坩埚法拉丝精密控制技术

坩埚法拉丝精密控制技术分解

坩埚法拉丝作为我国特有的玻璃纤维生产技术，其投资少，生产调整灵活，在我国中小型玻纤企业应用广泛。近年来，坩埚法拉丝在增产增效、节能降耗等方面有了明显的进步，但在产品质量上，与池窑拉丝产品的差距越来越大，尤其体现在纤维基本性能上，如线密度、浸润剂涂覆的均匀性等方面。其原因不仅在于坩埚法生产固有的热容量小、工艺不易稳定的缺陷，而且与所采用的落后的生产过程控制技术有很大关系，尤其是目前坩埚法拉制的细纱产品，控制技术对产品质量的影响更大。

传统的坩埚拉丝控制对象主要包括：漏板控制、电熔控制、加球控制三方面。其控制方式对应为：漏板控制一般采用恒压控制，也有少数采用恒温控制方式；电熔控制基本是恒流仪表控制；加球控制多是不连续的间断式加球控制。这些控制方式虽然可以满足基本生产要求，但对于高质量要求的玻纤细纱来说，仍存在以下主要缺陷：(1)漏板电流电压控制精度不高，漏板温度波动大，纱的线密度波动较大。(2)各种现场应用的仪器仪表与生产工艺结合性较差，没有针对坩埚法玻璃熔制的特点进行生产过程的控制。(3)故障率较高，稳定性差等。因而需要生产过程进行精密控制，以提高产品质量及稳定性。

坩埚法玻璃纤维拉丝精密控制技术与现有技术相比，拉制过程的控制对象范围和控制要求精度更高，稳定性和可靠性更高。控制对象范围增加，包括：(1)漏板恒温恒压控制。(2)电熔控制与坩埚炉型的合理集合。(3)加球控制要求采用连续式加球，以减小间断式加球对系统液位及温度的冲击而引起固有缺点。(4)涂油器也要求变频调速控制以使内外层浸润济一致。(5)拉丝机控制与漏板温度变化规律的结合等。不仅对以上控制对象增加要求，而且控制精度和控制效果也有更高要求。本文就是针对上述工艺控制要求提出一整套控制方案。

1 精密控制主要技术环节

1.1漏板控制

采用恒压、恒温及无扰动切换控制装置，采用性能、控制调节质量和稳定性更好的移相功率调节器调节漏板变压器的输出功率，取代传统的可控硅触发回路;采用５位高精度温度控制器，确保漏板温度精度高，周期震荡幅度小；电压信号的采样也使用独立的高精度真有效值电压变送器，保证电压采样信号不失真，这样即使是恒压控制时,系统也具有很好的稳定性。与传统的恒压仪表控制相比，在电压信号采样、控制仪表的控制精度和输出功率触发等诸多环节上完全提高一大步，系统具有恒温、恒压与它们的串级控制，使得系统在信号抗干扰、信号漂移、触发稳定性和控制精度上都获得很大提高和改进。在系统升温和拉丝过程

中方便地使用恒压控制和恒温控制的无扰动切换功能。

高精度温控仪在拉丝过程中漏板温度控制可在±0.5℃范围,即使在恒压控制方式下，漏板温度波动也小于目前的恒温仪表。

漏板控制原理，见图1。

1.2 电熔控制

确保流入漏板内的玻璃液温度保持稳定、均匀，与合理的坩埚结构、电极布置、加球位置和方式密切相关，因而电熔精密控制的重点是控制系统的稳定性。

和漏板控制方案一样，本控制方案同样采用智能控制仪、电压调整器、电流变送器等，根据实际要求恒流控制仪表都采用４位有效位数的控制仪表，以降低成本，电流采样使用独立的有效值电流变送器。

实际使用效果表明，采用该系统进行恒流控制时，在合理的坩埚工艺条件下，进入流液槽的玻璃温度可控制在±2℃内,其控制性能接近于池窑拉丝。

电熔控制系统原理，见图2。

1.3 加球控制

目前坩埚法间断式加球是正常拉丝过程中影响温度波动的主要因素之一。周期性的间断加球的结果会一次次打破系统的温度调节的平衡状态，使得温度控制算法周期性进行大幅度调整，这就导致系统温度平衡不停的被打破并重新调节，导致温度波动幅度大，高精度温制难以实现。

如何解决间断式加球的问题，而变成连续式加球是改善系统稳定的又一个重要方面。采用池窑的液位控制的方案代价太高。若在采用原位式探针测量液面的基础上，改变批量加球为连续变速加球，可达到克服原加球系统固有弊病的目的。

拉丝过程中通过铂金探针和液位的接触状态，控制加球变频器调节高低双速加球，达到最大限度地均速加球，最大限度地减少由于加球带来的炉温波动。通过高低速输出计时报警保护，保证加球过程的安全可靠。合适的高低速度调节能使液位保持较小的波动，尤其是大幅度的阶跃峰谷现象得以避免。

通过上述的改造，本系统即使是在恒流、恒压的控制方式下也能做到高支纱的支数波动在±

3%之内。

加球控制系统原理，见图3。

1.4 涂油器控制

与拉丝机时间继电器连锁，采用变频变速控制，实现涂油器在拉丝过程中减速，保证原丝筒内外层浸润剂含量一致，该技术与池窑拉丝一致。

1.5 拉丝机控制

将普通拉丝机进行部分控制改造，引入变频控制，也能有效提高产品质量及稳定性。 (1)引入变频控制后，软筒拉丝可实现转速随丝饼直径的递减，从而实现线速度的恒定；对硬筒拉丝来说，可实现补偿硬筒直径大小头带来的线速度的变化。

(2)引入变频控制后，可以进一步设定程序，抵消当拉丝过程发生中断时，漏板周围的冷却气流环境发生变化，漏板温度随之会逐渐上升，再次上车时，会带来的一段时间原丝线密度的偏离标准的现象。在池窑拉丝生产过程控制中，采用漏板温度补偿程序来实现，为减少控制装置投资，可用拉丝机的速度补偿来实现，即通过拉丝速度的变化来抵消漏板温度变化对线密度的影响。

2 结果与讨论

(1)以上就坩埚法玻璃纤维拉丝精密控制技术提出了一整套控制方案，从实际运行效果来看，大大提高和改善上述环节的控制精度和控制效果，系统工作的稳定性明显得到改善,

各项控制操作方便灵活，控制性能安全可靠，液位波动小，尤其是克服了以往加球冲击给系统带来的强烈扰动,使得系统温度得以平稳控制；漏板温度、玻璃液温度、原丝线密度以及拉丝工作状态等各项指标大大提高，为高要求拉丝工艺提供控制方面的保证。

(2)提高坩埚法玻璃纤维拉丝控制水平是提高产品质量的重要手段之一。在采用紧密控制技术的同时，首先应充分理解产品的质量要求，并采取合理的工艺装备和技术，以使得精密控制技术达到预期的要求。同时也可结合产品要求和工艺及装备现状密切配合，合理选择精密控制装备，以达到投资少，见效快的目的。