宋書興

（法孚斯坦因冶金技術(shù)（上海）有限公司 上海 201901）

0 引言

智能制造成為工業(yè)進步的新動力，工業(yè)4.0成為各國家優(yōu)先發(fā)展的策略。退火窯作為玻璃生產(chǎn)的主要設(shè)備，各專業(yè)公司都投入了大量人工和財力，將智能退火窯的設(shè)計和應(yīng)用提供到一個嶄新的水平，通過硬件和軟件的實際和提升，全新的智能退火窯已經(jīng)開始在浮法生產(chǎn)線上應(yīng)用，而智能退火窯已經(jīng)實現(xiàn)智能控制，取代了傳統(tǒng)退火窯靠工程師和技術(shù)工人控制模式。

退火窯是熱工設(shè)備，其工作原理是浮法玻璃在每個設(shè)計區(qū)域里，玻璃板降溫梯度，橫向溫度以及上下溫度被控制在工藝設(shè)計溫度范圍內(nèi)，工藝上稱其為玻璃板三維溫度可控，玻璃板按照設(shè)計的溫度經(jīng)過退火窯，由600～700 ℃高溫冷卻到70～90 ℃，殘余應(yīng)力被控制在工藝設(shè)計范圍內(nèi)，所以，控制溫度的手段成為智能退火窯的設(shè)計目標。

1 檢測溫度裝置的選擇和定位

目前世界范圍內(nèi)最常用的檢測溫度裝置是熱電偶，但熱電偶檢測點距離玻璃100 mm左右，不能準確反映玻璃實際溫度，部分退火窯配置點式紅外測溫儀來提高檢測溫度的精度，但紅外檢測不能布置在玻璃板下和高成本限制了點式紅外儀的發(fā)展。

目前成功的方法是熱電偶和紅外測溫儀同時使用，如圖1所示。

編程軟件方面，同一區(qū)的紅外和熱電偶測溫溫度可以平滑切換，切換到另一種測量方式時以當時顯示溫度為標準溫度，保證溫度平滑切換。不管哪種測量方法都可能突然失靈，軟件編程會設(shè)定合理溫度范圍，當溫度顯示超出后不顯示溫度時，溫度控制會以相鄰溫度的平均溫度進行控制并報警。

2 冷卻玻璃板的主要手段

冷卻玻璃的主要手段為空氣，更多的性能可靠使用自控閥調(diào)節(jié)，每個控制閥都和溫度或壓力檢測裝置構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)工藝要求，軟件內(nèi)會給定溫度或壓力，控制閥通過調(diào)整冷卻空氣的流量來保證工藝要求的溫度或壓力。

智能退火窯控制閥的閥位要被控制在有效調(diào)節(jié)范圍內(nèi)（10%～90%），退火窯封閉區(qū)ABCD全部設(shè)計成熱風(fēng)工藝，原理見圖2。這樣可減少環(huán)境溫度的變化對控制閥閥位的影響，同時當自動閥閥位超出有效范圍內(nèi)，軟件系統(tǒng)會指示調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)溫度，保證各區(qū)控制閥運行在有效閥位范圍內(nèi)。

3 玻璃板冷卻的智能控制

玻璃原板的寬度一般為3～6 m，D&F區(qū)玻璃發(fā)生翹曲現(xiàn)象會引起玻璃的炸裂或切割困難，有效控制玻璃的橫向翹曲度對于智能退火窯至關(guān)重要。傳統(tǒng)的退火窯是靠操作工手動調(diào)整冷卻風(fēng)的分布來控制玻璃板的平整度，在D&F區(qū)各自引入翹曲檢測儀是必要的，各區(qū)翹曲檢測儀會檢測出橫向各段的翹曲壓力，D&F區(qū)出口的橫向溫度分布要依據(jù)翹曲壓力而定，軟件編程來實現(xiàn)這個閉路循環(huán)功能，原理見圖3。

玻璃板下冷卻風(fēng)通過編程軟件，引入比例控制原理，保證D&F區(qū)上下板冷卻均勻和同步，圖4為冷風(fēng)控制原理圖，圖5為效果圖。

4 冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定控制的重要性

ABC區(qū)退火窯內(nèi)溫度計是否檢測溫度準確、退火窯內(nèi)壓力是否穩(wěn)定是關(guān)鍵因素，退火窯內(nèi)理想狀態(tài)為穩(wěn)定的微正壓，這個微正壓的穩(wěn)定取決于A區(qū)進口壓力的控制和D區(qū)內(nèi)冷卻風(fēng)壓力的穩(wěn)定。除設(shè)計盡量多的各區(qū)擋簾外，增加A區(qū)前端壓力可控的排散裝置，防止外界氣流對溫度的影響，增加D區(qū)壓力可控裝置同樣重要，退火窯封閉區(qū)設(shè)計過程中都要考慮壓力穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計，保證溫度穩(wěn)定，見圖6。

5 全覆蓋電加熱器設(shè)計和使用

傳統(tǒng)的加熱手靠操作工調(diào)整有效加熱器的位置，智能退火窯的設(shè)計則要電加熱橫向全覆蓋，根據(jù)需要，自動開啟需要的區(qū)域和功率數(shù)量，一般情況下，當哪一個區(qū)的控制閥開度為零，這個區(qū)域的電加熱就會啟動，保證自動閥的閥位在有效區(qū)域內(nèi)。圖7為電加熱示意圖，圖8為電加熱布置圖。

6 熱平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

作為一種熱平衡狀態(tài)，是指玻璃板寬、厚度、速度三因素固定前提下的狀態(tài)。但當其中一項或幾項發(fā)生變化時，退火窯熱平衡被打破，退火窯設(shè)置的不同控制體系能適應(yīng)各種熱工狀態(tài)。但系統(tǒng)必須及時獲得三因素的變化情況，根據(jù)前后熱平衡參數(shù)，及時給出新的控制體系。這樣，檢測玻璃板寬、厚度和速度三個數(shù)據(jù)的裝置必須安裝在退火窯上，這是工藝大數(shù)據(jù)建立的前提條件。

7 控制系統(tǒng)

退火窯的控制系統(tǒng)分成三個等級，操作員可以選擇現(xiàn)場手動操作，計算機或控制柜內(nèi)輸入數(shù)據(jù)操作，全智能操作是退火窯設(shè)計的目標，作為一個龐大的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，最基礎(chǔ)的工作是根據(jù)已知的條件，即玻璃厚度、寬度拉引速度等，編寫不同條件下的理想退火溫度制度，當基礎(chǔ)三數(shù)據(jù)確定后，提前置入對應(yīng)的溫度和壓力數(shù)據(jù)群就確定下來了，這些數(shù)據(jù)將作為退火窯的標準設(shè)定參數(shù)，整個系統(tǒng)以各種手段和功能來保證此溫度和壓力制度的穩(wěn)定。

8 遠程數(shù)據(jù)傳輸和技術(shù)服務(wù)

因為生產(chǎn)現(xiàn)場不設(shè)退貨操作工，有必要將全部數(shù)據(jù)遠程傳給專業(yè)公司，專業(yè)公司人員對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和分析，將需要更新的信息傳回給生產(chǎn)線人員。

9 結(jié)語

上述設(shè)計實施后，退火窯實現(xiàn)智能控制狀態(tài)，去除人為操作因素后，整體退火工藝狀態(tài)更穩(wěn)定，退火成品率有明顯提高，不斷完善的軟件系統(tǒng)不斷解決細節(jié)問題。由于智能退火窯一次性投資較大，在國內(nèi)推廣較慢，但從長遠角度講，智能退火窯的普及只是時間問題。