机器人在陶瓷烧成中的运用

admin2018-12-20221

   采用机器人或机器手取代人工操作,是目前先进陶瓷生产国重点研究与发展的领域,尤其是在陶瓷烧成方面,机器人或机器手的使用取得了一系列的进展。近年来,机器人或机器手陶瓷烧成窑炉,由于自动化程度高、窑内温差小及节能效率高特点,正在成为各国陶瓷行业首选的技术,并正在得到大规模普及。采用机器人陶瓷烧成技术可以烧成日用瓷、艺术瓷、建筑瓷、卫生瓷以及电瓷等各种陶瓷产品。过去由于常规的陶瓷烧成方法,几乎都是采用肉眼的观察方法及简单的仪表显示或经验进行操作管理,从而导致烧成管理的经验化与不确定化,出现了烧成产品合格率较低;产品质量缺陷多;耗能高及人工费用的增大等问题。


    近来欧美各国及日本等国家陶瓷行业普遍采用的全自动机器人控制梭式窑炉,成功地解决了上述问题,使陶瓷烧成成本大幅度降低,产品利润提高。其中日本专业窑炉公司高砂公司与诺里蒂克公司生产的机器手全自动烧成控制装置,因为具有较高的科技含量,容易操作与实施起来见效快等特点,颇引人注目。目前发达国家陶瓷员工不愿从事夜间生产操作,也由于企业对夜间操作员工工资支出居高不下,提高了生产成本,西方国家的陶瓷企业早已经取消“三班制”生产,由此导致间歇式全自动化大型乃至超大型梭式窑炉得到更加的普及。随着科技进步与现代化生产方式要求,机器人全自动陶瓷烧成方法将是我国我未来几年内发展的方向之一。现将机器人操控陶瓷烧成控制有关装置与技术要求作以下介绍。


    传统窑炉烧成陶瓷若实现机器手自动化烧成,采用的机器人必须具备以下功能:操作系统,能够自动控制窑内温度与气氛的功能,能够具备自动降低温度与气氛误差的控制功能;为实现各种烧成曲线,窑炉必须具备自由设定烧成程序的软条件功能;梭式窑自动控制设定的自由操作度高,设定与改变的操作要简单、方便,以使梭式窑在全自动控制中做到在烧成启、停止烧成及烧成工序自动化过程中确保烧成工艺达到预期目的等各项要求。为使梭式窑烧成方式实现全自动化控制,必须注重以下技术问题:


    1.燃料问题:不同的气体燃料,其发热值不同,故须对喷枪从喷射角度、火焰长度、助燃风量配比,都作精密地调整,使梭式要的自动化控制能够满足高、中、低温,流量大、小有机地控制及。能够自动使燃料与空气中的氧急剧化合而生产热和光实现充分燃烧。这样能够保证炉膛内达到预期的高温度。使梭式窑燃烧室温度逾高,燃烧反应逾安全,得到准确控制。


    2.梭式窑内燃料燃烧时,必须充足的氧气助燃,所需氧气量均依据完全燃烧的理论空气用量的基础上进行全自动调节。


    3.梭式窑全自动烧窑时应该能够根据产品所需要气氛,燃料性质,烧成温度高低等因素来自动烧成选择空气过剩系系数的大小。


    4.自动控制梭式窑能够时时进行精密测量与仪器调节控制,实现根据空气过剩系数值来判断窑内的气氛。利用烟气分析的数据或靠空气过剩系数的计算公式进行自动计算,依靠电脑自动调节。氧化焰烧成要保证燃料完全燃烧;还原焰烧成要保证燃料完全燃烧;还原焰烧成时则应该满足制品的还原要求。从而使梭式窑烧成既保证窑内需要气氛,由能够减少烟气带来的热损耗,提高燃烧效率与产品的成品率。


    现在,国外的全自动梭式窑炉自动升温控制装置由计测、控制、操作三部分组成。下面分别加以介绍。


    1.窑内温度与气氛计测部分:全自动梭式窑的计测部具有能够连续自动测定窑内温度与烧成气氛的功能。它在窑炉内的上、下部位各安装有几只热电偶,用于检测出窑内最高与最低温度。较大的梭式窑内有时要采用5—8只热电偶或更多的热电偶,以便能够精确地时时测出窑内温度,了解不同部位的温差。其次利用气氛分析仪可以了解窑内的烧成火焰气氛。在控制还原焰烧成时,采用红外线吸收方式的CO气体分析仪。同时选择能够代表窑内气氛的部位使用探测器抽样测定窑内的燃烧气体。另外,燃烧气体中含有大量的水分,对窑内气体测定干扰很大,必须是使用冷却设施予以排除。这样自动化计测装置中实际上具备了抽样测定与样品冷却双重作用于功能。上述信息与信号反馈回控制盘后,再通过电脑进行自动化调节,对烧成中的状况进行干预与有效调整。


    2.窑炉烧成控制部分:全自动梭式窑炉烧成控制部分,是由烧成控制装置、烧成记录仪与操作控制盘三部分组成。这里窑炉烧成控制装置是该装置的核心。记录仪可以连续记录窑内最高、最低温度与CO浓度。控制盘则用于容纳以上仪器。


    梭式窑自动化控制装置由烧成程序信号传输器、窑内温度调节器、窑内气氛[CO]调节器以及烧成程序控制装置所构成。这类仪器是作为烧成控制专用的电子演算仪器,是专门为该装置研制的固态数字组合元件,按照组合方式装在控制装置内。


    在控制盘中,使用了一种封闭型机壳,里面容纳有所有控制系统的仪表、运转开关及指示灯。当烧成程序的信号传输器发出信号时,即可以自动控制通过仪器控制整个烧成操作的运转,并可以设置于产生窑烟的烧成现场。


    3.全自动机器手陶瓷烧成的窑炉操作部分:该操作部位由隶属于电脑控制的可以调节燃料气体量的自动气阀和调节窑内气流的烟道断路器,及其驱动器组成。自动气阀属于设置在燃料气体管道的煤气压力调节阀门。窑炉的操作部分均依据控制操作信号实现增减喷嘴前供气的气体压力,用于调节燃料气体的流量。不过载自动气阀上也安置有人工操作手工制动器阀,以备应急使用。


    自动化烟道断路器主要用于增减设置在烟道下部的烟气气流的断路器[即空气进入口]的开闭程度,使窑内气流发生变化并调节燃烧用二次空气的进入量。该断路器系一块能够上下自动移动的滑动式烟道闸板。当控制部发出操作信号时,断路器启动装置即开始自动工作,通过断路器可以按照事先确定好的开度调整与固定烟道闸板来控制生降温与窑内烧成火焰气氛。


    全自动梭式窑控制装置的操作运作,由于依靠了全性能高的电脑指挥系统,故能够准确地测出窑内温度、温差及窑内CO浓度,并使其数值依照设定的烧成程序进行调解变化,因此,自动化控制中的所有程序按照窑内温度变化进行调整。


    机器人烧成程序的自动测定与信号传输:烧成程序与窑内状态和烧成时间密切相关,因此烧成程序的自动化管理是烧成程序管理的关键所在。全自动化控制烧成体系由窑内升温程度、CO浓度程序、断路开关程序三部分组成。只要将程序设定旋钮旋转至刻度盘指示的“连续可变度盘式设定方式”上时,即可完成上述程序设定。该方式具有设定操作简便,且能够自由选择精度高程序图形等特点。


    在发出连续变化的程序信号时,要比原来多使用一种机械程序,即将特殊形状的凸轮与记录纸按照钟表原理进行转动。还有一种以窑内温度基准进行程序管理的程序,窑内升温程序可由5个基准温度及5种升温率进行设定。从升温信号中选择对应当时窑温信号后,变成脉冲信号,再由脉冲计数器和交换器组成的程序信号传输器变成连续变化的升温程度信号。该输出方式管理依据于窑温变化进行,它较之钟表式信号传输更能够或得最佳的烧成升温曲线。采用数字化信号。该输出方式管理依据于窑温变化进行,它较之钟表信号传输更能够获得最佳的烧成升温曲线。采用数字化信号处理器无须改变控制模块的多余操作即能够完成自由变换或修改自动升温程序。可以自动解决喷嘴失火、急升温时的燃料浪费等问题。便于控制窑内温差及瓶抑窑内上下温差。对CO浓度的控制效果也最好。


    全自动梭式窑陶瓷烧成程序即能够安全地进行全自动烧成,又能进行可靠的烧成控制。除最初喷嘴点火与启动操作外,其它一切操作均依照程序设定进行。当按下“启动”按钮后,启动控制即开始工作,全自动地调整自动供气阀与烟道断路器的开度,开始实施烧成。接着随着窑内温度上升,根据窑内最高与最低温度点自动变换烧成工序。从焙烧转变到还原焰烧成时,自动化烧成基于窑内最高温度基数调整;从还原到进一步升温时则依据于窑内最低温度进行自动调控。梭式窑停烧基于窑内最低温度进行。在升温的工序结束同时,实现全部关闭自动气阀,自动熄灭喷嘴火焰,即圆满完全陶瓷烧成过程。全自动梭式窑控制系统还配备有对烧成进行安全控制的系统功能设置。万一在烧成自动调节过程中出现异常过故障时,电脑的自动化系统可以自动发出警报信号,机器手完全能够在发生偶然停电时也能够使烧成继续进行,实现准确的自动化操作。


    实践证明采用机器人(手)全自动化烧制陶瓷技术,其烧成时间比人工方式节约15%-20%以上;燃料气体可以节约20%以上;而且产品的质量获得大幅度提高。显示出十分明显的经济效益与广阔的推广前景。目前欧美及日本等发达国家陶瓷行业采用高科技技术,已经能够建造高达数百立方米有效烧成体积的特大型或超大型全自动控制梭式窑炉。这类先进的机器人(手)全自动窑炉在减轻员工工作强度、提高产品烧成质量的同时,还由于配备了高效节能设施,大幅度降低了烧成成本,显示出良好的发展前景。