СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕЧИ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКИ
METHOD AND DEVICE FOR OPTIMAL USE OF FURNACE FOR CERAMIC TILES

Область техники
Изобретение касается печей для обжига керамических плиток и, в частности, управления качеством обрабатываемой в этих печах продукции.
Уровень техники
Положительный результат обжига плиток в печах, известных как туннельные обжиговые печи, почти исключительно зависит от соблюдения продольной температурной кривой, поддерживаемой в каждом поперечном сечении печи по всему ее объему.
В данном контексте термин продольная температурная кривая означает кривую изменения температуры в направлении продвижения плиток, т.е. в направлении, параллельном оси печи.
Обжиговые печи, к которым относится данное изобретение, включают в себя рольганг для транспортировки материала, расположенный в туннельной конструкции, имеющей боковые стенки, а также два комплекта горелок, направленных в сторону оси печи и расположенных на боковых стенках по всей длине печи. Один комплект горелок находится над рольгангом, другой - под ним, причем каждый комплект имеет чередующиеся горелки первого типа, известные как радиальные горелки и предназначенные преимущественно для нагрева зоны вблизи от боковых стенок, и второго типа, известные как аксиальные горелки, и предназначенные преимущественно для нагрева средней зоны печи.
В конечной части печи, в непосредственной близости от выхода обрабатываемого материала, имеется устройство для быстрого охлаждения плиток. Это устройство состоит из различно ориентированных сопел, распределяющих холодный сжатый воздух, который подается источником сжатого воздуха, например осевым или радиальным вентилятором.
От продольной температурной кривой зависят все показатели качества продукции, например плоскостность плиток, выходящих из печи, и правильность их размеров.
В известных из уровня техники решениях описаны процессы, которые позволяют автоматически поддерживать постоянство продольной температурной кривой даже при существовании перерывов в загрузке. Это обеспечивает поддержание качества продукции в коммерчески приемлемых пределах.
В известных процессах корректировка температурной кривой осуществляется в режиме обратной связи путем воздействия на горелки, обогревающие обжиговую печь; т.е. вмешательство в нагревательный тракт печи происходит на основании дефекта, обнаруженного в продукции после ее выхода из печи.
Известные процессы обеспечивают определенные результаты в устранении отклонений по размеру, однако они оказались не соответствующими требованиям в отношении отклонений по плоскостности.
Также было установлено, что известные процессы имеют ограничения в отношении отклонений по размеру в случае увеличения поперечных размеров обжиговой печи.
Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства с обратной связью для регулирования туннельной обжиговой печи в соответствии с качеством продукции, определяемым на выходе из печи.
Как было сказано выше, что касается устранения отклонений по размеру, регулирование температуры в печи над плоскостью рольганга и под ней обеспечивает некоторый положительный результат, однако в отношении плоскостности такого положительного результата отмечено не было.
Это связано с тем, что плитки, вследствие их пластичности при высокой температуре обжига, проявляют склонность к релаксации на рольганге под действием собственного веса, что обусловливает их не очень высокую чувствительность к разности температур над плоскостью рольганга и под ней.
Плитки проявляют тенденцию к усадке, усиливающуюся по мере повышения температуры обжига. Эта усадка обусловлена выделением газов и залечиванием пор в процессе частичного спекания, так что контроль температуры в поперечном сечении печи дает хорошие результаты по поддержанию размеров плиток на коммерчески приемлемом уровне даже вблизи от стенок обжиговой печи.
Отклонения по плоскостности, выявляемые на выходе из печи, возникают также, причем преимущественно, в зоне быстрого охлаждения и могут быть приписаны разной усадке материала в частях плитки, расположенных ближе к ее верхней и нижней поверхности.
Чем больше коэффициент термического расширения материала в вышеуказанных областях, тем сильнее сокращение в размерах во время охлаждения.
В связи с этим изобретение заключается в воздействии на коэффициент расширения материала с целью оказания влияния на плоскостность плитки.
Коэффициент расширения материалов, имеющих стекловидный компонент, т.е. таких как материал керамических плиток, существенно возрастает при понижении скорости охлаждения.
В соответствии с этим упомянутое воздействие должно быть осуществлено через влияние на скорость охлаждения на стадии быстрого охлаждения, но это влияние должно быть разным для верхней и нижней поверхности плитки.
Это позволяет достигнуть цели изобретения благодаря сочетанию признаков, перечисленных в независимом пункте 1 формулы изобретения, касающемся способа, и независимом пункте 35 формулы изобретения, касающемся устройства.
Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам реализации изобретения.
Раскрытие изобретения
0
По сути дела, способ согласно изобретению включает в себя экспериментальное определение оптимума продольной температурной кривой СТ обжига в зависимости от обрабатываемого материала, а также от размеров и характерных особенностей каждой партии плиток, подвергаемых обжигу.
В соответствии с вышеупомянутой кривой в начале операции обжига очередной партии материала тепловые энергоблоки обжиговой печи настраиваются на определенный режим нагрева и охлаждения.
IST
В течение всего процесса обжига материала осуществляется мониторинг внутреннего пространства печи с регистрацией в дискретных критических точках следующих параметров: температуры Т вдоль оси печи и, по меньшей мере, у одной из боковых стенок вдоль линии, параллельной оси, при этом оба измерения осуществляются над рольгангом и под ним.
IST
В различных секциях печи отклонения ΔТ отслеживаемой температуры Т от находящейся в памяти оптимальной кривой запоминаются и передаются в процессор, управляющий печью, который производит первую корректировку тепловых энергоблоков с целью поддержания значений в пределах допустимого диапазона.
С установленным заранее интервалом на выходе печи производится контроль плоскостности и размеров каждой плитки из находящихся в одном выходящем ряду.
В частности, предусмотрены две группы контрольных средств: первая группа - для контроля плоскостности и вторая - для контроля размеров.
Измеренные данные сравниваются со стандартными, находящимися в памяти значениями, типичными для каждого вида продукции. В результате сравнения определяется отклонение от предварительно заданного диапазона, и сигнал о типе отклонения подается процессору. Процессор, согласно заложенной в него программе, изменяет затем питание горелок и устройств подачи охлаждающего воздуха, что оказывает влияние на отклонение.
В частности, процессор, как минимум, снабжен:
- первой памятью, содержащей наиболее часто встречающиеся стандартные дефекты плиток, определенные статистически;
- второй памятью, содержащей поправки температур обжига и охлаждения, внесенные для уменьшения дефектов любого типа;
- программой для установления связи обнаруженных дефектов с дефектами, хранящимися в первой памяти, и для быстрой подачи команды горелкам и источникам охлаждающего воздуха с целью достижения адекватного уменьшения величины обнаруженных дефектов в соответствии с данными, содержащимися во второй памяти.
Аппаратура, относящаяся к сфере изобретения, включает в себя все средства, необходимые для осуществления действий по корректировке процесса.
Краткое описание чертежей
Корреляция между стандартными дефектами плиток после обжига и изменениями, подлежащими внесению в кривые обжига, прояснится более отчетливо при рассмотрении приведенных ниже примеров, проиллюстрированных прилагаемыми иллюстративными материалами (чертежами), приведенными в качестве частных примеров.
Фиг.1 представляет собой горизонтальную проекцию плоскости рольганга печи с горелками и устройствами для генерации охлаждающего воздуха, расположенными выше плоскости рольганга.
Фиг.2 представляет собой горизонтальную проекцию плоскости рольганга печи с горелками и устройствами для генерации охлаждающего воздуха, расположенными ниже плоскости рольганга.
Предпочтительный способ реализации изобретения
На чертежах показана плоскость рольганга (1), по которому плитки продвигаются слева направо в плоскости рисунка.
Выше и ниже плоскости рольганга расположены аксиальные горелки (2, 20, 3 и 30) известного типа, предназначенные для обогрева средней зоны печи, и радиальные горелки (4, 40) известного типа, предназначенные для обогрева зон возле боковых стенок печи.
Горелки ориентированы в сторону боковых стенок печи, причем горелки на одной стенке расположены в шахматном порядке относительно горелок на противоположной стенке. Аксиальные горелки (2) и (20), находящиеся возле входа печи, предназначены для предварительного нагрева плиток, тогда как обжиг плиток осуществляется с помощью горелок (3), (30), (4) и (40).
Быстрое охлаждение плиток начинается после горелок (4) и (40) в результате подачи холодного воздуха (комнатной температуры) через сопла, направленные в сторону плоскости рольганга. Сопла расположены на двух верхних (5) и (6) и двух нижних (50) и (60) поперечных коллекторах, а также на двух продольных коллекторах (70), параллельных оси печи и находящихся ниже плоскости рольганга.
Желательно, чтобы каждый коллектор был соединен с источником охлаждающего воздуха, независимым от источников, питающих другие коллекторы.
Горелки (2), (20), (3), (30), (4) и (40) соединены по отдельности или попарно с центральным процессором Р (не показан на чертеже), который управляет работой печи и подает команды на питание каждой из горелок топливом и воздухом для сжигания топлива.
Источники охлаждающего воздуха для коллекторов (5), (50), (6), (60) и (70) индивидуально соединены с тем же процессором Р, который управляет также и рабочим давлением каждого из них.
Датчики температуры в печи (11) и (11а) расположены выше плоскости рольганга по оси печи и возле боковых стенок, соответственно.
Датчики температуры (110) и (110а) расположены ниже плоскости рольганга по оси печи и возле боковых стенок, соответственно.
Поперечные ряды плиток, поступающих в печь, перемещаются по очереди транспортером 8, ось которого перпендикулярна оси обжиговой печи. В результате этого формируются отдельные ряды плиток 81.
Первое измерительное средство (10) предназначено для контроля отклонений по плоскостности и расположено над транспортером (8), а второе измерительное средство (9) известного типа служит для контроля отклонений по размеру и тоже расположено над транспортером (8). Оба средства соединены с центральным процессором Р, где регистрируются сигналы по каждому отклонению (дефекту).
Стандартные дефекты, хранящиеся в памяти процессора, и соответствующие меры по их устранению перечислены ниже.
А. Большой размер или малый размер
Это случай, когда размеры изделия больше или меньше требуемого. Дефект такого рода устраняется путем повышения или, соответственно, понижения температуры пламени горелок (3), (30), (4) и (40) на 1-5°С по обе стороны плоскости рольганга.
Повышение температуры пламени ведет к уменьшению размеров изделия.
Б. Эффект трапецеидального удлинения стороны, близкой к стенке печи
Этот дефект устраняется путем повышения температуры пламени радиальных горелок (4) и (40) по обе стороны плоскости рольганга.
В. Эффект трапецеидального укорочения стороны, близкой к стенке печи
Этот дефект устраняется путем понижения температуры пламени горелок (4) и (40).
Г. Равномерно вогнутая форма - направленная вверх вогнутость
Этот дефект устраняется посредством оказания воздействия в зоне быстрого охлаждения. Давление охлаждающего воздуха понижается в коллекторах (50) и (или) (60) и повышается в коллекторах (5) и (или) (6). Температура пламени горелок (30) и (40), расположенных ниже плоскости рольганга, одновременно повышается, в то время как температура пламени горелок (3) и (4), расположенных выше плоскости рольганга, понижается в зоне окончания обжига.
Д. Вогнутая форма в плоскостях, перпендикулярных плоскости рольганга
Этот дефект устраняется различными способами в зависимости от материала плиток.
В случае однократно обжигаемых белых и красных плиток или глазурованных керамических плиток температура пламени горелок (20) и (30), расположенных ниже плоскости рольганга, понижается в зоне предварительного нагрева и в начале зоны обжига, тогда как температура пламени горелок (2) и (3) над плоскостью рольганга повышается. Одновременно в начале зоны быстрого охлаждения давление в коллекторах (50) и (или) (60), расположенных ниже плоскости рольганга, понижается, а давление в коллекторах (5) и (или) (6) над плоскостью рольганга повышается.
В случае монопористых или дважды обжигаемых плиток в зоне окончания обжига температура пламени горелок (3) и (4) над плоскостью рольганга понижается, а температура пламени горелок (30) и (40) ниже плоскости рольганга повышается на такую же величину.
Одновременно давление в нижних коллекторах (50) и (или) (60) в начале зоны быстрого охлаждения понижается, а давление в верхних коллекторах (5) и (или) (6) повышается.
Е. Вогнутая форма в плоскостях, параллельных плоскости рольганга
Этот дефект устраняется посредством различных воздействий в зависимости от материала плиток.
В случае однократно обжигаемых белых и красных плиток, а также глазурованных керамических плиток давление в нижних коллекторах (50) и (или) (60) понижается, а в верхних коллекторах (5) и (или) (6) повышается на ту же величину.
В случае монопористых и дважды обжигаемых плиток в зоне предварительного нагрева температура пламени горелки (20) понижается (ниже плоскости рольганга), а горелки (2), расположенной выше плоскости рольганга, повышается на ту же величину.
Одновременно в начале зоны быстрого охлаждения давление в нижних коллекторах 50 и (или) (60) повышается, а в верхних коллекторах (5) и (или) (6) повышается на ту же величину.
Ж. Равномерно выпуклая форма - направленная вниз вогнутость
Этот дефект устраняется путем различных воздействий в зависимости от материала.
В случае однократно обжигаемых белых и красных плиток, а также глазурованных керамических плиток в начале зоны быстрого охлаждения давление в нижних коллекторах (50) и (или) (60) повышается, а в верхних коллекторах (5) и (или) (6) понижается на ту же величину.
Одновременно в зоне окончания обжига температура пламени нижних горелок (30) и (40) понижается, а верхних горелок (3) и(4) повышается на ту же величину. Далее и так же одновременно в начале зоны обжига температура пламени горелок (30), расположенных ниже плоскости рольганга, повышается, а горелок (3) выше плоскости рольганга понижается на ту же величину.
В случае монопористых и дважды обжигаемых плиток температура пламени горелки (3) над плоскостью рольганга понижается в начале зоны обжига, тогда как у горелок (3) и (4) в конце зоны обжига температура пламени повышается.
Ниже плоскости рольганга температура пламени горелок (30) повышается в начале рольганга (в начале зоны обжига), а в конце рольганга (в конце зоны обжига) температура пламени горелок (30) и (40) понижается.
В начале зоны быстрого охлаждения давление в нижних коллекторах (50) и (или) (60) повышается, а в верхних коллекторах (5) и (или) (6) одновременно понижается.
З. Выпуклая форма в плоскостях, перпендикулярных плоскости рольганга
Для уменьшения этого дефекта температура пламени горелок (20) и (30) повышается в зоне предварительного нагрева и в начале зоны обжига ниже плоскости рольганга, тогда как температура горелок (2) и (3) над плоскостью рольганга понижается.
Одновременно давление в коллекторах (50) и (или) (60) ниже плоскости рольганга повышается, а давление в коллекторах (5) и (6) над плоскостью рольганга понижается.
И. Выпуклая форма в плоскостях, параллельных плоскости рольганга
Этот дефект устраняется различными способами в зависимости от типа материала.
В случае однократно обжигаемых белых и красных плиток, а также глазурованных керамических плиток в начале зоны быстрого охлаждения давление в нижних коллекторах (50) и (или) (60) повышается, а в верхних коллекторах (5) и (или) (6) понижается на ту же величину.
В случае монопористых и дважды обжигаемых плиток температура пламени горелки (2) над плоскостью рольганга в зоне предварительного нагрева понижается, тогда как у горелки (20), расположенной ниже плоскости рольганга, температура пламени повышается на такую же величину.
В начале зоны быстрого охлаждения давление в нижних коллекторах (50) и (или) (60) повышается, а в верхних коллекторах (5) и (или) (6) одновременно понижается на ту же величину.
К. Выпуклая форма изделий, находящихся возле стенок печи
Если выпуклость ограничена изделиями возле стенок печи в начале зоны быстрого охлаждения, то давление в коллекторах (70) понижается.
Регулировку температуры и давления, как в сторону повышения, так и в сторону понижения, желательно проводить в каждом случае одинаковыми дозами или кратными им величинами, так что после небольшого числа повторных воздействий печь выходит на требуемый режим и обрабатываемые плитки оказываются в коммерчески допустимом диапазоне показателей качества.