近年來,機器人或機器手陶瓷燒成窯爐,由于自動化程度高、窯內溫差小及節能效率高特點,正在成為各國陶瓷行業首選的技術,并正在得到大規模普及。采用機器人陶瓷燒成技術可以燒成日用瓷、藝術瓷、建筑瓷、衛生瓷以及電瓷等各種陶瓷產品。過去由于常規的陶瓷燒成方法,幾乎都是采用肉眼的觀察方法及簡單的儀表顯示或經驗進行操作管理,從而導致燒成管理的經驗化與不確定化,出現了燒成產品合格率較低;產品質量缺陷多;耗能高及人工費用的增大等問題。
近來歐美各國及日本等國家陶瓷行業普遍采用的全自動機器人控制梭式窯爐,成功地解決了上述問題,使陶瓷燒成成本大幅度降低,產品利潤提高。其中日本專業窯爐公司高砂公司與諾里蒂克公司生產的機器手全自動燒成控制裝置,因為具有較高的科技含量,容易操作與實施起來見效快等特點,頗引人注目。
目前發達國家陶瓷員工不愿從事夜間生產操作,也由于企業對夜間操作員工工資支出居高不下,提高了生產成本,西方國家的陶瓷企業早已經取消“三班制”生產,由此導致間歇式全自動化大型乃至超大型梭式窯爐得到更加的普及。隨著科技進步與現代化生產方式要求,機器人全自動陶瓷燒成方法將是我國我未來幾年內發展的方向之一。現將機器人操控陶瓷燒成控制有關裝置與技術要求作以下介紹。
傳統窯爐燒成陶瓷若實現機器手自動化燒成,采用的機器人必須具備以下功能:操作系統,能夠自動控制窯內溫度與氣氛的功能,能夠具備自動降低溫度與氣氛誤差的控制功能;為實現各種燒成曲線,窯爐必須具備自由設定燒成程序的軟條件功能;梭式窯自動控制設定的自由操作度高,設定與改變的操作要簡單、方便,以使梭式窯在全自動控制中做到在燒成啟、停止燒成及燒成工序自動化過程中確保燒成工藝達到預期目的等各項要求。為使梭式窯燒成方式實現全自動化控制,必須注重以下技術問題:
1.燃料問題:不同的氣體燃料,其發熱值不同,故須對噴槍從噴射角度、火焰長度、助燃風量配比,都作精密地調整,使梭式要的自動化控制能夠滿足高、中、低溫,流量大、小有機地控制及。能夠自動使燃料與空氣中的氧急劇化合而生產熱和光實現充分燃燒。這樣能保證爐膛內達到預期的高溫度。使梭式窯燃燒室溫度逾高,燃燒反應逾安全,得到準確控制。
2.梭式窯內燃料燃燒時,必須充足的氧氣助燃,所需氧氣量均依據完全燃燒的理論空氣用量的基礎上進行全自動調節。
3.梭式窯全自動燒窯時應該能夠根據產品所需要氣氛,燃料性質,燒成溫度高低等因素來自動燒成選擇空氣過剩系系數的大小。
4.自動控制梭式窯能夠時時進行精密測量與儀器調節控制,實現根據空氣過剩系數值來判斷窯內的氣氛。利用煙氣分析的數據或靠空氣過剩系數的計算公式進行自動計算,依靠電腦自動調節。氧化焰燒成要保證燃料完全燃燒;還原焰燒成要保證燃料完全燃燒;還原焰燒成時則應該滿足制品的還原要求。從而使梭式窯燒成既保證窯內需要氣氛,由能夠減少煙氣帶來的熱損耗,提高燃燒效率與產品的成品率。
現在,國外的全自動梭式窯爐自動升溫控制裝置由計測、控制、操作三部分組成。下面分別加以介紹。
1.窯內溫度與氣氛計測部分:全自動梭式窯的計測部具有能夠連續自動測定窯內溫度與燒成氣氛的功能。它在窯爐內的上、下部位各安裝有幾只熱電偶,用于檢測出窯內最高與最低溫度。較大的梭式窯內有時要采用5—8只熱電偶或更多的熱電偶,以便能夠精確地時時測出窯內溫度,了解不同部位的溫差。其次利用氣氛分析儀可以了解窯內的燒成火焰氣氛。在控制還原焰燒成時,采用紅外線吸收方式的CO氣體分析儀。同時選擇能夠代表窯內氣氛的部位使用探測器抽樣測定窯內的燃燒氣體。
另外,燃燒氣體中含有大量的水分,對窯內氣體測定干擾很大,必須是使用冷卻設施予以排除。這樣自動化計測裝置中實際上具備了抽樣測定與樣品冷卻雙重作用于功能。上述信息與信號反饋回控制盤后,再通過電腦進行自動化調節,對燒成中的狀況進行干預與有效調整。
2.窯爐燒成控制部分:全自動梭式窯爐燒成控制部分,是由燒成控制裝置、燒成記錄儀與操作控制盤三部分組成。這里窯爐燒成控制裝置是該裝置的核心。記錄儀可以連續記錄窯內最高、最低溫度與CO濃度。控制盤則用于容納以上儀器。
梭式窯自動化控制裝置由燒成程序信號傳輸器、窯內溫度調節器、窯內氣氛[CO]調節器以及燒成程序控制裝置所構成。這類儀器是作為燒成控制專用的電子演算儀器,是專門為該裝置研制的固態數字組合元件,按照組合方式裝在控制裝置內。
在控制盤中,使用了一種封閉型機殼,里面容納有所有控制系統的儀表、運轉開關及指示燈。當燒成程序的信號傳輸器發出信號時,即可以自動控制通過儀器控制整個燒成操作的運轉,并可以設置于產生窯煙燒成現場。
3.全自動機器手陶瓷燒成的窯爐操作部分:該操作部位由隸屬于電腦控制的可以調節燃料氣體量的自動氣閥和調節窯內氣流的煙道斷路器,及其驅動器組成。自動氣閥屬于設置在燃料氣體管道的煤氣壓力調節閥門。窯爐的操作部分均依據控制操作信號實現增減噴嘴前供氣的氣體壓力,用于調節燃料氣體的流量。不過載自動氣閥上也安置有人工操作手工制動器閥,以備應急使用。
自動化煙道斷路器主要用于增減設置在煙道下部的煙氣氣流的斷路器[即空氣進入口]的開閉程度,使窯內氣流發生變化并調節燃燒用二次空氣的進入量。該斷路器系一塊能夠上下自動移動的滑動式煙道閘板。當控制部發出操作信號時,斷路器啟動裝置即開始自動工作,通過斷路器可以按照事先確定好開度調整與固定煙道閘板來控制生降溫與窯內燒成火焰氣氛。
全自動梭式窯控制裝置的操作運作,由于依靠了全性能高的電腦指揮系統,故能夠準確地測出窯內溫度、溫差及窯內CO濃度,并使其數值依照設定的燒成程序進行調解變化,因此,自動化控制中的所有程序按照窯內溫度變化進行調整。
機器人燒成程序的自動測定與信號傳輸:燒成程序與窯內狀態和燒成時間密切相關,因此燒成程序的自動化管理是燒成程序管理的關鍵所在。全自動化控制燒成體系由窯內升溫程度、CO濃度程序、斷路開關程序三部分組成。只要將程序設定旋鈕旋轉至刻度盤指示的“連續可變度盤式設定方式”上時,即可完成上述程序設定。該方式具有設定操作簡便,且能夠自由選擇精度高程序圖形等特點。
在發出連續變化的程序信號時,要比原來多使用一種機械程序,即將特殊形狀的凸輪與記錄紙按照鐘表原理進行轉動。還有一種以窯內溫度基準進行程序管理的程序,窯內升溫程序可由5個基準溫度及5種升溫率進行設定。從升溫信號中選擇對應當時窯溫信號后,變成脈沖信號,再由脈沖計數器和交換器組成的程序信號傳輸器變成連續變化的升溫程度信號。該輸出方式管理依據于窯溫變化進行,它較之鐘表式信號傳輸更能夠或得最佳的燒成升溫曲線。采用數字化信號。該輸出方式管理依據于窯溫變化進行,它較之鐘表信號傳輸更能夠獲得最佳的燒成升溫曲線。采用數字化信號處理器無須改變控制模塊的多余操作即能夠完成自由變換或修改自動升溫程序。可以自動解決噴嘴失火、急升溫時的燃料浪費等問題。便于控制窯內溫差及瓶抑窯內上下溫差。對CO濃度的控制效果也最好。
全自動梭式窯陶瓷燒成程序即能夠安全地進行全自動燒成,又能進行可靠的燒成控制。除最初噴嘴點火與啟動操作外,其它一切操作均依照程序設定進行。當按下“啟動”按鈕后,啟動控制即開始工作,全自動地調整自動供氣閥與煙道斷路器的開度,開始實施燒成。接著隨著窯內溫度上升,根據窯內最高與最低溫度點自動變換燒成工序。從焙燒轉變到還原焰燒成時,自動化燒成基于窯內最高溫度基數調整;從還原到進一步升溫時則依據于窯內最低溫度進行自動調控。梭式窯停燒基于窯內最低溫度進行。在升溫的工序結束同時,實現全部關閉自動氣閥,自動熄滅噴嘴火焰,即圓滿完全陶瓷燒成過程。全自動梭式窯控制系統還配備有對燒成進行安全控制的系統功能設置。萬一在燒成自動調節過程中出現異常過故障時,電腦的自動化系統可以自動發出警報信號,機器手完全能夠在發生偶然停電時也能夠使燒成繼續進行,實現準確的自動化操作。
實踐證明采用機器人(手)全自動化燒制陶瓷技術,其燒成時間比人工方式節約15%-20%以上;燃料氣體可以節約20%以上;而且產品的質量獲得大幅度提高。顯示出十分明顯的經濟效益與廣闊的推廣前景。目前歐美及日本等發達國家陶瓷行業采用高科技技術,已經能夠建造高達數百立方米有效燒成體積的特大型或超大型全自動控制梭式窯爐。這類先進的機器人(手)全自動窯爐在減輕員工工作強度、提高產品燒成質量的同時,還由于配備了高效節能設施,大幅度降低了燒成成本,顯示出良好的發展前景。