CN203518572U - 精细熔融石英辊棒高温烧结抽屉窑 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种精细熔融石英辊棒高温烧结抽屉窑，它解决了现有抽屉窑对窑内气氛、温度、保温时间、升温速率等难以控制的问题，其特征在于：所述燃烧系统是由设置在炉膛墙体（26）两侧上下交错设置由烧嘴砖（22）砌筑的烧嘴孔、烧嘴（13）、天然气支管（14）和助燃风支管（6）构成，自动化控制系统是以西门子SIMATICS7全集成自动化控制器作为主控设备，通过以太网输送信息到车间级窑炉控制系统和信息化管理系统，实现车间级生产设备控制系统的数据通信。具有结构合理、自动化程度高，产品的热稳定性能够满足石英辊棒的生产工艺要求。
Description
一、技术领域
本实用新型属于石英陶瓷烧结领域，尤其是涉及到精细熔融石英辊棒的高温烧结设备。
二、背景技术
石英陶瓷又称熔融石英，是采用熔融石英或石英玻璃为原料，经粉碎、成型、烧成等一系列陶瓷的制作工艺制备的制品，石英陶瓷具有成本低、高温荷重软化温度高、热膨胀系数小、热稳定性好、耐化学侵蚀性好、介电性高、电阻大等一系列的优良特性。它可以制成玻璃水平钢化炉用石英陶瓷辊、浮法玻璃退火炉用空心辊、金属带材热处理炉用空心辊等，广泛应用于电子、钢铁、炼焦、玻璃等工业领域。随着熔融石英陶瓷应用范围不断扩大，对其制品的制备也提出了越来越高的要求，熔融石英陶瓷的制备最重要的两个工序是成型和烧结，每一个工序的优劣将直接影响最终陶瓷制品的性能。而国内外现在已经广泛采用水平钢化辊道式炉取代了以前的垂直吊挂式玻璃钢化系统，生产出了高质量的钢化玻璃，关键是因为使用了熔融石英陶瓷辊棒。在水平钢化辊道式炉中，熔融石英陶瓷辊棒在高温条件下，既能支托玻璃又能传送玻璃，有足够的强度和光滑的表面，并且熔融石英陶瓷辊棒有优良的热稳定性满足钢化玻璃的生产工艺要求。以前我国的熔融石英陶瓷辊棒主要是靠进口，目前山东工业陶瓷研究设计院石英陶瓷事业部自行开发的石英辊棒已经在质量和性能上赶上甚至超过了国外产品，为我国填补了一项空白。
对于熔融石英陶瓷辊棒，其烧成过程共分为五个阶段：辊棒坯体的水份蒸发、有机物的排出、SiO2玻璃相的析晶、材料的烧结和冷却。烧结的目的是进一步使熔融石英陶瓷辊棒的密度提高，强度增加，而在烧结工艺中主要的影响因素有气氛、温度、保温时间、升温速率等。
三、发明内容
本实用新型的目的就是为市场提供一种既节能降耗，又具有温控精度高、气氛调节广的精细熔融石英陶瓷辊棒烧结抽屉窑。
本发明的技术方案是：它包括由立柱和横梁构成的金属框架、窑墙、窑顶、车下风管、轨道、底排烟烟道口、砂封槽和窑车曲封构成的窑体以及燃烧系统和自动化控制系统，所述燃烧系统是由烧嘴、天然气支管和助燃风支管构成，在炉膛窑墙两侧上下交错设置了由烧嘴砖砌筑的烧嘴孔和观火孔，烧嘴安装在烧嘴孔中。所述燃烧系统的天然气支管的进气端与设置在炉体上方的天然气主管相连，另一端通过安装了球阀、燃气点火电磁阀和空/燃气比例阀后由端部连接的天然气金属软管与烧嘴相连；助燃风支管的进气端通过助燃风管相连，另一端通过安装了脉冲电动阀、蝶阀后由端部连接的助燃风金属软管与烧嘴相连，在天然气供气管道的空/燃比例阀与助燃风支管之间还设置了导压管。自动化控制系统是以西门子SIMATIC S7全集成自动化控制器作为主控设备，通过以太网输送信息到车间级窑炉控制系统和信息化管理系统，实现车间级生产设备控制系统的数据通信。
本实用新型的有益效果在于：由于窑内采用上下交错均匀布置烧嘴，并且采用单点脉冲控制燃烧与分组/分区温度均衡搅拌方式的结合，及脉冲燃烧技术与线性燃烧技术的相融合方式进行控制。具有如下优点：
1、炉内燃烧气氛可控，能达到熔融石英辊棒低温烧成制度，熔融石英辊棒经干燥入窑后还含有没有排出的吸附水和结合水，所以其升温速率一般要随坯体的入窑水份来控制，入窑水份低时，升温速度可以较快，吸附水排出时不致使坯体开裂，当入窑水份较高时，应严格控制升温速度，因为当坯体的温度高于120℃时，坯体内的水份发生剧烈变化，有可能引起过大的内部破坏应力，使辊棒制品开裂。有机物的排除中失重通常从220℃左右开始，当温度高于220℃时，升温速率一定要仔细控制，否则就可能由于升温不当致使坯体出现裂纹。为了防止辊棒坯体出现开裂情况，300℃低温阶段我们利用系统将统筹烧嘴负荷与调节助燃风机的压力，采用功率可调的脉冲控温方式，可较平稳地降低和控制火道中的烟气温度，作到烧嘴出口温度从80℃起连续可调，利于低温阶段的缓慢升温与保温控制；
2、熔融石英陶瓷辊棒制品烧成的原则是保证制品烧成后有足够的强度和控制制品的析晶及变形，因此要确定合理的烧成温度及保温时间，产品在烧成中的最高烧成温度不超过1280℃，为避免析晶，900℃以上的高温阶段应该快烧快冷。新型单点脉冲控制燃烧+分组搅拌控制方式可使温度在640-1280℃间，升温速度达到不小于2℃/分钟，达到快速烧结石英辊棒制品，温度大于或等于150℃，任意温度可保温10小时，最高温度结束后，单点脉冲控制降温，到设定的阶段自动启用调温风机来辅助降温，在4个小时内降到400℃以下。
3、控制精度高，水平断面温差＜±5, 垂直断面温差＜±3（以测温环测定为准）；
4、节能效果显著，一般能节能20%左右；
5、自动化程度高，将西门子SIMATIC S7全集成自动化控制器作为主要控制设备，它具有优越的控制、管理一体化性能，高可靠性和人、机接口的良好操作性能。新型单点脉冲控制燃烧+分组搅拌控制方式使系统在运行过程中按照操作人员预定的控制目标函数进行单元的控制优化，并保证其在升温、保温段的主控点温度波动（偏离工艺曲线的程度）控制达到工艺要求；
6、控温精度的技术保障，选用国标测量热电偶，配套高质量的补偿导线提高温度测量精度。采用MODBUS工业现场总线温度变送器，将热电偶反映的炉温用数字量形式直接导入控制系统，消除了转换误差，提高了温控精度；
7、控制算法为：单点脉冲控制（自适应模糊控制和规则约束控制）、分区均衡（程序配方控制和动态增强搅拌）、窑炉压力（微分滞后速度PID控制）、助燃风（程序控制+按热负荷动态分配）；
8、控制系统可靠性强，由于本系统所使用的主控设备——SIMATIC S7本身的失效损坏引发的控制故障几乎为零（无故障间隔时间大于6万小时），以及S7在程序运行机制上采取了动态诊断、指令重复执行、程序卷回等先进的容错技术，保证了主控系统可靠运行；
9、具有完善的后备手动操作功能，抽屉窑所有的温度、压力控制点/检测点均配置有单独的数字显示，全部控制点均配有手动操作功能，并可做到自动/CRT操作面板手动操作的无扰动切换，操作人员可从CRT或控制柜面板上一览窑炉工作数据，并可在处理故障时不依赖控制系统而手动维护正常的烧成操作；
10、系统配有大屏幕显示器、鼠标、操作键盘，操作人员可凭相应级别的密码进入人——机对话界面，对抽屉窑设备进行不同级别的操作，如工艺烧成曲线的修改、运行状态的改变、系统的再组态，等等。人——机对话界面的设计符合人机工程学的原则，简洁实用，并对于错误操作有不同形式的警示，以致到拒绝执行；
11、操作站（上位计算机）中具备了一个较完善的生产质量管理数据库，它可长期显示记录每个窑次自进窑到出窑整个烧成周期中热工参数的变化情况。如它所经过的温度曲线，压力曲线及相应时段的机电设备的运行情况，可保存24个月，而且可随时作出备份以供长期保存。这个数据库的实现可促进全面质量管理体系的完善；
12、报警及事故处理功能强，该系统可处理的监测报警点可达256个，用户可任意设定监控值的报警限，有超限时，控制系统将使用声光提示报警，并可调出事故处理画面，同时记录下事故处理的进程。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
四、附图说明
图1为本实用新型本实用新型主视结构示意图；
图2为本实用新型截面结构示意图。
图中：1为排烟风总管道，2为排烟分管，3为排烟支管，4为助燃风管，5为天然气主管，6为助燃风支管，7为脉冲电动阀，8为蝶阀，9为导压管，10为空/燃比例阀，11为燃气点火电磁阀，12为球阀，13为烧嘴，14为天然气支管，15为冷风调节孔，16为热电偶孔，17为观火孔，18为助燃风金属软管，19为天然气金属软管，20为砂封槽，21为轨道，22为烧嘴砖，23为风管变径，24为窑顶，25为立柱，26为窑墙。
五、具体实施方式
以建一座窑内容车2辆（窑车长度4000mm）的抽屉窑为例，在窑窑26的两侧上下交错安装24只脉冲烧嘴13，并在由立柱25和横梁构成的金属框架的上方设置排烟风总管道1、助燃风管4和天然气主管5，分别通过带脉冲电动阀7及蝶阀8的助燃风支管6、助燃风金属软管18和设有球阀12、燃气点火电磁阀11、空/燃比例阀10的天然气支管14及天然气金属软管19与安装在烧嘴砖22砌筑的烧嘴孔内的烧嘴13相连。分24路温度区域均衡控制，每路烧嘴的助燃空气由脉冲电动阀7来控制流量，装于燃气支管上的空/燃比例阀10会依据工艺曲线要求的气氛而自动跟踪调节燃气的流量，稳定地控制窑内弱氧化气氛，先进的分组自动搅拌方式大大减少了炉内的温差。
本窑炉控制系统贯彻新颁国标[TSG ZB001-2008：燃油（气）燃烧器安全技术规范]，严格按照操作规范互锁窑上的所有机电设备的启、停操作，包括在单机启/停时如不符合安全规程，也会提供保护。燃烧系统的安全保护为在每个烧嘴上采用火焰监测/点火控制器，可由控制系统按预先设定之程序进行自动点火，熄火保护等工作，提供可靠安全保障。
所述自动化控系统（SIMATIC S7）通过以太网输送信息到车间级窑炉控制系统和信息化管理系统，实现车间级生产设备控制系统的数据通信。为用户的烧成工艺调整提供了控制手段，进而达到节约能源之目的。本实用新型的控制系统的设计消化吸收了国外著名窑炉生产商控制系统的产品特点，并在系统控制模式设计上取得了重大创新。抽屉窑控制系统软件的设计采用SIMATIC S7系统内控制算法和本企业独特的自适应模糊控制温度算法相结合，大大提高了窑炉的自控水平，且有效地保障了用户在产品烧成中对于气氛、温度等热工参数的严格工艺控制。本实用新型的投入使用，可实现高温炉内的气氛可控，减小上下温区温差，提供多种烧成工艺的控制手段，很符合熔融石英辊棒低温水份蒸发、高温快速烧结和快速冷却工艺，而且达到节能目的，为企业降低生产成本，深受用户欢迎。
Claims (2)
1.一种精细熔融石英辊棒高温烧结抽屉窑，它包括由立柱（25）和横梁构成的金属框架、窑墙（26）、窑顶（24）、车下风管、轨道（21）、底排烟烟道口、砂封槽（20）和窑车曲封构成的窑体以及燃烧系统和自动化控制系统，其特征在于：所述燃烧系统是由烧嘴（13）、天然气支管（14）和助燃风支管（6）构成，在炉膛窑墙（26）两侧上下交错设置了由烧嘴砖（22）砌筑的烧嘴孔和观火孔（17），烧嘴（13）安装在烧嘴孔中；自动化控制系统是以西门子SIMATIC S7全集成自动化控制器作为主控设备，通过以太网输送信息到车间级窑炉控制系统和信息化管理系统，实现车间级生产设备控制系统的数据通信。
2.根据权利要求1所述的精细熔融石英辊棒高温烧结抽屉窑，其特征在于：所述燃烧系统的天然气支管（14）的进气端与设置在炉体上方的天然气主管（5）相连，另一端通过安装了球阀（12）、燃气点火电磁阀（11）和空/燃气比例阀（10）后端部连接的天然气金属软管（19）与烧嘴（13）相连；助燃风支管（6）的进气端通过助燃风管（4）相连，另一端通过安装了脉冲电动阀（7）、蝶阀（8）后端部连接的助燃风金属软管（18）与烧嘴（13）相连，在天然气供气管道的空/燃比例阀（10）与助燃风支管（6）之间还设置了导压管（9）。
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