據保密性更好。

(2) 推送精準化

圖2 助燃風加熱系統Fig.2 Heating system with assisting wind

在原有中鵬云控jCOS與微信結合推送生產信息的基礎上，開發了“直接使用微信查看的產品運行狀態、空窯位置及空窯比例”等多項功能。還可以通過云控2.0 查看燒成溫度、歷史溫度、產量等設備實時運行的報表與曲線，窯爐運行的實時數據。同時，自動推送、同步到各設備終端平臺，便于隨時隨地查閱。

(3) 窯爐設備物聯化

實現爐設備全球化遠程監控、數據互聯，并在通過授權后由終端機(如：手機、電腦)經互聯網與現場工業計算機互聯互通，獲取窯爐實時或歷史數據。亦可通過授權和現場攝像頭來監視窯爐設備運行，不再局限于僅能在生產現場或某一區域進行監控。大大地減少了勞動強度，提高了生產的管理效率。

中鵬云控2.0 為陶瓷行業的“智能工廠”打開了一扇窗。將高端技術平民化，更是結朿了窯爐設備與互聯網“最后一公里的問題”。

核心四：合理噴槍配置、風機選型設計——減少裂磚

針對工藝要求量身定做高配置的窯爐燒嘴，合理布置噴槍；特殊冷卻工藝設計，發現板冷卻過程中可能產生的問題；特殊設計的風機以及配套的新型窯爐風機平臺使得整套窯爐系統噪聲降到最低，真正達到“靜音”的效果。

圖3 中鵬云控系統Fig.3 Zhongpeng cloud control system

核心五：傳動精度保證

采用了特別的加工方法，有效提升了零部件的制造和安裝精度。

在燒成帶采用差速齒輪傳動方案，有效地減少輥棒高溫蠕變傾向，增強輥棒的自凈能力。傳動電機采用優質減速電機，每2 節配備一臺；采用變頻器來進行獨立調速，使該窯爐能夠最大限度地適應不同產品，燒成周期具有很大的調節范圍。

圖4 傳動系統Fig.4 Transmission system

核心六：輥棒檢測打碼機——輔助大板窯爐選棒，傳動用棒精準，保證冷調走磚

中鵬公司最新研發的輥棒檢測打碼機，能實現自動打碼、分級功能，其檢測精度可達0.1 mm。還可根據生產工藝需求，自定義輥棒的精度標準。有助于生產大規格陶瓷板等對運行穩定性要求較高產品的公司，分選符合要求的輥棒。

傳統分揀輥棒，采用人工肉眼及經驗判斷，需要兩名有一定品質管理資質的檢測員，且為保證正常作業的連續性，還需配備至少兩名搬運員進行搬運作業。平均4 個人每小時檢測約100 支輥棒，人員從數量到資質都要求較高，不利于人員的精簡。且由于一般輥棒檢測批量較大，長時間的枯燥重復的檢測工作容易造成肌肉及視覺神經疲勞以及懈怠心理等主觀因素影響，因而產生誤讀誤標示的情況，影響輥棒檢測的精確性。人工轉動輥棒不僅增加作業員勞動強度，同時也對檢測的精確性、穩定性產生一定的負面影響。另外，對輥棒進行標記蓋章以及品質記錄都是增加作業人員勞動強度的不利因素，不利于和諧社會所提倡的人文關懷要求。

而使用輥棒檢測打碼機，工作效率不僅翻倍，還使得工人的勞動強度大大降低，且對操作人員的專業水平零門檻要求。憑借計算機、光學傳感和數據統計等手段，更客觀地反映輥棒的真實檢測情況。對輥棒的功能特性進行篩選并判斷，最后通過等級歸類并標注相應的等級標識。合格品會按其圓跳動值分成A、B、C 三個等級以及不合格D 級，并體現于激光打標的編碼上，這樣人們通過查看輥棒上的標識就能知道這根輥棒品質的優劣。

該設備的控制精度符合設計要求、操作簡單，提高窯爐調試工作效率。每支輥棒通過檢測和打碼，都賦予了一個特定的身份標識，讓輥棒的使用進入了全新的數字化管控認證時代。

圖5 自動生成輥棒檢測報告Fig.5 Automatic testing report of roller rod

圖6 輥棒檢測標識等級Fig.6 Testing marking grades of roller rod

2 小 結

該燒成設備的開發，不僅能滿足國內增長的大規格陶瓷巖板材料需求，實現高端巖板材料燒結裝備的國產化，更是給佛山乃至我國該種產品燒成熱工設備數字化、智能化和綠色工廠建設配套設備轉型升級提供有力支撐。