高鐵時(shí)代巖板系列窯爐

萬(wàn) 鵬，賴日東，徐廣華

(廣東中鵬熱能科技有限公司，廣東 佛山 528233)

0 引 言

隨著定制家居及高端廚具的發(fā)展，陶瓷產(chǎn)品跨界應(yīng)用，巖板的屬性賦予應(yīng)用空間及銷售渠道被重新定義?；A(chǔ)加工配套落地服務(wù)鏈不斷完善，因而逐漸風(fēng)靡起來(lái)。不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)2020 年上半年新建/技改大/巖板超過(guò)60 條，下半年還有多家陶企將再增或規(guī)劃巖板生產(chǎn)線。由于其特殊的屬性和概念，行業(yè)內(nèi)對(duì)陶瓷巖板還未完全形成統(tǒng)一的定義標(biāo)準(zhǔn)。但可以肯定的是，尺寸一定是大且具有可加工性為特點(diǎn)。所以全文統(tǒng)一稱為大規(guī)格陶瓷巖板。

國(guó)際上大規(guī)格陶瓷板的開(kāi)發(fā)早在十多年前，特別是意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)更加成熟，并且上下游之間已經(jīng)形成了相互配套的產(chǎn)業(yè)鏈和相對(duì)穩(wěn)定成熟的供應(yīng)鏈。但其高昂的設(shè)備費(fèi)用讓不少有實(shí)力的大企業(yè)都望而卻步，并且這幾年才逐步開(kāi)放技術(shù)市場(chǎng)到中國(guó)。而中國(guó)建陶行業(yè)對(duì)巖板的探索起步較晚，最初僅有蒙娜麗莎等企業(yè)涉足。

除了配方區(qū)別于普通陶瓷磚以及普通陶瓷大板，燒制對(duì)大規(guī)格陶瓷巖板制作過(guò)程至關(guān)重要。燒成制備技術(shù)難度大，主要與其規(guī)格和材料性質(zhì)有關(guān)，需要在傳動(dòng)精度高的條件下才能完全?；秸?。燒成過(guò)程既要提供反應(yīng)所需的熱量和溫度，又要在很平穩(wěn)的氣氛保護(hù)下進(jìn)行，這就對(duì)燒成設(shè)備自身熱穩(wěn)定性、溫度場(chǎng)均勻性、冷卻一致性等提出了更高要求。如今窯爐燒成設(shè)備朝著綠色環(huán)保無(wú)噪音污染的智能化方向發(fā)展。這些高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，普通陶瓷磚的窯爐根本不能滿足條件。對(duì)于這樣的問(wèn)題，選擇一種既能進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)，又能在精度控制、生產(chǎn)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行的整體裝備，顯得非常重要。這對(duì)于突破現(xiàn)代新型大規(guī)格陶瓷巖板材料的數(shù)字化、智能化生產(chǎn)國(guó)有化意義重大。

1 燒成設(shè)備核心技術(shù)

高鐵時(shí)代巖板系列窯爐集多種先進(jìn)功能性系統(tǒng)于一身，包括：多層快速干燥窯、高精度傳動(dòng)系統(tǒng)、高穩(wěn)高效高溫強(qiáng)化換熱助燃風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)、整線數(shù)據(jù)集中控制云系統(tǒng)，并配合先進(jìn)的安裝方法、合理的設(shè)計(jì)、數(shù)字化輥棒檢測(cè)技術(shù)手段等。

1.1 多層快速干燥窯

在全面“煤改氣”的新環(huán)境下，煙氣總量大約會(huì)減少20—25 %。為提高煙氣的熱利用效率，推薦巖板干燥以多層快速干燥為主，干燥窯采用風(fēng)管內(nèi)置式臥式結(jié)構(gòu)，場(chǎng)地占用較少，干燥熱效率高。采用先進(jìn)的內(nèi)循環(huán)技術(shù)，能有效保溫，濕度可均衡調(diào)控，內(nèi)部管路設(shè)計(jì)合理對(duì)稱，有效利用熱量。優(yōu)化的風(fēng)管設(shè)計(jì)則大幅減少局部阻力，送風(fēng)更流暢，控制更輕松；窯頂采用立式風(fēng)機(jī)，對(duì)稱打風(fēng)設(shè)計(jì)，確保內(nèi)部風(fēng)壓均衡。窯爐及風(fēng)機(jī)平臺(tái)采用“高鐵時(shí)代”型全包覆式面板，節(jié)能低噪且外部簡(jiǎn)潔美觀，可有效改善工作環(huán)境。干燥窯所用的熱源為燃燒機(jī)+窯爐余熱/窯爐煙氣。干燥窯每個(gè)單元有獨(dú)立燃燒機(jī)加熱，每組使用一臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)攪拌。燃燒機(jī)加在循環(huán)風(fēng)機(jī)的入口端,循環(huán)風(fēng)機(jī)將每層干燥通道間的濕氣和余熱抽出重新加熱，與配風(fēng)口配入的冷風(fēng)混合后，再輸送到干燥室中的每層供熱支管。在干燥窯的風(fēng)管上設(shè)置若干測(cè)溫點(diǎn)，由熱電阻溫控表控制并直觀顯示溫度，每節(jié)左右兩邊設(shè)置若干雙金屬溫度計(jì)。

1.2 高鐵時(shí)代大巖板輥道窯

窯爐外部，在外形設(shè)計(jì)上采用獨(dú)有的“高鐵時(shí)代”結(jié)構(gòu)，有效地改善助燃風(fēng)管和噴槍溫度較高而使得車間操作環(huán)境溫度過(guò)高的現(xiàn)象。配合輥棒身份識(shí)別技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)與光學(xué)傳感器和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等手段密切結(jié)合。利用輥棒固有的轉(zhuǎn)動(dòng)直線度進(jìn)行篩選，最終將數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)并將結(jié)果用鐳射技術(shù)打印于輥棒上。實(shí)現(xiàn)輥棒優(yōu)選，這是傳動(dòng)精度的基礎(chǔ)保證。

窯爐內(nèi)部，針對(duì)工藝需要，在冷卻區(qū)合理布置噴槍，特殊設(shè)計(jì)控制冷卻工藝在急冷區(qū)的冷熱應(yīng)力對(duì)大板產(chǎn)品表面的影響，維持安全的冷卻氣氛解決大型薄板、厚板冷卻過(guò)程中所擔(dān)心的問(wèn)題；在冷卻區(qū)利用帶自主專利技術(shù)的助燃加熱系統(tǒng)，逆流換熱并強(qiáng)化冷卻大板；采用中鵬云監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到信息智能化、全球采購(gòu)和售后服務(wù)賦予的新要求，不再局限于僅能在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或某一區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控。而是任意地方，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)獲取窯爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，真正地做到窯爐設(shè)備物聯(lián)化。高鐵時(shí)代大巖板系列窯爐具有如下六大核心設(shè)計(jì)。

核心一：全包覆式高鐵時(shí)代型工業(yè)設(shè)計(jì)外觀——以人文關(guān)懷為目標(biāo)

(1) 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

側(cè)板拉開(kāi)、推拉門(專利技術(shù)：一種輥道窯用槍前過(guò)濾ZL201520638880.5、一種窯爐側(cè)板推拉門結(jié)構(gòu)ZL2015207007118.1)。

(2) 特征識(shí)別

平面+弧面(專利技術(shù)：一種窯爐外側(cè)面板201520328777.0)。在設(shè)計(jì)上融入了“軟幾何”的設(shè)計(jì)手法，用平面加弧面的特征元素和C 型包覆的外形特征結(jié)合，風(fēng)格剛?cè)嵯酀?jì)，充分體現(xiàn)產(chǎn)品的嚴(yán)謹(jǐn)性與親和力，從感官上拉近人機(jī)關(guān)系(專利技術(shù)：窯爐面?zhèn)妊b飾面板ZL201530152873.X、裝飾板ZL201630062387.3)。

(3) 色彩配置

和諧、安靜(藍(lán)色+白色)。寶藍(lán)色代表沉穩(wěn)，具有理智，準(zhǔn)確的意象，強(qiáng)調(diào)了科技、效率的商品或企業(yè)形象。也容易讓人想起大海，給人安靜的環(huán)境。同時(shí)，也隱喻了藍(lán)天白云的概念，設(shè)計(jì)者以此表達(dá)了保護(hù)自然環(huán)境的理念。在整體上給人一種簡(jiǎn)潔大氣，具有時(shí)代感、科技感的心理感受。合理的色澤、光澤選配，降低中部區(qū)域視覺(jué)注意力。

(4) 應(yīng)用時(shí)效

是一項(xiàng)窯爐的節(jié)能伴侶技術(shù)，有效改善窯爐的高溫操作環(huán)境；操作維護(hù)簡(jiǎn)單、安全；外表簡(jiǎn)潔、美觀、大氣，并利于長(zhǎng)久保持。

(5) C 型包覆帶來(lái)的隔熱效果

“傳導(dǎo)”的概念輕易被關(guān)注，而如果我們著眼于熱傳遞的物理機(jī)理，便很容易通過(guò)這層金屬板對(duì)“熱輻射”的遮斷和“對(duì)流”的影響來(lái)改變系統(tǒng)的熱傳遞效果。三條熱傳遞途徑利用了兩條，讓操作區(qū)域的環(huán)境溫度大幅下降，并有效疏導(dǎo)了漏煙，讓面板歷久如新。窯爐外側(cè)溫度同比下降20—30 ℃以上。

圖1 是在一個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拍攝到的，窯爐環(huán)境溫度(地面溫度)為30 ℃時(shí)，窯爐工作時(shí)高溫區(qū)內(nèi)部工作溫度超過(guò)1200 ℃。而該處噴槍附近外側(cè)板溫度只有37 ℃。在觀察孔打開(kāi)封蓋的情況下，外側(cè)板附近溫度也只有51.2 ℃。溫升都不超過(guò)10 ℃，大大低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的35 ℃環(huán)境溫升值，而且測(cè)量點(diǎn)在窯爐靠車間內(nèi)部一側(cè)處高火保溫區(qū)位置，這在以前的輥道窯中是不可想象的。2020 年獲得了中國(guó)建材機(jī)械行業(yè)技術(shù)革新一等獎(jiǎng)?！案哞F時(shí)代”型輥道窯通過(guò)了中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)組織的國(guó)家級(jí)行業(yè)鑒定，鑒定結(jié)果：國(guó)際先進(jìn)水平。

圖1 全包覆式外觀表面溫度實(shí)測(cè)Fig.1 Out temperature testing of all-covering equipment

其有效地改善助燃風(fēng)管和噴槍溫度較高而使得操作環(huán)境溫度過(guò)高的現(xiàn)象，這也是一項(xiàng)窯爐的節(jié)能伴侶。有效改善操作環(huán)境，新設(shè)計(jì)，巧妙的隱藏了各種管線，只外露操作部分，外表簡(jiǎn)潔大氣。安裝、操作及維護(hù)也更加簡(jiǎn)單、安全。

核心二：具有“三高”特征的助燃風(fēng)加熱技術(shù)3Hi

在陶瓷廠中，窯爐是高能耗的設(shè)備之一。為了降低能耗、成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，采用具有“3-Hi”特征的助燃風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，在窯爐內(nèi)部均衡梯級(jí)換熱，減少熱量散失，提高助燃風(fēng)溫度。并有效降低余熱汲取過(guò)程對(duì)生產(chǎn)的影響，既提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，也提高了換熱效率，大大降低了窯爐設(shè)備能耗；同時(shí)，還可將余熱利用于其他設(shè)備，有助于降低整個(gè)生產(chǎn)工藝的能耗；另外，還有助于廢氣集中回收處理，真正起到節(jié)能環(huán)保的作用。能夠有效降低輥道窯能耗，提升其綠色能力。天然氣窯爐可以降低能耗10 %。高穩(wěn)、高效、高溫助燃風(fēng)加熱系統(tǒng)具有綜合優(yōu)勢(shì)(專利技術(shù)：一種窯爐助燃加熱節(jié)能裝置ZL201520779625.2)。

高穩(wěn)：冷卻帶均衡取熱，局部影響小，不怕空窯；

高效：窯內(nèi)直接熱交換，外露熱管少，效率高，損失?。?/p>

高溫：逆流式熱交換，獲得高溫助燃風(fēng)空間大。

核心三：采用新一代整線數(shù)據(jù)集中控制云系統(tǒng)——中鵬云控

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，向使用計(jì)算機(jī)、平板或智能手機(jī)的窯爐管理員，推送精準(zhǔn)化、窯爐設(shè)備物聯(lián)化，達(dá)到信息采集智能化。中鵬云控2.0 的革新之處如下：

(1) 信息采集智能化

將各種傳感器采集到的窯爐設(shè)備與生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)設(shè)或者大數(shù)據(jù)分析，給出各種預(yù)警和優(yōu)化信息，且有完善的管理機(jī)制與密碼認(rèn)證機(jī)制。根據(jù)不同級(jí)別的用戶分配相應(yīng)的控制權(quán)限，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)保密性更好。

(2) 推送精準(zhǔn)化

圖2 助燃風(fēng)加熱系統(tǒng)Fig.2 Heating system with assisting wind

在原有中鵬云控jCOS與微信結(jié)合推送生產(chǎn)信息的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了“直接使用微信查看的產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)、空窯位置及空窯比例”等多項(xiàng)功能。還可以通過(guò)云控2.0 查看燒成溫度、歷史溫度、產(chǎn)量等設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的報(bào)表與曲線，窯爐運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)，自動(dòng)推送、同步到各設(shè)備終端平臺(tái)，便于隨時(shí)隨地查閱。

(3) 窯爐設(shè)備物聯(lián)化

實(shí)現(xiàn)爐設(shè)備全球化遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)互聯(lián)，并在通過(guò)授權(quán)后由終端機(jī)(如：手機(jī)、電腦)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)計(jì)算機(jī)互聯(lián)互通，獲取窯爐實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)。亦可通過(guò)授權(quán)和現(xiàn)場(chǎng)攝像頭來(lái)監(jiān)視窯爐設(shè)備運(yùn)行，不再局限于僅能在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或某一區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控。大大地減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)的管理效率。

中鵬云控2.0 為陶瓷行業(yè)的“智能工廠”打開(kāi)了一扇窗。將高端技術(shù)平民化，更是結(jié)朿了窯爐設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)“最后一公里的問(wèn)題”。

核心四：合理噴槍配置、風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)——減少裂磚

針對(duì)工藝要求量身定做高配置的窯爐燒嘴，合理布置噴槍；特殊冷卻工藝設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)板冷卻過(guò)程中可能產(chǎn)生的問(wèn)題；特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)以及配套的新型窯爐風(fēng)機(jī)平臺(tái)使得整套窯爐系統(tǒng)噪聲降到最低，真正達(dá)到“靜音”的效果。

圖3 中鵬云控系統(tǒng)Fig.3 Zhongpeng cloud control system

核心五：傳動(dòng)精度保證

采用了特別的加工方法，有效提升了零部件的制造和安裝精度。

在燒成帶采用差速齒輪傳動(dòng)方案，有效地減少輥棒高溫蠕變傾向，增強(qiáng)輥棒的自凈能力。傳動(dòng)電機(jī)采用優(yōu)質(zhì)減速電機(jī)，每2 節(jié)配備一臺(tái)；采用變頻器來(lái)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)速，使該窯爐能夠最大限度地適應(yīng)不同產(chǎn)品，燒成周期具有很大的調(diào)節(jié)范圍。

圖4 傳動(dòng)系統(tǒng)Fig.4 Transmission system

核心六：輥棒檢測(cè)打碼機(jī)——輔助大板窯爐選棒，傳動(dòng)用棒精準(zhǔn)，保證冷調(diào)走磚

中鵬公司最新研發(fā)的輥棒檢測(cè)打碼機(jī)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打碼、分級(jí)功能，其檢測(cè)精度可達(dá)0.1 mm。還可根據(jù)生產(chǎn)工藝需求，自定義輥棒的精度標(biāo)準(zhǔn)。有助于生產(chǎn)大規(guī)格陶瓷板等對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性要求較高產(chǎn)品的公司，分選符合要求的輥棒。

傳統(tǒng)分揀輥棒，采用人工肉眼及經(jīng)驗(yàn)判斷，需要兩名有一定品質(zhì)管理資質(zhì)的檢測(cè)員，且為保證正常作業(yè)的連續(xù)性，還需配備至少兩名搬運(yùn)員進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)。平均4 個(gè)人每小時(shí)檢測(cè)約100 支輥棒，人員從數(shù)量到資質(zhì)都要求較高，不利于人員的精簡(jiǎn)。且由于一般輥棒檢測(cè)批量較大，長(zhǎng)時(shí)間的枯燥重復(fù)的檢測(cè)工作容易造成肌肉及視覺(jué)神經(jīng)疲勞以及懈怠心理等主觀因素影響，因而產(chǎn)生誤讀誤標(biāo)示的情況，影響輥棒檢測(cè)的精確性。人工轉(zhuǎn)動(dòng)輥棒不僅增加作業(yè)員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也對(duì)檢測(cè)的精確性、穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。另外，對(duì)輥棒進(jìn)行標(biāo)記蓋章以及品質(zhì)記錄都是增加作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的不利因素，不利于和諧社會(huì)所提倡的人文關(guān)懷要求。

而使用輥棒檢測(cè)打碼機(jī)，工作效率不僅翻倍，還使得工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，且對(duì)操作人員的專業(yè)水平零門檻要求。憑借計(jì)算機(jī)、光學(xué)傳感和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等手段，更客觀地反映輥棒的真實(shí)檢測(cè)情況。對(duì)輥棒的功能特性進(jìn)行篩選并判斷，最后通過(guò)等級(jí)歸類并標(biāo)注相應(yīng)的等級(jí)標(biāo)識(shí)。合格品會(huì)按其圓跳動(dòng)值分成A、B、C 三個(gè)等級(jí)以及不合格D 級(jí)，并體現(xiàn)于激光打標(biāo)的編碼上，這樣人們通過(guò)查看輥棒上的標(biāo)識(shí)就能知道這根輥棒品質(zhì)的優(yōu)劣。

該設(shè)備的控制精度符合設(shè)計(jì)要求、操作簡(jiǎn)單，提高窯爐調(diào)試工作效率。每支輥棒通過(guò)檢測(cè)和打碼，都賦予了一個(gè)特定的身份標(biāo)識(shí)，讓輥棒的使用進(jìn)入了全新的數(shù)字化管控認(rèn)證時(shí)代。

圖5 自動(dòng)生成輥棒檢測(cè)報(bào)告Fig.5 Automatic testing report of roller rod

圖6 輥棒檢測(cè)標(biāo)識(shí)等級(jí)Fig.6 Testing marking grades of roller rod

2 小 結(jié)

該燒成設(shè)備的開(kāi)發(fā)，不僅能滿足國(guó)內(nèi)增長(zhǎng)的大規(guī)格陶瓷巖板材料需求，實(shí)現(xiàn)高端巖板材料燒結(jié)裝備的國(guó)產(chǎn)化，更是給佛山乃至我國(guó)該種產(chǎn)品燒成熱工設(shè)備數(shù)字化、智能化和綠色工廠建設(shè)配套設(shè)備轉(zhuǎn)型升級(jí)提供有力支撐。