智能退火窑的设计和应用

宋书兴

（法孚斯坦因冶金技术（上海）有限公司 上海 201901）

0 引言

智能制造成为工业进步的新动力，工业4.0成为各国家优先发展的策略。退火窑作为玻璃生产的主要设备，各专业公司都投入了大量人工和财力，将智能退火窑的设计和应用提供到一个崭新的水平，通过硬件和软件的实际和提升，全新的智能退火窑已经开始在浮法生产线上应用，而智能退火窑已经实现智能控制，取代了传统退火窑靠工程师和技术工人控制模式。

退火窑是热工设备，其工作原理是浮法玻璃在每个设计区域里，玻璃板降温梯度，横向温度以及上下温度被控制在工艺设计温度范围内，工艺上称其为玻璃板三维温度可控，玻璃板按照设计的温度经过退火窑，由600～700 ℃高温冷却到70～90 ℃，残余应力被控制在工艺设计范围内，所以，控制温度的手段成为智能退火窑的设计目标。

1 检测温度装置的选择和定位

目前世界范围内最常用的检测温度装置是热电偶，但热电偶检测点距离玻璃100 mm左右，不能准确反映玻璃实际温度，部分退火窑配置点式红外测温仪来提高检测温度的精度，但红外检测不能布置在玻璃板下和高成本限制了点式红外仪的发展。

目前成功的方法是热电偶和红外测温仪同时使用，如图1所示。

编程软件方面，同一区的红外和热电偶测温温度可以平滑切换，切换到另一种测量方式时以当时显示温度为标准温度，保证温度平滑切换。不管哪种测量方法都可能突然失灵，软件编程会设定合理温度范围，当温度显示超出后不显示温度时，温度控制会以相邻温度的平均温度进行控制并报警。

2 冷却玻璃板的主要手段

冷却玻璃的主要手段为空气，更多的性能可靠使用自控阀调节，每个控制阀都和温度或压力检测装置构成闭环控制系统，根据工艺要求，软件内会给定温度或压力，控制阀通过调整冷却空气的流量来保证工艺要求的温度或压力。

智能退火窑控制阀的阀位要被控制在有效调节范围内（10%～90%），退火窑封闭区ABCD全部设计成热风工艺，原理见图2。这样可减少环境温度的变化对控制阀阀位的影响，同时当自动阀阀位超出有效范围内，软件系统会指示调节冷却风温度，保证各区控制阀运行在有效阀位范围内。

3 玻璃板冷却的智能控制

玻璃原板的宽度一般为3～6 m，D&F区玻璃发生翘曲现象会引起玻璃的炸裂或切割困难，有效控制玻璃的横向翘曲度对于智能退火窑至关重要。传统的退火窑是靠操作工手动调整冷却风的分布来控制玻璃板的平整度，在D&F区各自引入翘曲检测仪是必要的，各区翘曲检测仪会检测出横向各段的翘曲压力，D&F区出口的横向温度分布要依据翘曲压力而定，软件编程来实现这个闭路循环功能，原理见图3。

玻璃板下冷却风通过编程软件，引入比例控制原理，保证D&F区上下板冷却均匀和同步，图4为冷风控制原理图，图5为效果图。

4 冷却系统稳定控制的重要性

ABC区退火窑内温度计是否检测温度准确、退火窑内压力是否稳定是关键因素，退火窑内理想状态为稳定的微正压，这个微正压的稳定取决于A区进口压力的控制和D区内冷却风压力的稳定。除设计尽量多的各区挡帘外，增加A区前端压力可控的排散装置，防止外界气流对温度的影响，增加D区压力可控装置同样重要，退火窑封闭区设计过程中都要考虑压力稳定系统设计，保证温度稳定，见图6。

5 全覆盖电加热器设计和使用

传统的加热手靠操作工调整有效加热器的位置，智能退火窑的设计则要电加热横向全覆盖，根据需要，自动开启需要的区域和功率数量，一般情况下，当哪一个区的控制阀开度为零，这个区域的电加热就会启动，保证自动阀的阀位在有效区域内。图7为电加热示意图，图8为电加热布置图。

6 热平衡状态的转换

作为一种热平衡状态，是指玻璃板宽、厚度、速度三因素固定前提下的状态。但当其中一项或几项发生变化时，退火窑热平衡被打破，退火窑设置的不同控制体系能适应各种热工状态。但系统必须及时获得三因素的变化情况，根据前后热平衡参数，及时给出新的控制体系。这样，检测玻璃板宽、厚度和速度三个数据的装置必须安装在退火窑上，这是工艺大数据建立的前提条件。

7 控制系统

退火窑的控制系统分成三个等级，操作员可以选择现场手动操作，计算机或控制柜内输入数据操作，全智能操作是退火窑设计的目标，作为一个庞大的数据管理系统，最基础的工作是根据已知的条件，即玻璃厚度、宽度拉引速度等，编写不同条件下的理想退火温度制度，当基础三数据确定后，提前置入对应的温度和压力数据群就确定下来了，这些数据将作为退火窑的标准设定参数，整个系统以各种手段和功能来保证此温度和压力制度的稳定。

8 远程数据传输和技术服务

因为生产现场不设退货操作工，有必要将全部数据远程传给专业公司，专业公司人员对数据进行监控和分析，将需要更新的信息传回给生产线人员。

9 结语

上述设计实施后，退火窑实现智能控制状态，去除人为操作因素后，整体退火工艺状态更稳定，退火成品率有明显提高，不断完善的软件系统不断解决细节问题。由于智能退火窑一次性投资较大，在国内推广较慢，但从长远角度讲，智能退火窑的普及只是时间问题。