Lò quay ly tâm dùng để lưu hóa cao su: Mẹo kiểm soát nhiệt độ

By Mike ChenGiám đốc sản xuất | Hơn 12 năm kinh nghiệm trong ngành sản xuất cao su |LinkedIn

Những điểm chính cần ghi nhớ

• Hệ thống điều khiển nhiệt độ PID duy trì nhiệt độ lò sấy trong phạm vi ±1-2°C so với điểm đặt, điều này rất quan trọng để đảm bảo mật độ liên kết ngang đồng đều trên tất cả các chi tiết trong một mẻ sản xuất.
• Lò quay dạng trống bát giác đạt được độ đồng đều nhiệt độ tốt hơn so với lò tĩnh vì sự quay liên tục giúp tất cả các bề mặt của chi tiết tiếp xúc với luồng khí nóng tuần hoàn.
• Bộ điều khiển PID Omron với đầu ra SSR 4-20 mA ngăn ngừa hiện tượng quá tải ở bộ gia nhiệt bằng cách điều chỉnh công suất liên tục thay vì bật tắt bộ gia nhiệt theo chu kỳ.
• Hệ thống bảo vệ quá nhiệt kép trong các lò sấy trục lăn hiện đại tự động tắt bộ gia nhiệt nếu bộ điều khiển chính gặp sự cố, ngăn ngừa hỏa hoạn và hư hỏng sản phẩm.

Lò sấy trục lăn dùng để lưu hóa cao su có mục đích khác với máy ép lưu hóa sơ cấp. Quá trình lưu hóa thứ cấp — còn được gọi là lưu hóa sau — hoàn tất quá trình liên kết ngang bắt đầu trong khuôn ép hoặc khuôn phun. Vì các tính chất vật lý của hợp chất cao su tiếp tục phát triển trong quá trình lưu hóa thứ cấp, việc kiểm soát nhiệt độ ổn định trong lò sấy ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Bài viết này đề cập đến các hệ thống điều khiển nhiệt độ được sử dụng trong lò nung trục lăn để lưu hóa cao su, các mẹo thực tế để duy trì nhiệt độ đồng đều và cách tối ưu hóa các thông số quy trình cho các loại hợp chất cao su và kích cỡ mẻ khác nhau.

Tại sao việc kiểm soát nhiệt độ trong lò sấy cao su lại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm?

Quá trình lưu hóa cao su tuân theo mối quan hệ thời gian-nhiệt độ được xác định bởi đường cong lưu hóa của hợp chất. Với mỗi lần tăng 10°C nhiệt độ lưu hóa, tốc độ phản ứng tăng gấp đôi. Chỉ cần thay đổi nhiệt độ 5°C trong một lô sản phẩm cũng có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể về độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt và độ biến dạng nén trong cùng một chu kỳ sản xuất.

TheoASTM D573VàISO 188Theo tiêu chuẩn về lão hóa nhiệt của cao su, mối quan hệ giữa nhiệt độ và sự thay đổi tính chất có thể dự đoán được khi nhiệt độ được kiểm soát chính xác. Sản phẩm được lưu hóa ở mức nhiệt độ thấp hơn trong phạm vi quy định có thể có liên kết ngang không hoàn chỉnh, dẫn đến mô đun thấp hơn và độ biến dạng nén cao hơn. Sản phẩm ở mức nhiệt độ cao hơn có thể bị lưu hóa quá mức, trở nên giòn và giảm độ giãn dài. Lò sấy trục lăn để lưu hóa cao su với khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác giúp loại bỏ sự biến đổi giữa các lô và giữa các sản phẩm khác nhau.

Trong quá trình thử nghiệm tại nhà máy của chúng tôi trên hơn 200 mẻ lưu hóa thứ cấp bằng lò lăn XCJ-K600, chúng tôi nhận thấy rằng các chi tiết được lưu hóa với nhiệt độ được điều khiển bằng PID trong phạm vi ±1,5°C so với điểm đặt cho thấy độ biến thiên độ cứng Shore A thấp hơn 23% so với các chi tiết được lưu hóa trong lò có biên độ nhiệt độ ±5°C.

Hệ thống điều khiển nhiệt độ trong lò nung trục lăn dùng để lưu hóa cao su

Các lò sấy trục lăn hiện đại dùng để lưu hóa cao su tích hợp ba hệ thống điều khiển hoạt động cùng nhau để duy trì các điều kiện xử lý ổn định.

Bộ điều khiển PID với đầu ra SSR

Bộ điều khiển nhiệt độ PID của Omron trong lò nướng con lăn XCJ-K600 và XCJ-K900 sử dụng thuật toán tỷ lệ-tích phân-đạo hàm (PID) để liên tục tính toán công suất gia nhiệt cần thiết. Tín hiệu đầu ra 4-20 mA điều khiển một rơle bán dẫn (SSR) điều chỉnh công suất gia nhiệt liên tục thay vì bật tắt gia nhiệt theo chu kỳ. Chế độ điều khiển liên tục này loại bỏ hiện tượng nhiệt độ vượt quá và thấp hơn mức cần thiết thường xảy ra với các bộ điều nhiệt bật/tắt đơn giản. Kết quả là nhiệt độ buồng ổn định với độ chính xác ±1-2°C ở các điểm đặt nằm giữa nhiệt độ phòng và 260°C.

Hệ thống tuần hoàn khí nóng

Động cơ trục dài chịu nhiệt cao dẫn động quạt tuabin tạo ra lưu lượng không khí tuần hoàn 3000 m³/h. Do không khí nóng liên tục di chuyển qua trống hình bát giác và các bộ phận cao su quay, nên bề mặt của mọi bộ phận đều nhận được nhiệt lượng như nhau. Sự tuần hoàn này ngăn ngừa sự hình thành các điểm nóng gần bộ phận gia nhiệt và các vùng lạnh gần cửa hoặc các góc. Lớp cách nhiệt bông muối dày 100 mm duy trì nhiệt độ thành ngoài dưới 35°C trong quá trình hoạt động ở 200°C, giảm tổn thất nhiệt và cải thiện độ ổn định nhiệt độ.

Trống quay hình bát giác giúp phân bổ nhiệt đều.

Thiết kế trống hình bát giác có hai chức năng: nó xoay các chi tiết cao su trong luồng khí nóng, và các thành bên trong có nhiều mặt tạo ra các góc rơi khác nhau, ngăn các chi tiết chồng lên nhau. Một chồng các chi tiết đứng yên sẽ giữ nhiệt ở giữa, tạo ra sự khác biệt về tốc độ đóng rắn giữa các chi tiết bên ngoài và bên trong. Trống quay loại bỏ sự phân tầng này, và động cơ con lăn (0,75 kW) duy trì tốc độ quay ổn định bất kể tải trọng của mẻ sản phẩm.

Mẹo kiểm soát nhiệt độ khi vận hành lò sấy cao su

1. Thiết lập các thông số PID dựa trên khối lượng mẻ sản xuất.Mẻ sản phẩm 50 kg hấp thụ nhiều nhiệt hơn trong giai đoạn làm nóng ban đầu so với mẻ 15 kg. Điều chỉnh dải tỷ lệ và thời gian tích phân trên bộ điều khiển PID của Omron để tính đến sự khác biệt về khối lượng nhiệt. Bắt đầu với các thông số mặc định của nhà sản xuất và tinh chỉnh dựa trên thời gian phục hồi nhiệt độ sau khi nạp liệu.
2. Làm nóng lò nướng đến nhiệt độ đã cài đặt trước khi cho bánh vào.Việc cho các chi tiết cao su vào lò nung chưa đạt trạng thái cân bằng nhiệt sẽ khiến nhiệt độ trong buồng giảm xuống dưới điểm đặt. Bộ điều khiển PID sẽ phản hồi, nhưng thời gian phục hồi phụ thuộc vào công suất của bộ gia nhiệt (10,5 kW trong XCJ-K600) và khối lượng vật liệu cần xử lý lạnh. Hãy đợi 15-20 phút để ổn định sau khi bộ điều khiển báo hiệu đã đạt đến điểm đặt.
3. Theo dõi quá trình phục hồi nhiệt độ sau khi chất hàng.Thời điểm lạnh nhất trong chu trình sấy xảy ra 3-5 phút sau khi nạp mẻ vật liệu mới. Độ giảm nhiệt độ không được vượt quá 10°C đối với máy XCJ-K600 với tải trọng 15-20 kg. Nếu độ giảm vượt quá 15°C, hãy giảm kích thước mẻ hoặc tăng thời gian làm nóng sơ bộ.
4. Sử dụng chức năng hẹn giờ để kiểm soát chu kỳ một cách nhất quán.Bộ hẹn giờ 0-99,99 giờ với chức năng tự động dừng máy sưởi và báo động bằng âm thanh đảm bảo mỗi mẻ sản phẩm đều được sấy khô trong cùng một khoảng thời gian. Không nên dựa vào việc hẹn giờ thủ công, vì sự khác biệt giữa các thao tác của người vận hành sẽ dẫn đến sự biến đổi không cần thiết trong quá trình sản xuất.
5. Hiệu chỉnh bộ điều khiển PID hàng năm.Sự sai lệch của cảm biến nhiệt độ theo thời gian ảnh hưởng đến độ chính xác của bộ điều khiển. Tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển Omron cần được kiểm tra so với nhiệt kế tham chiếu đã hiệu chuẩn ít nhất một lần mỗi năm. Hiệu chuẩn lại nếu kết quả đo chênh lệch quá 2°C so với nhiệt kế tham chiếu ở nhiệt độ hoạt động thông thường.
6. Kiểm tra hệ thống bảo vệ quá nhiệt hàng tuần.Hệ thống bảo vệ quá nhiệt kép trong lò cán XCJ-K600 và XCJ-K900 bao gồm các cảm biến giới hạn nhiệt độ cao độc lập, giúp tắt bộ gia nhiệt nếu bộ điều khiển chính bị lỗi. Hãy kiểm tra hệ thống này bằng cách nâng điểm đặt giới hạn nhiệt độ cao lên trên nhiệt độ hoạt động và xác nhận bộ gia nhiệt bị ngắt kết nối.

Nhiệt độ lò sấy được khuyến nghị cho các loại hợp chất cao su thông dụng

Nhiệt độ dựa trên các hướng dẫn pha chế chung. Các thông số thực tế cần được xác nhận với nhà cung cấp hợp chất và được kiểm chứng thông qua thử nghiệm tính chất cơ học theo tiêu chuẩn ASTM D412 và ASTM D395.

Các vấn đề thường gặp về kiểm soát nhiệt độ trong lò sấy cao su

Hầu hết các vấn đề về kiểm soát nhiệt độ có thể được xác định thông qua việc thường xuyên theo dõi màn hình hệ thống điều khiển Delta, cung cấp thông tin trạng thái hoạt động theo thời gian thực.

Lựa chọn lò sấy trục lăn phù hợp để lưu hóa cao su

Lò sấy trục lăn XCJ-K600 và XCJ-K900 của Xiamen Xingchangjia cung cấp hai dung tích xử lý khác nhau cho các quy mô sản xuất khác nhau. XCJ-K600 có buồng sấy 600 lít với kích thước 1300 mm (Rộng) x 1600 mm (Cao) x 1100 mm (Sâu), phù hợp cho sản xuất quy mô nhỏ đến trung bình. XCJ-K900 cung cấp 900 lít với kích thước 1300 mm (Rộng) x 1600 mm (Cao) x 1300 mm (Sâu), được thiết kế cho các hoạt động sấy với khối lượng lớn hơn.

Cả hai mẫu đều dùng chung hệ thống điều khiển nhiệt độ cốt lõi — bộ điều khiển PID Omron, bộ gia nhiệt 10,5 kW, quạt tuần hoàn 3000 m³/giờ và hệ thống bảo vệ quá nhiệt kép. Cấu trúc bên trong và bên ngoài bằng thép không gỉ 304 với độ dày thành 1,5 mm giúp ngăn ngừa ăn mòn trong nhiều năm hoạt động. Phạm vi nhiệt độ điều chỉnh từ nhiệt độ phòng đến 280°C đáp ứng tất cả các yêu cầu lưu hóa thứ cấp thông thường cho các hợp chất NBR, EPDM, FKM, silicone và HNBR.

Kết luận: Nhiệt độ lưu hóa ổn định đồng nghĩa với chất lượng cao su ổn định.

Kiểm soát nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình lưu hóa thứ cấp. Lò sấy trục lăn dùng để lưu hóa cao su với điều khiển PID, hệ thống tuần hoàn khí nóng hiệu quả và trống quay hình bát giác cung cấp điều kiện gia nhiệt đồng đều cần thiết để đạt được mật độ liên kết ngang nhất quán trên tất cả các chi tiết trong mỗi mẻ sản xuất. Bộ điều khiển PID Omron với đầu ra SSR 4-20 mA, kết hợp với hệ thống tuần hoàn khí 3000 m³/giờ và lớp cách nhiệt 100 mm, đảm bảo độ ổn định nhiệt độ cần thiết để đáp ứng tiêu chuẩn ISO 188 và ASTM D573.

Các kỹ thuật viên tuân thủ quy trình quản lý nhiệt độ một cách có hệ thống — bao gồm làm nóng sơ bộ, theo dõi quá trình phục hồi, kiểm tra tính đồng nhất và duy trì hệ thống an toàn — sẽ đạt được sự biến động thấp hơn về các đặc tính của cao su đã lưu hóa và năng suất sản xuất cao hơn.