固化炉及控制固化炉的方法与流程

固化炉及控制固化炉的方法


背景技术：

1.诸如人造玻璃纤维(mmvf)之类的矿棉的生产，包括：对熔成细纤维的石头或玻璃进行纤维化以及在输送机上收集这些纤维，从而形成纤维幅材。人造玻璃纤维可以用不同的方法生产，比如在纺杯(通常用于生产玻璃棉纤维)中或在级联纺纱机(通常用于生产石棉纤维)上生产。在纤维形成时或形成后，将用于使纤维粘合在一起的粘合剂施加到纤维上，并在固化炉中对纤维幅材进行热处理以使粘合剂固化从而形成粘连的纤维幅材。
2.固化炉是矿棉生产中的重要元件，这是因为固化炉对成品矿棉毡的品质有很大影响，进而影响矿棉产品的制造成本。通常，一系列不同的矿棉产品是使用相同的固化炉生产的。根据成品矿棉产品的所需用途，生产的矿棉的密度可从例如20kg/m3到250kg/m3不等，幅材的厚度可从例如40mm到200mm不等。此外，有序并及时生产许多不同的产品以避免库存通常庞大的产品，这意味着在一天的生产中，在相同生产线上要生产许多具有不同规格的不同产品，这需要从一种产品到另一种进行快速转换。熔体生产和熔体流不容易在短时间内调整，因此熔体流和纤维生产通常是相当稳定的(每小时可达20吨)，因此会调整输送机速度以适应所生产产品的厚度和密度(输送机速度可达40m/s)，相应的，棉幅材在固化炉中的驻留时间将取决于此。因此，操作人员应不断调整固化炉的设置，以确保完全固化，避免例如过热破坏纤维幅材。最后，固化炉通常会成为矿棉生产的瓶颈，特别是随着纤维形成的增加，需要更高的产量，并且转向对最大固化温度施加限制的其他类型的粘结剂。固化炉不容易延长，因为固化炉的长度通常为20-40米，在现有的建筑内通常没有多余的空间来延长固化炉，而且考虑到固化炉前后的机械部件较重，对现有的固化炉进行改造是一件费时和费钱的事情。对固化炉的这些不同要求提出了一些挑战，并且需要改进的固化炉。
3.至少60年来，固化炉及其优化一直是众多专利的主题。这种更早的固化炉的例子包括美国专利号2997096、3096161、4263007、9664443和欧洲专利号1794383。


技术实现要素：

4.与矿棉固化有关的其中一个挑战是矿棉应该在固化炉的出口处被完全固化。在固化过程中应注意避免破坏或变形。
5.本发明涉及一种用于固化矿棉幅材的固化炉，该固化炉包括透气的输送机，用于从机柜的一端处设置的矿棉幅材入口到机柜的另一端处设置的矿棉幅材出口推进矿棉幅材通过基本上封闭的机柜，该固化炉还包括用于引导热空气流通过输送机的热空气入口。
6.本发明的一个目的是提供一种能够增加产量的固化炉。
7.为了达到该目的，根据本发明的固化炉包括至少一个棉变形检测器，该棉变形检测器配置成用于检测固化炉内部的棉变形。
8.具体描述
9.棉变形指的是在棉幅材的部分区域中产生不希望的压缩。如果棉幅材上的热空气压力过大，就会在固化炉中发生棉变形，这意味着，棉幅材的气流阻力会导致棉幅材上的压力超过棉幅材的抗压强度，从而使棉幅材屈服并进一步压缩。未固化的棉幅材的抗压强度
低于固化的棉幅材的抗压强度，因此在固化炉中，棉幅材在未固化或部分固化阶段中容易发生变形。矿棉的生产是一个相当无序的过程，所产生的矿棉幅材往往在参数上有一些变化，因此可能会出现固化较其他区域慢的区域，而未固化的区域会发生变形。固化会从棉幅材面向热空气入口的一侧开始，然后通过棉幅材的核心发展到棉幅材的另一侧，直到整个棉幅材在穿过固化炉的通道的末端处被完全固化。在棉变形的情况下，棉幅材会有厚度不合适的区域，因此应该丢弃。导致例如95％厚度的轻微变形是可以接受的，并且不合格情况还取决于具有变形的表面积的尺寸。一般目标是检测棉幅材厚度的至少4mm的棉变形(压缩)。
10.棉变形检测器例如可以是一种在幅材宽度范围内的不同位置处检测幅材厚度的装置，如使用激光厚度测量。激光厚度测量可以通过使用激光来检测距离棉幅材表面的距离来实现。如果检测到的距离增加，则意味着棉幅材不与输送机接触并且受到了不希望的压缩。当然，激光器需要能够到达棉幅材，这在输送机方面提出了一些挑战，因此应当在输送机中布置合适的开口，至少是以合适的间隔布置。替代性地，可以在输送机上布置压力或接触传感器，以检测棉幅材是否与输送机接触，从而检测棉幅材是否受到不希望的压缩。
11.棉变形检测器能够立即向操作人员或控制系统提供信息，以改变矿棉生产线的工艺参数，如热空气的压力。因此，固化炉可以接近最大固化炉容量极限操作，从而减少废料量和/或提高生产率和/或改善固化炉中的能量消耗。以前，固化炉的操作已经广泛地基于操作人员的多年来积累的经验和知识。成品的目视检查、测量和/或测试显示固化炉中的棉变形是否存在问题，而不清楚固化炉是否可能已经操作得更接近极限，这通常导致以最大的宽安全裕度操作固化炉，从而导致相对高的成本和/或低的生产能力。
12.根据一个实施方式，棉变形检测器包括布置在输送机的一侧的第一边缘区域处的发射器和布置在输送机的相对侧的第二边缘区域处的接收器，以传输横向通过幅材的电磁信号。发射器和接收器可以布置在固化炉的机柜外部。在固化炉机柜内，通常存在具有相对高的温度、烟雾、灰尘和高空气流量的不利环境，这对于棉变形检测器是不利的。
13.电磁信号可以是适合于在幅材宽度范围内穿过矿棉幅材的任何信号。x射线是优选的，因为已知其能够穿过矿棉幅材，并且用于矿棉生产线上的其他目的，例如密度测量。替代方案包括伽马射线或基于同位素的技术。
14.根据固化炉的一个实施方式，接收器具有10-20mm的竖直延伸尺寸。如果接收器具有大得多的竖直延伸尺寸，则存在由于平均化而难以检测棉变形的风险，而如果竖直延伸尺寸小得多，则存在未对准或未检测到的风险。
15.在最简单的形式中，固化炉仅具有一个区域，但是有利的是，固化炉包括多个区域，并且棉变形检测器布置在至少一个区域中，优选地布置在固化炉的沿输送机的输送方向看的前半部分中。通常，棉在粘结剂尚未固化的炉的入口处最脆弱，因此这里热空气压力应当低，而随着棉在通过固化炉期间固化，压力可以增加。
16.本发明的一个方面涉及一种用于如上所述的固化炉的固化炉控制系统，其中该控制系统被配置为基于来自棉变形检测器的输入来调节热空气流的压力。该反馈使得可以操作固化炉接近使幅材变形的极限，从而使固化炉的固化能力最大化。
17.控制系统可以是本发明公开的固化炉的一部分。即固化炉的一个实施方式包括透气的输送机，该输送机用于从设置在机柜的一端处的矿棉幅材入口到设置在机柜的另一端
处的矿棉幅材出口推进矿棉幅材通过基本上封闭的机柜，固化炉还包括：布置成用于引导热空气流通过输送机的热空气入口；配置成用于检测棉变形优选地检测固化炉内的棉变形的至少一个棉变形检测器；以及配置为基于来自至少一个棉变形检测器的输入来调节热空气流的压力的控制系统。
18.本发明的另一方面涉及一种用于控制固化炉的方法，包括以下步骤：从设置在机柜的一端处的矿棉幅材入口到设置在机柜的另一端处的矿棉幅材出口推进矿棉幅材通过基本上封闭的机柜；引导热空气流通过输送机并进入矿棉幅材；检测固化炉中潜在的棉幅材变形。对潜在的棉幅材变形的检测可以用于通知操作人员调节热空气流的压力，或者甚至可以用在调节压力的自动系统中。
19.该方法的一个实施方式包括从第一边缘区域发射电磁信号横向地穿过幅材；在与第一边缘区域相对的第二边缘区域处接收电磁信号；分析接收到的电磁信号以提供控制值，如果控制值指示棉变形则产生第一信号，如果控制值指示没有棉变形则产生第二信号，基于第一信号或第二信号调节热空气入口处的热空气压力。
20.该方法使得可以通过操作固化炉接近使矿棉幅材变形的极限来使固化炉操作自动化并优化固化炉性能。
21.本发明的另一方面涉及根据本发明的固化炉以固化密度在15-50kg/m3范围内的矿棉幅材的用途。已经发现，矿棉幅材变形的挑战在固化相对低密度的矿棉方面是最普遍的，因此发现固化炉的最大优点是与使用固化炉来固化具有指定范围的矿棉有关。
22.本发明可用于固化任何种类的矿棉，但是实施方式涉及使用固化炉来固化由中值直径在3μm以下的纤维制成的矿棉幅材。发现矿棉幅材变形的挑战对于具有相对小直径的矿棉的固化是最普遍的。考虑到提供最佳的热性能，由具有相对小直径的纤维制成的矿棉是优选的。与由较粗的纤维制成的矿棉相比，由相对细的纤维制成的矿棉的缺点是气流阻力更高，这意味着通过热气流固化更困难并且需要更高的压力，导致矿棉幅材变形的风险增加。
23.纤维的中值直径可以使用扫描电子显微镜(sem)测量纤维的直径并计数样品中的纤维数量自动获得。
24.纤维的中值直径可以通过以下方法获得，该方法是精确的并且使纤维的断裂最小化。该方法可以自动化而不引入错误。从不含任何粘合剂的纤维样品中提取约2mg纤维。通常，通过将纤维加热至590摄氏度至少20分钟来除去粘合剂。使用由真空引发的内爆将纤维分散在玻璃薄片上。然后通过光学显微镜以透射模式获得分散的棉纤维的图像。在阈值处理之前(见下文)，将图像与邻域高斯滤波器卷积以减少背景噪声并沿纤维强度值带来均匀性。
25.然后执行阈值处理：高灰度值对应于纤维，低灰度值与背景或残余噪声相关联。小于几个像素或具有小于0.5的偏心度的像素的隔离聚类(即，具有大致圆形形状的颗粒)被移除，因为它们对应于噪声或杂色。
附图说明
26.在下文中，将参考示例和附图更详细地描述本发明，其中：
27.图1是现有技术矿棉生产线的一部分的纵向截面，
28.图2是固化炉的横截面示意图，
29.图3是固化炉的另一个横截面示意图，
30.图4是固化炉的另一横截面示意图，以及
31.图5是方法步骤的示意图。
具体实施方式
32.图1的纵向截面中示出了矿棉的生产。图1示出了纤维9的生产、粘合剂10的施加、作为矿棉幅材2的纤维在收集输送机11上的收集。矿棉幅材2被输送到具有机柜4(以纵向截面示出)的固化炉1，进入机柜4的矿棉幅材入口5，通过透气输送机3上的固化炉1到达矿棉幅材出口6。热空气通过热空气入口7进入固化炉1，并被迫通过输送机3进入棉幅材2，以固化矿棉幅材2的粘结剂10。来自固化炉的废气通过出口8，并且空气可以再循环和再加热或经历废气处理。在所示的示例中，固化炉包括两个区域16、17，但是可以仅存在一个或存在多个，如七个。
33.人造玻璃纤维可以以不同的方式生产，如以纺丝杯(通常用于生产玻璃棉纤维)的方式或以级联纺纱机(通常用于生产石棉纤维)的方式。
34.在图2中可以看到固化炉1的横截面。固化炉1包括布置在固化炉1的机柜4中的一组输送机3。输送机3是透气的，例如使用穿孔板条或面板。矿棉幅材2布置在输送机3之间，并在此输送通过固化炉1。高压下的热空气被迫进入矿棉幅材2以加热幅材并固化粘合剂。可以调节空气的温度以确保幅材的干燥和粘合剂的固化。合适的温度尤其取决于具体的粘合剂，并且可以在180-260℃的范围内，不过更高和更低的温度是可行的并且在一些情况下可能是有利的。
35.如果固化炉中的热空气的压力太高，则存在矿棉幅材不希望的变形的风险，因为棉幅材可能从输送机升起并在如图3中示出的幅材与下部输送机之间的空隙14所示的区域中被压缩。在这种情况下，矿棉幅材在固化之前变形，并且矿棉幅材将在变形状态下被固化，这意味着产品低于标准并且必须丢弃。
36.在幅材的一个边缘区域处设置发射器12，以发射电磁信号横向穿过幅材到达布置在幅材的相对边缘区域处的接收器13，如图4所示，并构成棉变形检测器。由接收器13接收的信号将取决于发射器12和接收器13之间的矿棉。在导致棉幅材不与输送机接触的不希望的压缩的情况下，从发射器12到接收器的发射的信号线路中突然存在较少的矿棉，因此接收到的信号与信号从发射器到接收器必须全程穿过矿棉时的不同。可以在处理器15中分析信号，提供控制值和指示幅材变形的第一信号或指示没有幅材变形的第二信号。基于第一或第二信号，可以分别下调或上调热空气压力，以使固化炉性能最大化。
37.如图4所示，发射器12和接收器13应靠近输送机3布置，热空气被迫进入输送机3中。
38.操作固化炉的方法步骤包括：提供传感器系统，将来自传感器系统的信号馈送到信号分析器中以产生值，并使用输出发生器生成基于该值的输出，如图5中示意性所示。传感器系统可以是x射线发射器和x射线接收器。来自输出发生器的输出可以用于调节热空气的压力的控制系统。
39.如果固化炉被控制为更接近使矿棉幅材变形的极限操作，则本发明的估计潜力是
将固化炉容量增加多达20％。