料道内玻璃液的均化

料道内玻璃液的均化
介绍了料道内玻璃液温度差的形成及对产品性能的影响。

通过在料道两侧进行加热可降低玻璃液的温度差，但料道底部的温度仍然较低，而侧墙电加热是解决料道两侧温差较好的途径。

1 料道玻璃液均化原理
料道是一个由耐火材料构成
的槽，通过它熔化的玻璃液从熔
窑工作池流向成型机，从熔窑流
来的玻璃液要有控制的冷却，这
样从料盆出来的玻璃液料滴从
上到下，两侧与中部之间都要达
到温度的一致性。

此过程我们称
为玻璃的均化。

但是玻璃液在料道槽砖流动时，玻璃液接触到耐火砖的两侧，其温度必然要降低，流动也随之慢下来。

而中部的玻璃液流动快，温度也高于两侧，从而在料道两侧产生回流、漩涡、滞料。

这就形成了所谓的料道“中心流”现象。

从而产生了水平方向的温度差(见图1)。

2 均化措施及影响因素
我们采用了中部进行冷却，料道两侧进行煤气加热的措施(见图2)。

在后冷却端区域上改变料道温度占50％～
60％，在前冷端区域占20％～30％，在均衡端
区域占0％一15％，在料盆区域处只用火焰进行
保温，只能有很少温度调整。

使料道的温度趋于
一致，尽量使其玻璃液整体流动(见图3)。

在料盆入口处，由图2我们可见三角形区域代
表了料滴的形成，产品底部及整个产品的直接形
成见图4。

虽然我们采用了中部冷却以及保持料道两侧
的正压燃烧，使玻璃液温度均匀性有所改善，但
是由于料道底部的玻璃液流动比上层慢，煤气加
热的辐射热不能达到玻璃液内部(特别是深色玻
璃)，加热的辐射对料道底部温度作用不大，因
此它存在着垂直方向的温度差。

根据以上情况我们可知，料道内两侧的底部区域的玻璃液温度最低，根据图3所示，必须要提高该区域的温度。

根据经验，一般两侧底部的温度要低于中间上部15℃左右，这对高速形成、轻量化、薄壁制品以及细颈制品压吹等都是十分不利的。

我们必须要设法提高料道两侧的底部温度。

要完全清除中心和两侧，特别是料道两侧底部之间的温度差，建议采用侧部电加热(见图5)。

侧墙加热采用两个变压器，在均
衡段的两侧各用1只，每侧各连接6
根电极，通过电极产生电流，加热
这个区域的玻璃液，这就是所谓的
侧部到侧部的电加热方式。

用这种方式可以加热最靠近侧墙
底部的玻璃液，该区域的温度由侧
面热电偶下端一点测出，以该点温
度值作为控制点，可使料道两侧的底部温度上升，甚至可以超过料道的中心温度，这样可以
大大提高玻璃液的均化，使料道里的
玻璃液温度均匀，进入料盆后，可以
形成十分均匀的玻璃液，供料滴成型。

当然影响玻璃液均化的因素很多，
当遇到问题时，要确认是否是下列因
素造成的，并对玻璃液的以下状况进
行核对：
(1)玻璃液颜色(转料否)，
(2)出料量的变化(换品种否)，
(3)玻璃液面的稳定，
(4)工作池出口温度(料道入口温度)，
(5)料道的尺寸、布置、转角等，
(6)料道内的压力，
(7)耐火材料和保温材料的情况，
(8)冷却风系统，
(9)温度热电偶测量及控制系统，
(10)侧墙电加热情况，
(11)料盆火焰保暖情况。

3结论
熔窑的料道主要进行的是玻璃均化过程，玻璃均化好坏将导致玻璃缺陷是否产生。

通过在料道两侧增设加热装置，能较好地解决料道内玻璃的温度差，而料道电加热更有利于玻璃液的均化。

璃产品的成型，对玻璃液温度的稳定要求，也有很大的差异，理应给以不同的对待。

又如采用全电熔技术的玻璃熔窑，它的熔化部、澄清部和供料道内的玻璃液温度也有不同的控温精度要求；同时，以上三个区域中的玻璃液是互通的，玻璃液温度的控制也是互相影响和关联的，为此，在设计窑内各个区域的温度控制系统时，必须综合考虑不同的控温精度要求和关联作用。

3.4通过必要的玻璃熔窑热平衡或电平衡测定来发现问题，寻求解决方案
许多生产和研究单位采用检测和显示仪表，对运行中的玻璃熔窑定期进行热平衡测定，可以评定熔窑的热效率，发现设计、材料选用、运行控制等方面的缺陷或问题。

同样，对运行中的电加热熔窑进行电平衡测定，可以评定熔窑的电热效率，并及时发现供电或电加热元件的故障。

3.5通过热能数字化控制系统来降低能源消耗
目前，由于能源供应的多样化和多渠道，使得能源的品种和品质的稳定性受到了比较大的
影响。

为此，企业对每一批燃料(如煤炭、重油或天然气等)必须进行化学成分、含水量和热值的测定。

如果在热能数字化控制系统中，使用热值仪来实时监控，可以减少由于燃料热值波动，引起的热能供应情况变化。

又如，在燃油玻璃熔窑上，采用燃料油调节泵或定量泵，进行热能数字化控制。

由于大中型玻璃熔窑通常具有比较大的热容量，窑内温度控制的滞后性很大，所以在加热功率相对稳定时，可以采用稳定热能(包括燃料和电能)供给的控制方案，即通过热能数字化控制系统来间接控制窑内温度，降低能源消耗。

3.6通过计算机数值模拟和物理模拟来研究玻璃熔窑的热工过程
虽然现阶段建立关于玻璃熔窑热工过程的完整数学模型仍具有一定的困难，但是，通过大量的现场的各种数据采集、分析和处理，还是可以建立一定的数学模型，进而开展计算机数值模拟和物理模拟工作，开展对玻璃熔窑热工过程和材料性能的研究，为现有熔窑的改进或新型熔窑的开发提供数据和依据。

3.7通过计算机的玻璃熔窑辅助设计来提高熔窑的热工特性和热效率
传统的熔窑设计是通过热平衡计算和流体力学计算，粗定各部分的几何尺寸，再用经验指标和参数细定熔窑各部分的结构尺寸，得到熔窑的外形和荷重、砖柱与基础的尺寸和位置。

再经过复算和校核等步骤…。

传统方法的计算和绘图的工作量很大，效率也难以提高。

如今，采用计算机和熔窑设计软件，并依靠数值模拟，通过内热传递计算，估计热负荷特性等优化设计手段，实现熔窑设计的数字化和现代化。

使用计算机来绘制熔窑设计图和利用数字存储技术，具有快速、高效、读取、存储、交流、打印和修改方便的特点。

通过计算机的玻璃熔窑辅助设计，可以提高熔窑的热工特性和热效率，实现优化的节能设计目标。

4、温度控制器
过程控制仪表种类非常多，按控制装置用能源分有电动、气动、液动及混合式，按信号类型分有模拟、数字调节仪表，按结构型式分有基地式、单元组合式、组装式和总体分散等控制装置。

本文仅就供料道温度控制中常用的几种作简要说明。

由于重点是讨论控制器的选用及赢用中的一些问题也就没有必要对控制器的结构和原理作太多的叙述。

供料道温度控制系统经历了使用动圈式调节仪表、自动显示记录调节仪表特别是电子自动平衡——气动式词节记录仪表、电动单元组合仪表、总体分散控制装置等的发展过程，它与电子、仪表工业的发展息息相关。

但不论选用何种控制器均应考虑能否满足工艺提出的控制要求、经济性、使用方便与灵活以及控制装置本身的发展趋势等因素。

前已提到，料道控制方案主要应根据工艺生产要求进行选择并不是在任何情况下都要考虑复杂的控制系统。

有时恰恰相反，用简单的单回路控制能得到更好的效果。

同样，控制系统方案确定后，也不提倡一味追求高级的调节仪表。

须知一个常规仪表使用经验较少的工厂，对复杂的计算机控制系统，无论是管理、维护或操作使用，都难以很快适应。

当然，有的仪表功能较多，使用灵活，工厂在选用时，完全可以(也应该)根据本厂在控制方面的发展规划，选用有发展前途的、功能多样、便于扩展的、能与计算机兼容、操作简便的控制装置。

4.1、自动平衡显示记录调节仪表
电子自动电位差计是最常见的温度显示记录仪表它直接接收热电偶或辐射高温计的测温毫伏信号，该信号与测量桥路所产生的毫伏信号比较，其差值进放大器放大，去驱动伺服电机(可逆电机)。

伺服电机带动测量桥路上滑线电阻上滑动触点改变了电桥桥臂电阻的分配关系从而使测量桥路产生的毫伏信号作相应变化。

当桥路产生的毫伏信号与测量信号相等时，输送到放大器的信号即为零，伺服电机即停止转动，仪表达到新的平衡点。

此时与
滑动触点联动的指针及记录笔就指示和记录了被测温度。

记录形式有长图、圆图和条型等，记录纸是由同步电机驱动的。

(见图28)
如果通过某种机械或电气联系，让伺服电机在改变测量值的指示和记录指针的同时改变附加的一个调节器的输入，即相当于调节器也接收到了变化的测量值信号。

这样就可以由调节器来承担控制的任务。

图28表示这种内部附加了调节器的电子自动电位整计的结构。

附加调节器一般常用气动式和电动式调节器。

由于气动薄膜调节阀结构简单/动作平稳可靠，使电子自动平衡记录——气动调节仪长期受到玻璃厂的青睐在供料道温度控制系统上，Honoywoll公司专门设计的记录调节仪到七十年代后期还在不少玻璃厂使用。

电子自动平衡记录——气动调节仪的原理示意见图29。

仪器的自动显示记录部分同图28，这里只画了它的伺服电机。

伺服电机一方面带动显示记录指针另一方面经过适当的机板连杆带动气动调节器的喷嘴档板机构中的挡板。

档板与喷嘴之间距离改变引起喷嘴背压变化，经过气动放大器，比例积分微分等运算机构，最后输出0.2～1.0kgf／om~的气压控制号操纵调节阎动作。

带电动调节器的自动平衡仪表原理见图30。

这里记录仪表伺服电机带动的是位于另一个比较电桥电阻盘上的指针。

电桥上另有一个定值信号，由操作人员设定。

当象征测量值的指针被伺服电机带动左右移动时，电桥即输送相应的偏差信号给附加的电动词节器。

这样在一台仪表内自动完成温度的显示、记录和调节的全部功能。

仪器输出信号直接驱动电机执行机构，或经过电一气转换器转化为气动控制信号去驱动薄膜调节阀。

自动平衡显示、记录、调节仪表构成的系统最简单工作可靠功能价格比好。

但它的灵活性较差，在大量数字仪表、计算机进入市场后它们的优势可能逐渐失去。

对于高控制精度要求的供料道必须对仪表的量程(刻度范围)进行压缩例如1000~1200℃或更窄。

这样当仪表精度为0.5％时，控制器的精度可以达到士1~C。

(当然，包括下面还要提到的“精度”都指相对精度。

因为系统中的热电偶本身在全测量范围中的最大可能误差就不
止1℃，但热电偶的复现性较好，其测量是相对稳定的。

此外，欲达到±1℃的招对稳定系统中各个仪表的选择、安装接线、调试使用都有严格的要求，不光是用了一台高精度的诃节器就能解决问题)但是，必须指出，仪表测量范围的压缩是有限制的，它取决于仪表本身的设计和制造精度，例如放大器的漂移等指标。

过多地压缩刻度看起来表面上的分度更“细”了，但实际上读出的数据可能是不准确的LN~f~时仪表的精度比原来降低了对于铂铑铂热电偶，在1000~200~C的测量范围内温度变化1200℃，热电势改变11～12微伏面目产电子电位差计放大器的漂移是5微伏，不灵敏度为2O微伏再加上其他器件、部件的误差(元件噪声、机械问隙等)要做到100~200。

G的4度压缩范围是有一定困难的。

4.2电动单元组合仪表
随着电子技术的发展电动调节仪表的可靠性和安全性等已得到很大提高。

加上电动扳表功能丰富较容易解决信号的显示、输送和运算，特别是易与电子计算机联系实现高级、复杂的控制。

因此电动仪表已逐渐取代气动仪表，在玻璃工厂得到越来越广泛的应用。

单元组合仪表是根据自动控制系统中各个环节的功能要求设计具有独立作胡的单元，各单元之间用标准统一的信号互相联系。

与基地式仪表不同的是，按功能设置的单元可以灵活方便地组合以构成不同的控制系统。

例如上面介绍的自动平衡显示记录调节仪表具有综合功能，但它只适用于一定测温仪表(如配铂铑铕热电偶，辐射高温计等都有专门的桥路和刻崖标尺不能通用j。

如改用单元组台仪表则就必须用温度变送器、罚节器、操作器、以及配套的显示仪、记录仪等几台仪器才能完全取代一台自动显示记录调节仪表。

显然，构成调节系统就比较繁复。

但是各单元的使用组合十分灵活。

如调节器不仅可用于温度还可用于压力、流量等控制不仅适合于单参数词节。

也适用于串级、比值以及多参数的控制；一个温度诃节系统如果需要变换测温元件，不必更换或改动仪表只须对变送器重新做次滴整就行。

对整个工厂而言因为相同的单元可以互换可以太大减少仪表的备件。

电动单元组合II型仪表(DDZ-H)是目前玻璃厂使用最广泛的单元组合仪表。

它是基于晶体管电路的仪表使用时间长(已达二十年)因此技术上成熟，便于掌握维护；同时考虑到上面已谈到的因素一般情况下是适合大部分玻璃工厂控制要求的，特别是在玻璃窑炉的自动控制方面。

当DDZ一Ⅱ型调节仪表用于供料遭控制时，必须同时考虑温度变送器和调节器的精度问题。

II型温度坐送器如将量程压缩到1毫伏(大致相当于铂铑铂热电偶100。

G的测温范围例如LB一3从1050~1150。

G的热电势差是11．317-10．136~1．181毫伏j其精度将下降到1．6珏，也就是说它的测温误差差不多是1．5~0。

要提高控翩精度，可以考虑温差变送器在1毫伏测量范围内其漂移可控制在2微伏，仪表精度0.5％。

II型调节器的给定值稳定度为±0.25％，抗横向干扰和抗纵向干扰折算到输入端均为±0.5为。

采用II型调节仪表组成温度控制系统的结构见图31
电动单元组合III型(DDZ-III)调节仪表采用国际标准信号制和新型的集成电路，提高了仪表
的精度与可靠性；另一重要特点是安全防爆。

对玻璃厂来说感兴趣的是仪表精度的提高。

在料道温图31DDZ-U型仪表组成料道亟鏖控制系统框图度控制系统中III型仪表能够体现它的优越性。

由于采用了集成运算放大器减少了放大器的漂移。

同时在线路设计上也考虑了许多抗漂移的措施对元器件挑选更加严格等等。

III型调节器给定信号稳定度为士0.1℅茄比II型提高1.25倍其闭环控制精度可以达到土0.5℅在控制要求较高的场合采用III型仪表是可取的。

但是[II型仪表安全防爆等特点对玻璃厂来说并不突出另外全套仪表的价格比II型贵很多。

在功能上它与先进的数字调节器或工业控制机又有一定差距在国外已基本停止生产。

4.3TA调节仪表
TA系列电子温度调节仪表是一种较为简单然而又具有一定特色的控制仪表十几年来在玻璃工厂也得到了广泛应用。

TA电子温度调节器的原理框图见图32这里仅以TA-091配铂铑～铂热电偶的品种为侧说明。

TA仪表可以归入基地式仪表一类，因为它也集变送、调节、显示等功能于一体。

同自动平衡显示记录调节仪表一样热电偶或其他测量仪表的毫伏信号直接进入调节器无须经过变送器。

在比较桥路中，测量信号与定值信号比较并将偏差信号输入微伏放大器。

放大器输出信号用偏差指示表显示被控温度与给定值之间的偏差，同时经PID调节器运算后最终输出0N10毫安的调节信号到电动执行器(或电气转换器)。

TA仪表的一个特点是采用了数字毫伏定值器，通过面板上的拨盘开关操作者可直观准确地送入给定值(以毫伏表示)。

数字定值器采用了较稳定的直流电源、精密的网络电阻，大大提高了定值的精度与稳定度。

直流微伏放大器对输入信号进行多级滤波通过场效应管斩波器调制四级放大后再经输出变压器输进到解调器。

微伏放大器的灵敏度为土5微伏初始漂移微伏，温漂(每10。

a1和时漂(24小时)都是10微伏，抗干扰能力折算到输入端为10微伏。

可见，放大器的技术指标对高精度要求的温度控制是不够的。

，
PID调节器采用了集成运算放大器与分立元件相结台的设计，其温移和零漂是l0微伏。

TA型仪表在使用上还存在一些不够方便之处，主要是设计上要考虑仪表的简单而带来的例如手自动不能无扰动切换、无上下限幅等等。

但在玻璃熔炉、退火炉以及控制要求不是非常高(如l～2℃)的供料道等场台使用简单、价廉的TA型仪表还是可行的。

4.4总体分散型(集散型)控制装置
从模拟式调节仪表控制走向数字式计算机控制，也是玻璃工业自动控制的发展趋势。

早在1965年美国Owens一]1]~nO／S公司就在玻璃窑炉的控制上用上了IBM计算机控制。

但是经过一段时问以后人们发现采用大型计算机对垒厂或全车间的生产过程进行直接数字控制(DDC)，并不是一种最好的办法，一味追求高度集中并不策略。

园为控制范围越大，一旦计
算机系统出现故障给生产造成的危害也越太甚至可能使整条生产线处于瘫痪。

这样，必须考虑备用计算机或一整套常规调节仪表，系统的投资势必很大。

另一方面，控制过于集中操作显示盘面增加，监视将产生困难。

控制装置到现场距离太远，安装费用增加，又容易引进干扰等等。

因此一种建立在集中数据处理一分散过程控制的新型系统即总体分散控制系统就产生了，它使过程控制又开始向分散化发展。

微处理器技术的迅速发展为集散型控制装置的开发提供了极为有利的条件。

1975年美国HoneyweH公司首先研制成TI)C~2000集散系统到1979年就销售5万套可见其生命力。

现在美、日等国推出的各种系统其回路调节器分散单位从8个到64个都有通常
以8回路较多见。

就是说一个分散的控制
器只同时控制8个调节回路，当这个控制
器发生故障最多影响8个回路其他的生产
过程正常进行。

为了进一步分散危险，以
后又生产了4回路、单回路调节器供用户
任意组合。

图33表示一种最简单的集散系统，一线
控制器可以使用8回路、4回路、单回路
调节器，由用户根据自己的情况来设计选
配。

回路调节器可以和变送器、执行器一
起构成不同控制系统，它们能够独立工作
但与常规调节器不同它们可以和上级控制
站或上位计算机通讯，向上级计算机输送控
制数据，或供CRT与制表机进行显示打印；
同时也能接受上一级控制站的指令如修改
定值等等。

这样，集散型系统完全具有原来
计算机控制装置的一切功能同时又幽30最
简单的总体分散控制系统比它们灵活、安全
得多。

由于回路调节器实际上是微机化了的
仪表，它们本身已有一系列常规仪表无法具
有的一些功能(下面还要介绍)，从某种意义
上来说它已是一台小的计算机控图4KMM
型单回路调节器正视图
j一～报警灯：L一通讯指示灯；IR一联锁
括示殛复位按钮；IAL一异常指示灯；sPB
一设定舞钮：cBL一串缎方式敲钮及指示
灯；ABL一自动方式按钮髓指示灯；MBL
一手动按钮硬指示灯；SPP--~值指舒：PVP
一测量i针：MP一记忆指针：oP一输出指
示；DB、I-输出控制按钮iNP一名牌制器。

而从使用上来看设计者已成功地使它完全
仪表化操作人员完全可按他们已经习惯了
的、常规仪表的操作方法进行控制。

因此，
集散型控制装置是最能体现现代控制策略
一一分级控制有效工具
8回路、4回路和单回路调节器从原理、功能上太体相似，只是控制的范围有所不同。

当
然，包含回路多其功能，价格比也高，但危险性也就大，在选用时要综台权衡确定。

下面以单回路调节器为例作简单介绍。

简单回路调节器(国内已引进组装并仿造)的表面见圈34。

显然，从外观上与常规调节器并没有什么不同。

仪表内部右侧设有数据设定器用来设置或改变调节器参数，读出运算操作的中间结果显示自诊断结果等等。

在控制器后部有备用手动操作单元当控制器发生故障时，可以用它进行临时操作。

KMM仪表又称可编程序调节器，它的内部有3o个可执行各种处理功能的运算单元45种运算方式通过编程，把所要求的运算方式例如加、减、乘、除、开方、PID调节、高限、低限、超前滞后、定时、折线等等，根据系统组合的婀序关系输入运算单元可以灵活构成各种诃节系统。

KMM的功能主要可以归纳为输入处理、运算处理、输出处理三类，每一种功能都由仪表内已事先编制好的、存储在存储器内的相应子程序来实现。

微处理器的作用在这里得到了充分体现这是常规模拟仪表根本无法做到的。

KMM可以接受5个模拟量输入信号，根据系统需要首先进行输入处理，倒如可对热电偶测量信号进行非线性校正、对流量测量的差压信号进行开方以及温度和压力补偿、对加在各种输入信号中的干扰(噪声)进行滤波等等。

运算类功能包括各种算术运算、逻辑运算、信号发生、变化率、PID高低限判别等等，KMM最多可选择两个PID运算单元，因此用一台调节器即可构成一个串级或前馈等复杂调节系统。

由于运算功能齐全利用KMM来组成其他一些复杂系统例如常用的交叉限幅燃烧控制系统格外有利。

KMM有三个模拟输出信号和三个数字输出信号根据内部信号的分配选择输出端，得到4—2OmA电流信号或1—6V电压信号以及晶体管触点输出信号。

KMM的操作方式有手动、自动、串级和跟踪等4种模式，可按其中一种方式工作。

此外仪表还有两种事故方式可供选择即联锁手动方式和备用方式。

联锁手动方式是在模拟输入寄存的溢出、运算操作溢出、或自捡功能判断调节器溢出，以及外部联锁信号作用来到时仪表自动地转换到这种方式。

此时仪表呈现的功能与手动状态时一样，由面板上的手动控制按纽(ZB、DB)来进行控制。

备用方式是自诊断功能检出异常情况，仪表被切换到这种方式，此时可以使用备用手动单元进行手动操作输出。

可编程调节器的调节类型有4种
0型调节仪表中只有一个PID运算单元ID运算式占用3O个运算单元中的一个)按本机设定方式工作无串级模式。

1型调节这种形式仪表中只有一个PID单元但它可以用开关选择是作为内定值使用还是串级方式使用。

2型调节仪表有两个PID运算单元(PID运算式占用3O个运算单元中的两个)。

第一个单元按本机设定、第二个单元按远方定值方式工作。

3型调节也有两个PID单元第二个单元可以用本机设定或外部远方设定。

具有串级方式的功能。

在使用中也是由用户确定究竟选用哪种方式并在仪表调整组悉时加以规定。

此外仪表还具有自动平衡功能可以进行无扰动的方式转换。

仪表的自诊断功能在每
一个采样周期检查电路，如果发现工作异常数据设定器就会显示诊断码，如输入异常(输入超量程)、运算溢出和运算量过裁。

检出以上任何一种异常状况时仪表就会自动切换到联
锁手动方式。

在另外一些异常如ROM异常、RAM异常采样时间异常、MD转换异常及
输出反馈异常时，仪表停止工作，转入备用方式。