TWI440611B - 滾轉式冷卻爐 - Google Patents

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TWI440611B
TWI440611B TW095139907A TW95139907A TWI440611B TW I440611 B TWI440611 B TW I440611B TW 095139907 A TW095139907 A TW 095139907A TW 95139907 A TW95139907 A TW 95139907A TW I440611 B TWI440611 B TW I440611B
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Description

滾轉式冷卻爐
本發明係關於一種用於平板玻璃之滾轉式冷卻爐，其具有一容納於一爐外殼內部之滾筒式輸送機且具有加熱單元，該等加熱單元成對排列於該滾筒式輸送機上方及下方，其相繼成列設置且相對於饋料方向橫向延伸，且與具備以位置依賴性方式所量測之實際溫度值及預定之相關所要值的溫度調節器相關聯以預設所要溫度分佈。
其中個別玻璃產品的熱成型與周圍溫度之間的溫度差在該玻璃產品鬆弛期間得以克服之滾轉式冷卻爐係廣泛用於玻璃工業中。舉例而言，一使用浮選法所製造之薄的平板玻璃在浮浴中形成後以連續玻璃帶之形式穿過一滾轉式冷卻爐。
接著將經冷卻、鬆弛之平板玻璃以產品特定方式加工。舉例而言，將浮式玻璃帶切割成習知矩形塊。
滾轉式冷卻爐通常具有一具有一用於平板玻璃之入口孔及出口孔之爐外殼及一容納於其中之馬達驅動之滾筒式輸送機，該滾筒式輸送機能夠將平板玻璃(尤其以一玻璃帶之形式呈現之平板玻璃)輸送通過該爐。滾筒式輸送機具有以平行方式相繼設置之眾多滾筒。
舉例而言，每個滾筒可經由一由一中心馬達傳動之蝸桿來驅動且鄰近滾筒可經由活動關節軸以兩個通用接點之形式彼此耦接。
亦可設想使每個滾筒或滾筒之一個別組與一獨立驅動單元相關聯以使玻璃產品可以不同速度輸送至滾轉式冷卻爐之相關區中。
滾轉式冷卻爐亦具備眾多加熱單元，其每單位面積輸出量隨著平板玻璃進入滾轉式冷卻爐至該平板玻璃自該滾轉式冷卻爐退出而連續地減少。通常，該等加熱單元係設置於爐之上部，在此處其加熱平板玻璃之頂部表面；與該爐之下部兩者，自該下部其加熱該平板玻璃之底部表面。
經冷卻之平板玻璃中之所得機械應力主要將視滾轉式冷卻爐中之溫度分佈而定。為此，相對於饋料方向平行及橫向排列之加熱單元可經獨立控制使得以有利於個別平板玻璃(例如浮式玻璃帶)之方式設定冷卻爐中相對於饋料方向平行及橫向的有利溫度分佈。對於高品質玻璃，尤其重要的是使相對於平板玻璃之行進方向呈橫向(亦即，自一玻璃帶之網區中之一邊緣至另一邊緣)之溫度分佈盡可能均勻。
滾轉式冷卻爐中之溫度分佈為由平板玻璃向前輸送之熱及加熱器之熱輸出的結果。後者通常係藉助於一用於熱輸出之調節單元來控制，該調節單元評估預定之所要溫度分佈與經量測之實際溫度分佈之間的差異。為此，溫度量測儀(例如，熱電偶或高溫計)係設置於玻璃帶上方及下方。
EP 1 491 509 A1已揭示此滾轉式冷卻爐，其具有相對於饋料方向呈橫向之設置於平板玻璃上方及下方且覆蓋該平板玻璃之寬度的電性操作之電阻加熱條。另外，以約650℃之熱壓縮空氣來進行的加熱係藉助於遍佈平板玻璃之寬度且具有彼此隔開預設距離之出口孔的管來提供。沿著電阻條，提供五個等距離隔開之熱電偶，其輸出信號係供給至一調節/控制單元用於確定實際溫度分佈，該調節/控制單元含有經儲存之預設溫度分佈；且其輸出端係連接至電阻條之輸入端且連接至一用於熱壓縮空氣之吹風機。
已知之狀況使用特定熱輸出分佈以防止通常在加熱平板玻璃之初所發生之玻璃邊緣區域的下沉。為此，當平板玻璃進入滾轉式冷卻爐時，上部電阻條之電阻係根據預定溫度分佈以受控方式觸發，其不依賴於熱電偶之信號；而下部電阻條之電阻係基於熱電偶之實際(ACTUAL)值信號以位置依賴性、經調節之方式來設定。在一般控制溫度分佈中，控制單元向在平板玻璃帶之中間區域中之上部電阻加熱器供給100%之電功率，而其向在邊緣區中之加熱區段供給較少量之功率。因此，用於額外熱壓縮空氣之吹風機的空氣流在加熱之初以最大值操作且接著在加熱之剩餘過程中減緩。
加熱之後，根據局部量測之實際溫度信號與預定所要信號之間的差異，向加熱條之電阻個別地供給電能。
US 6,204,483 B1已揭示一類似的滾轉式冷卻爐，其中僅提供一單個溫度量測儀以替代用於偵測尤其在相對於饋料方向呈橫向之實際溫度分佈之大量靜態設置之熱電偶，該單一溫度量測儀相對於饋料方向橫向移動且相繼地偵測局部溫度。成列排列之以紅外發射極形式之加熱單元同樣經個別調節以隨局部溫度條件而變。
若熱輸出調節之此習知實施例(其中每個加熱器係與作為局部實際值之僅一個溫度量測信號相關)係用於滾轉式冷卻爐之所有加熱器上，則此得到相對於牽引方向平行之平板玻璃(玻璃帶)中之可用溫度分佈。
當用於滾轉式冷卻爐之所有加熱器上時，此舉偶爾仍導致相對於牽引方向呈橫向之平板玻璃(玻璃帶)中之不利溫度分佈且導致隨後不良生產結果，倘若相對於牽引方向呈橫向或自"頂部至底部"之溫度差相對於實際溫度之絕對值的量測精度很低。後者可使得某些加熱器發出大量熱而鄰近於其或在其上方/下方所設置之其他加熱器發出少量熱或根本不發熱。此情況係當溫度信號之間的經偵測之溫度差小於儀器精度時常發生。
本發明之目的在於呈現起初關於熱調節所指示之類型的滾轉式冷卻爐以使所要溫度分佈長時間發生。
在一用於平板玻璃之滾轉式冷卻爐中，其具有一容納於一爐外殼內部之滾筒式輸送機且具有加熱單元，該等加熱單元成對排列於該滾筒式輸送機上方及下方，其相繼成列設置且相對於饋料方向橫向延伸，且與具備以位置依賴性方式所量測之實際溫度值及預定之相關所要值的溫度調節器相關聯，此目的係根據本發明藉助於提供一反饋迴路排列之事實來達成，對於設置於列中之一特定位置處之至少一對加熱單元，該反饋迴路排列將預定此位置之區域中之溫度分佈所需之熱輸出量預設成控制變數作為熱輸出量之預定部分，其係基於至少一個在列中之不同位置處所量測之實際溫度值來計算。
根據本發明所採取之步驟使得能夠長期達成滾轉式冷卻爐中之所要溫度分佈且由此亦在經輸送之平板玻璃中得到相應有利的生產結果。
本發明之實施例及修改係在附屬之申請專利範圍中及隨之產生的圖式說明中揭示。
諸圖式中之圖1示意性描繪與以滾轉式冷卻爐之習知加熱器2之形式的加熱單元相關聯的在箭頭方向上經由滾轉式冷卻爐所輸送之玻璃帶1，標記為Aa至De之該等加熱單元相繼成列排列於玻璃帶1上方及下方。該玻璃帶通常具有不大於1.2mm之厚度，較佳為不大於0.8mm。
通常，一用於熱輸出之反饋迴路係基於溫度量測值來調節加熱器2。為此，溫度量測儀3(例如熱電偶或高溫計)係設置於玻璃帶1上方及下方。此等溫度量測儀3係由圖1中之實心黑圓圈象徵性地描繪。其為用於相關反饋迴路之實際值產生器。
在熱輸出調節之習知排列中，每個加熱器2僅與一個作為一實際值產生器之溫度量測儀3相關。如在圖1中對於標記為Aa至Ae之加熱器2所描繪，個別熱輸出量係自由相關溫度量測儀3所量測之實際溫度及自預定所要溫度來計算。此實施例遵照以下要求：對於高品質玻璃，重要的是相對於玻璃帶之行進方向呈橫向之溫度分佈盡可能均勻。
若將上述實施例用於滾轉式冷卻爐之所有加熱器2上，則此舉將實際上得到相對於牽引方向平行(例如，如藉助於標記為Ac－Bc－Cc之加熱器2所描繪)之玻璃帶中的可用溫度分佈；但若將其用於相對於牽引方向呈橫向(例如，在標記為Aa－Ab－Ac－Ad－Ae之加熱器2中)之滾轉式冷卻爐之所有加熱器2上時，則此舉將偶爾導致玻璃帶中之不利的溫度分佈及隨後的不良生產結果，倘若相對於牽引方向呈橫向(亦即，在一列中或自"頂部至底部")之溫度差相對於實際溫度之絕對值的量測精度很低。後者可使得某些加熱器2發出大量熱而鄰近於其或在其上方/下方之其他加熱器發出少量熱或根本不發熱。在一相應試驗中，可量測標記為Aa至Ae之加熱器2的以下所得熱輸出分佈：
然而，加熱器2中之不同熱輸出量得到薄玻璃帶1中之不同實際(未量測)溫度，歸因於熱誘導之線性膨脹機制，其在薄玻璃帶中產生機械應力，該等機械應力在切割後仍部分存在於玻璃塊中。
根據本發明之步驟可以長期方式在滾轉式冷卻爐中及由此亦在輸送之玻璃帶中達成所要溫度分佈，得到相應地有利生產結果。
為實施根據本發明之步驟，有一系列可設想之實施例，其應首先結合以下主要示範性實施例來加以解釋：
第一示範性實施例
自圖1所獲得之此實例考慮到在相對於饋料方向呈橫向之一列中的設置於滾筒式輸送機上方(＝頂部)及下方(＝底部)之鄰近加熱器2(在此情況下係標記為Ca－Cb－Cc－Cd－Ce之加熱器)，亦即僅在加熱器Cc處具有一溫度量測儀3的加熱器2。此等加熱器係與一共用反饋迴路相關聯，該共用反饋迴路具有根據圖2之一控制圖，具有作為一實際值產生器之單一溫度量測儀3，具有一系統操作者設定於預定所要值之所要值產生器4，且具有一計算上述加熱器2之熱輸出量之總和P總 和 的調節器5，該等加熱器2之輸出量需要達成玻璃帶之相關區域中之所要溫度分佈且經識別具有由系統操作者所預設之數字f1 至f1 0 ，且該調節器將個別加熱器之控制變數Pca－Pce預設成設置於滾筒式輸送機上方的頂部加熱器2與設置於滾筒式輸送機下方之底部加熱器2兩者的熱輸出量總和P總 和 之固定部分。
數字f1 至f5 指示對於頂部加熱器2之相對於牽引方向呈橫向的成比例之輸出分佈"P"。總熱輸出係如下分佈至五個加熱器中：P C a 頂 部 ＝f 1 P 總 和 /(f 1 ＋f 2 ＋f 3 ＋f 4 ＋f 5 )P C b 頂 部 ＝f 2 P 總 和 /(f 1 ＋f 2 ＋f 3 ＋f 4 ＋f 5 )P C c 頂 部 ＝f 3 P 總 和 /(f 1 ＋f 2 ＋f 3 ＋f 4 ＋f 5 )P C d 頂 部 ＝f 4 P 總 和 /(f 1 ＋f 2 ＋f 3 ＋f 4 ＋f 5 )P C e 頂 部 ＝f 5 P 總 和 /(f 1 ＋f 2 ＋f 3 ＋f 4 ＋f 5 )
因子f6 至f1 0 指示底部/頂部輸出比(底部及頂部熱輸出量等於數值1)。
P C a 底 部 ＝f 6 P C a 頂 部 P C b 底 部 ＝f 7 P C b 頂 部 P C c 底 部 ＝f 8 P C c 頂 部 P C d 底 部 ＝f 9 P C d 頂 部 P C e 底 部 ＝f 1 0 P C e 頂 部
在試驗中，此示範性實施例得到如下所展示之所得具體熱輸出分佈：
所量測之溫度分佈係對應於預設。
此原則可基本上用於相對於饋料方向呈橫向設置之加熱器2的任何"列"。
第二示範性實施例
在第一示範性實施例之基本概念上的擴展提供另一可設想之實施例，其中相關調節器係基於玻璃帶1中間之實際溫度及玻璃帶1兩個邊緣處之實際溫度來計算一橫向列中之鄰近加熱器2的熱輸出量。
在加熱器Ba、Bc及Be中具有溫度量測儀3之標記為Ba－Bb－Bc－Bd－Be的加熱器係用作一實例。相關調節器係基於在此等位置處所量測之實際溫度及基於個別所要溫度來計算加熱器Ba、Bc及Be之熱輸出量。
圖3展示以類似於圖2中之控制圖的形式所體現之相關控制圖。三個實際值產生器3量測作為實際值的三個溫度。在三個所要值產生器4中，系統操作者根據所要溫度分佈預設三個相關所要溫度以及十個因子f1 至f1 0 。調節器5首先確定中間值P1 、P2 、P3 ，且基於其，如下來確定設置於滾筒式輸送機上方之加熱器2(Ba－Be)的個別輸出量P頂 部 ：P B a 頂 部 ＝P 1 P B b 頂 部 ＝f 1 P 1 ＋f 2 P 3 P B c 頂 部 ＝P 3 P B d 頂 部 ＝f 4 P 3 ＋f 5 P 5 P B e 頂 部 ＝P 5
因子f6 至f1 0 指示底部/頂部輸出比(底部及頂部熱輸出量等於數值1)。
P B a 底 部 ＝f 6 P B a 頂 部 P B b 底 部 ＝f 7 P B b 頂 部 P B c 底 部 ＝f 8 P B c 頂 部 P B d 底 部 ＝f 9 P B d 頂 部 P B e 底 部 ＝f 1 0 P B e 頂 部
據此，具備一反饋迴路及實際值產生器3之加熱器Ba、Bc、Be之部分輸出量對應於在個別反饋迴路中所確定之中間值P1 、P3 、P5 ，而不具備一實際值產生器之加熱器Bb及Bd的部分輸出量係由鄰近加熱器之中間值按比例來計算。因此，加熱器Bb之熱輸出量係基於加熱器Ba及Bc之熱輸出量以固定比率(f1 、f2 )來計算。相應地，加熱器Bd之熱輸出量係基於加熱器Bc及Be之熱輸出量以固定比率(f4 、f5 )來計算且藉助於反饋迴路中之相應控制變數來調節。因此，可能避免熱輸出量Ba、Bb與Bc或熱輸出量Bc、Bd與Be之間的不當差異，如以下由所得熱輸出分佈所指示，其同樣以經驗來記錄：
此原則可用於圖1中之任何橫向列或可與第一示範性實施例中存在之原則"混合"。
圖2及3中之加熱器反饋迴路係由習知構件來建構。調節器通常具有一用於計算熱輸出量之微處理器。
在上文所述之兩個示範性實施例中，加熱器反饋迴路之實際值係藉由一獨立實際值產生器3，例如藉助於以固定方式安裝於滾轉式冷卻爐中之一熱電偶或高溫計分別來預設。
然而，亦可設想不將溫度量測儀體現為一固定裝置，而替代性地將其體現成一高溫計，該高溫計相對於饋料方向橫向移動或以線性方式掃描且相繼偵測個別"列"中之局部溫度。圖4及5展示由此對於上文所描述之兩個示範性實施例所偵測之溫度曲線。
自溫度曲線之信號，一在高溫計之後設置之評估電路係以位置相依性方式藉由計算平均值得出根據圖2及3之反饋迴路的實際值。
因此，對於根據圖3之實施例2，根據圖4中之繪圖來確定三個實際值，亦即溫度曲線6之位置塊7a中的熱調節Ba之實際值、位置塊7b中之熱調節Be之實際值及位置塊7c中之熱調節Be之實際值。
對於根據圖2之實施例1，溫度曲線之中間溫度塊8中之熱調節Cc的單一實際值係以圖5中所示之方式相應地確定。
具有經量測之實際值預設的溫度調節並不絕對須在每一"列"中進行，或者，亦可包含控制圖以便自對一"列"所量測之實際值及基於其所計算之熱輸出量，對於在饋料方向上的一"列"之經量測之加熱器之後設置於一列中的其他加熱器經計算及預設成固定組件。因此，對於在根據第二實施例(圖3及4)所量測之"列"3之後的"列"D之加熱器的總輸出量PD , 總 和 係自以下關係式計算：P D 總 和 ＝f B ？ D ×(P1 ＋P3 ＋P5 )。
因此，根據第一實施例(圖2及5)所量測之列C的經計算之總輸出量PD , 總 和 係自以下關係式計算：P D , 總 和 ＝f C ？ D ×P 和 , C 。
在兩種情況下，預設因子fB ？ D 及fC ？ D 。
對列D所計算出之輸出量PD , 總 和 係根據圖2來劃分。
在滾轉式冷卻爐之熱區域中，已證明自前述經量測之"列"以數學方法得出僅一"列"之控制變數係適用的。在較冷區域中，經量測之列的結果可外推至若干隨後之列。
1．．．玻璃帶/平板玻璃
2．．．加熱器/加熱單元
3．．．溫度量測儀/實際值產生器/反饋迴路排列
4．．．所要值產生器/反饋迴路排列
5．．．調節器/熱調節器/反饋迴路排列
6．．．溫度曲線
7a,7b,7c．．．位置塊
8．．．中間溫度塊
圖1為一與以棋盤形圖案排列且根據本發明調節之加熱單元相關聯的經由滾轉式冷卻爐以箭頭方向輸送之玻璃帶的示意性俯視圖；圖2展示僅具有一個用於相對於輸送方向橫向延伸之所有一列加熱器之調節器的根據本發明之熱調節之第一實施例之控制圖的閉塞電路圖；圖3展示具有三個用於相對於輸送方向橫向延伸之所有一列加熱器之調節器的根據本發明之熱調節之第二實施例之控制圖的閉塞電路圖；圖4展示由一沿著列移動或掃描之溫度量測儀所量測之相對於輸送方向呈橫向之列上的溫度曲線及確定對於根據圖3之調節器之三個實際溫度值的圖；及圖5展示在類似於圖4之圖中對於根據圖2之調節器的僅一個實際溫度值之確定。
2．．．加熱器/加熱單元
3．．．溫度量測儀/實際值產生器/反饋迴路排列
4．．．所要值產生器/反饋迴路排列
5．．．調節器/熱調節器/反饋迴路排列

Claims (18)

  1. 一種用於平板玻璃(1)之滾轉式冷卻爐，其具有一容納於一爐外殼內部之滾筒式輸送機且具有加熱單元(2)，該等加熱單元成對排列於該滾筒式輸送機上方及下方，其相繼成列設置且相對於饋料方向橫向延伸，且與具備以位置相依性方式所量測之實際溫度值及預定相關之所要值的溫度調節器相關聯，其中提供一反饋迴路排列(3、4、5)，對於設置於該列中之一特定位置處的至少一對加熱單元(2)，該反饋迴路排列將預定此位置之區域中之溫度分佈所需之熱輸出量預設成控制變數來作為熱輸出量之預定部分，其係基於至少一個在該列中之不同位置處所量測之實際溫度值來計算。
  2. 如請求項1之滾轉式冷卻爐，其中對設置於一列中之所有加熱單元(2)僅提供一個僅具有一實際溫度值(3)之熱調節器(5)且包含該反饋迴路排列(5)之該調節器以便其計算該列之該等經組合之加熱單元(2)的熱輸出量之總和且將此總和之固定部分預定為該列之每個加熱單元(2)的控制變數。
  3. 如請求項2之滾轉式冷卻爐，其中在第一次常式中，該調節器(5)使用第一預設因子(f1 -f5 )以計算設置於該滾筒式輸送機上方之該等加熱單元(2)之熱輸出的個別部分且將此預設成控制變數；且在第二次常式中，該調節器(5)使用第二預設因子(f6 -f10 )以 計算及預設設置於該滾筒式輸送機下方之該等加熱單元(2)之熱輸出的個別部分。
  4. 如請求項2或3之滾轉式冷卻爐，其中該實際溫度值信號係與設置於該列中間之該加熱單元(2)相關聯。
  5. 如請求項1之滾轉式冷卻爐，其中對於設置於一列中之該等加熱單元(2)，提供一具有至少兩個調節步驟之反饋迴路排列(5)，其各自具有一個別經量測之實際溫度值。
  6. 如請求項5之滾轉式冷卻爐，其中提供三個調節步驟，其各自具有一個別經量測之實際溫度值；此等調節步驟中之一者與該等中間加熱單元(2)相關聯且經提供有一在該中間區域中所量測之實際溫度值，而另外兩個調節步驟係與該等橫向邊緣區域中之加熱單元相關聯且各自提供有一在該個別邊緣區域中所量測之個別實際溫度值。
  7. 如請求項5或6之滾轉式冷卻爐，其中該反饋迴路排列(5)之該等熱調節步驟計算直接與其相關聯之該等加熱單元(2)之熱輸出量且直接將其預設成控制變數；該反饋迴路排列(5)係基於鄰近的經調節之加熱單元(2)之該等熱輸出量之預設部分的總和來計算及預設設置於該等經調節之加熱單元(2)之間的該等加熱單元(2)之該等熱輸出量。
  8. 如請求項7之滾轉式冷卻爐， 其具有一設置於該滾筒式輸送機上方及下方之該等加熱單元的如請求項3之獨立調節。
  9. 3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中提供其實施例以用於在該饋料方向上相繼設置之加熱單元(2)之所有列。
  10. 2、3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中提供一以一經由固定方式安裝之熱電偶形式體現的溫度量測儀(3)以用於該實際溫度值的位置相依性偵測。
  11. 2、3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中提供一以一經由固定方式安裝之高溫計形式體現的溫度量測儀以用於該實際溫度值的位置相依性偵測。
  12. 2、3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中該溫度量測儀係以一高溫計之形式體現，其相對於該饋料方向橫向移動且以此來相繼偵測該等局部溫度。
  13. 2、3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中該溫度量測儀係以一高溫計之形式體現，其相對於該饋料方向橫向掃描且以此來相繼偵測該等局部溫度。
  14. 如請求項12之滾轉式冷卻爐，其中該溫度量測儀具有一評估階段，該評估階段藉由計算該個別位置之該區域中的該經偵測之溫度信號之平均值來預設該等位置相依性實際溫度值。
  15. 3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中包含該調節器(5)以便基於分別對於一列所計算出之該等熱輸出量，其將該等加熱單元之該等熱輸出量預設成該控制變數之預定部分，該等加熱單元係在該等經量測之加熱單元之後設置於該饋料方向上之至少一列中。
  16. 3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其具有一用於輸送一具有不大於1.2mm之厚度之平板玻璃的滾筒式輸送機。
  17. 如請求項16之滾轉式冷卻爐，其具有一用於輸送一具有不大於0.8mm之厚度之平板玻璃的滾筒式輸送機。
  18. 3、5及6中任一項之滾轉式冷卻爐，其中該平板玻璃係以一連續玻璃帶之形式體現。
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