微電腦自動控制環型旋轉式節能烤花隧道窯的研發

摘要：本文主要針對烤花隧道窯所存在的問題，研發出一種新型實用環型旋轉式節能烤花隧道窯。

關鍵詞：烤花隧道窯；問題；研發；應用

1 前言

近年來，陶瓷工業窯爐發展十分迅猛。微電腦自動控制環型旋轉式節能烤花隧道窯具有低能耗、低污染、高效率、運行靈活、操作方便、造價低、占用場地少等優點。因此，贏得各中、小型陶瓷產品烤花加工廠家的喜愛。

2 烤花隧道窯所存在的問題

為對新型烤花窯爐的設計有較明確的目標，筆者組織了一個科研小組對當前較常用的烤花隧道窯進行全面的調查與分析。經分析，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膽為普通低鋁輕質磚，中間夾一層保溫棉，外壁封普通鐵皮。由于普通低鋁輕質磚含泥量高，同時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，要達到燒成的額定溫度，一般需要10h左右，造成能量消耗嚴重。

2.2窯內上、下溫差大

窯內上、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排列，底部無加熱火槍。根據熱傳遞原理，熱總是上升的，這樣窯的頂部溫度高而下部溫度低；另一方面由于測溫熱電偶裝在窯的頂部，因而只能測到窯內頂部溫度，而測不劍下部的溫度，因此所測的溫度值與窯內的實際溫度偏差很大。溫差大導致產品生產速度慢、合格品率低。

2.3占用場地大

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，兩側墻壁厚度為126cm，總寬度約206cm，因而工作場地較浪費。

2.4建成進度慢

窯體由普通低鋁輕質磚、高鋁粉加保水劑作粘合劑組成。如果粘合劑真正要凝固，需要相當長的時間，從而大大影響建造速度。一般建造一座長30m的輥底烤花隧道窯需要約3個月的時間。

2.5操作靈活性差，產品質量不穩定

烤花隧道窯燒成調節為手工操作，加上普通低鋁輕質磚要吸收一定熱能，存在升溫依賴性，燒成產品稍改變，就必須調節液化氣的壓力和空氣的配比。要達到所需要的工作溫度，需要調整較長的時間，導致出產量低、產品質量不穩定。

3 新型窯爐的研發

針對烤花隧道窯所存在問題，根據國內目前中小型陶瓷烤花加工廠的迫切需求，通過分析與研究，成功研發出環型旋轉式節能自動控制烤花隧道窯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。

現以φ10m明焰燒成的微電腦自動控制環型旋轉式節能烤花隧道窯進行論述。

3.1主要技術性能和參數

（1）有效工作直徑：φ10m；

（2）有效工作截面：50cm×50cm；

（3）工作方式：連續可調；

（4）額定工作溫度：850℃；

（5）燒成時間：2.5～4h/周（視產品而定）；

（6）窯內溫差：±3℃；

（7）控制方式：自動控制；

（8）燃料：石油液化氣。

3.2窯體結構

1）窯體

窯體的多個支架由10#槽鐵焊接成龍門架，外殼為403#不銹鋼板封制，使整座窯的結構穩定，外形美觀。內膽為12cm厚度的硅酸鋁纖維棉交錯粘合外面，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。外殼在窯連續工作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型。

3）窯車

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

4）傳動自動控制系統

傳動系統由P₉₀₉型微電腦PID溫度檢測控制儀、調速器、齒輪、皮帶等組合而成。其中PID溫度檢測控制儀當檢測溫度達到設定燒成溫度時，發出指令，傳動系統接到指令后開始工作；當檢測溫度低于設定燒成溫度時，發出指令，使傳送系統停業工作，從而達到傳送自動控制。它是確保產品燒成質量的重要環節之一。

4 燃料與控制

4.1燃燒系統的改進

該窯選1槍多點射出火槍（自制），火槍多點分布式控制面較寬，死角少，具有燒成曲線分布合理、產品受熱均勻，不開裂、熱能利用率高、產品質量好等優點。特別是對鉛、鎘溶出量要求高，旗紅、寶石紅等產品燒成更理想。石油液化氣輸送至氣化桶，再經減壓閥門、電動執行器供給火槍。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，且氣壓不穩定，從而影響燒成溫度。為解決此問題，筆者公司專門設計了一個換熱器，并裝于窯內尾端，利用窯內余熱，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，從而提高產品的質量和生產量。

在烤彩燒成過程中，產品不能直接接觸火焰，即不能明焰燒成，但又要解決窯內上、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，在旋轉窯上，用耐火磚柱作主柱，上面加上一層耐火不銹鋼網，再布上一層平面瓦片。這樣既能隔焰，又使導熱性能好。但由于瓦片急冷急熱性能差、易開裂，運行不到一個月，出現了局部有火焰直接接觸產品的表面，出現有破花和顏色不鮮艷等問題。為解決此問題，經過多次試驗發現，可用碳化硅板取代。自從隔焰板改為碳化硅板投入運行至今，效果較好，且從來沒有發現有火焰影響產品燒成現象。

經過火槍布局的改造，窯車底部加裝隔焰裝置，使窯內上、下溫差得到徹底解決，從而大大提高生產速度和產品合格率，合格率從原來85%左右，提高到95%，經濟效益大大提高。

4.2排煙系統

烤花加工排水、排碳是關鍵。水份排放速度太快會造成花面破花現象；排碳速度太慢，排不干凈直接影響產品花面的光亮度。為減少環境的噪音不采用引風機，但要增加預熱帶的長度，增大主煙囪的口徑和高度，再設輔煙道，且輔煙道開設多個排氣口，使預熱升溫曲線合理。這樣既解決緩慢排水和加快排碳氣，又能提高產品的燒成質量。

4.3溫度自動控制系統

燒成溫度自動控制系統如圖1所示，即先在P₉₀₉型微電腦PCD溫控儀設定燒成溫度后，當檢測到窯內實際溫度低于設定的溫度值后，發出指令給傳送系統，傳送系統接到此指令后立即停止傳送。同時，該指令發送給氣壓電動執行閥門，使之馬上給窯內補給氣壓，至窯內達到設定溫度。當檢測到窯內達到設定溫度，發出指令，當傳送系統接收到該指令后，傳送系統馬上工作。當檢測到窯內溫度超出設定值，發出指令給氣壓電動執行閥門，氣壓電動執行閥接到該指令后，馬上降低窯內的工作氣壓，從而使燒成溫度恒定。如此循環控制，確保了產品的燒成質量、節約了能源、降低了勞動強度。由于環型旋轉式節能自動控制烤花隧道窯具有溫度自動控制、傳送自動控制、傳送速度可調，從而窯爐適應高、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 實例

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

由表1可知，環型旋轉式節能自動控制烤花隧道窯具有產量高、質量好、空間利用率高、操作方便、裝窯靈活、勞動強度低（裝、拆、燒只需2人），占用場地少（只需12m×12m地型）、無噪音、資金投入少、能耗低、建成速度快、故障率低等優點。

6 結語

環型旋轉式節能自動控制烤花隧道窯比普通烤花隧道窯具有更多的優勢。因此，它獲得越來越多的廠家的歡迎，應用前景較好。