Валцова пещ за втвърдяване на каучук: Съвети за контрол на температурата

By Майк Чен, Директор производство | 12+ години опит в производството на каучук |LinkedIn

Ключови изводи

• PID температурният контрол поддържа температурата на пещта за втвърдяване в рамките на ±1-2°C от зададената точка, което е критично за равномерната плътност на омрежването във всички части в партидата.
• Ролковите пещи с осмоъгълни барабани постигат по-добра равномерност на температурата от статичните пещи, тъй като непрекъснатото въртене излага всички повърхности на детайлите на циркулиращия горещ въздух.
• PID контролерът Omron с 4-20 mA SSR изход предотвратява превишаването на температурата на нагревателя, като модулира мощността непрекъснато, вместо да включва и изключва нагревателя циклично.
• Двойните системи за защита от прегряване в съвременните валцови пещи за втвърдяване автоматично изключват нагревателя, ако основният контролер се повреди, предотвратявайки пожар и повреда на продукта.

Валцовата пещ за вулканизация на каучук служи за различна цел от пресите за първична вулканизация. Вторичната вулканизация – наричана още последваща вулканизация – завършва процеса на омрежване, който започва във формата за компресия или шприцване. Тъй като физичните свойства на каучуковите смеси продължават да се развиват по време на вторичната вулканизация, постоянният контрол на температурата във фурната за вулканизация влияе пряко върху качеството на крайния продукт.

Тази статия разглежда системите за контрол на температурата, използвани във ролкови пещи за вулканизация на каучук, практически съвети за поддържане на равномерно нагряване и как да се оптимизират параметрите на процеса за различни каучукови смеси и размери на партидите.

Защо контролът на температурата в пещ за втвърдяване на каучук влияе върху качеството на продукта

Втвърдяването на каучука следва зависимост време-температура, определена от кривата на втвърдяване на съединението. За всяко повишаване на температурата на втвърдяване с 10°C, скоростта на реакцията се удвоява приблизително. Колебание на температурата от само 5°C в партида от части може да доведе до измерими разлики в якостта на опън, удължението при скъсване и компресионната деформация в рамките на един и същ производствен цикъл.

НаASTM D573иISO 188Стандартите за топлинно стареене на каучук, връзката между температурата и промяната на свойствата е предвидима, когато температурата е точно контролирана. Продуктите, втвърдени в долния край на спецификационния диапазон, може да имат непълно омрежване, което води до по-нисък модул и по-висока компресионна деформация. Продуктите в горния край могат да претърпят презакаляване, ставайки крехки с намалено удължение. Валцова пещ за втвърдяване на каучук с прецизен контрол на температурата елиминира тази вариация между партиди и части.

При нашите фабрични тестове върху повече от 200 партиди вторична вулканизация, използващи ролковата пещ XCJ-K600, наблюдавахме, че частите, вулканизирани с PID-контролирана температура в рамките на ±1,5°C от зададената точка, показват 23% по-ниска вариация в твърдостта по Шор А в сравнение с частите, вулканизирани в пещи с температурни колебания от ±5°C.

Системи за контрол на температурата в ролкова пещ за вулканизация на каучук

Съвременните ролкови пещи за вулканизация на каучук интегрират три системи за управление, които работят заедно, за да поддържат постоянни условия на обработка.

PID контролер с SSR изход

PID температурният контролер Omron в ролковите пещи XCJ-K600 и XCJ-K900 използва пропорционално-интегрално-деривативен алгоритъм за непрекъснато изчисляване на необходимата мощност на нагревателя. Изходният сигнал 4-20 mA задвижва твърдотелно реле (SSR), което модулира мощността на нагревателя непрекъснато, вместо да го включва и изключва циклично. Този режим на непрекъснато управление елиминира превишаването и подвишаването на температурата, което се случва при прости термостати за включване/изключване. Резултатът е стабилна температура в камерата с точност ±1-2°C при зададени точки между стайната температура и 260°C.

Система за циркулация на горещ въздух

Високотемпературният двигател с дълъг вал, задвижващ турбинния вентилатор, осигурява 3000 кубически метра циркулация на въздуха в час. Тъй като горещият въздух се движи непрекъснато през осмоъгълния барабан и върху въртящите се гумени части, повърхността на всяка част получава еднакво топлинно излагане. Тази циркулация предотвратява образуването на горещи точки близо до нагревателите и студени зони близо до вратата или ъглите. 100 мм изолация от солен памук поддържа температурата на външната стена под 35°C по време на работа при 200°C, намалявайки топлинните загуби и подобрявайки температурната стабилност.

Осмоъгълно въртене на барабана за равномерно излагане на топлина

Осмоъгълният дизайн на барабана служи за двойна цел: той върти гумените части чрез потока горещ въздух, а фасетираните вътрешни стени създават различни ъгли на падане, които предотвратяват слепването на частите една с друга. Неподвижна купчина от части задържа топлината в центъра, създавайки разлики в скоростта на втвърдяване между външните и вътрешните части. Въртящият се барабан елиминира това наслояване, а ролковият мотор (0,75 kW) поддържа постоянна скорост на въртене, независимо от натоварването на партидата.

Съвети за контрол на температурата при работа на пещ за втвърдяване на каучук

1. Задайте PID параметри въз основа на масата на партидата.Партида от 50 кг абсорбира повече топлина по време на началната фаза на загряване, отколкото партида от 15 кг. Регулирайте пропорционалната лента и времето за интегриране на PID контролера на Omron, за да отчетете разликата в топлинната маса. Започнете с параметрите по подразбиране на производителя и настройте фино въз основа на времето за възстановяване на температурата след зареждане.
2. Загрейте ролковата фурна до зададената точка преди зареждане.Зареждането на гумени части в пещ, която не е достигнала термично равновесие, води до спадане на температурата в камерата под зададената точка. PID контролерът ще реагира, но времето за възстановяване зависи от мощността на нагревателя (10,5 kW в XCJ-K600) и масата на студения товар. Оставете 15-20 минути за стабилизиране, след като контролерът покаже, че зададената точка е достигната.
3. Следете възстановяването на температурата след зареждане.Най-студеният момент в цикъла на втвърдяване настъпва 3-5 минути след зареждане на нова партида. Спадът на температурата не трябва да надвишава 10°C за XCJ-K600 с товар от 15-20 kg. Ако спадът надвишава 15°C, намалете размера на партидата или увеличете времето за предварително загряване.
4. Използвайте функцията таймер за постоянен контрол на цикъла.Таймерът от 0 до 99,99 часа с автоматично спиране на нагревателя и звукова аларма гарантира, че всяка партида получава еднаква продължителност на втвърдяване. Не разчитайте на ръчно определяне на времето, тъй като променливостта на оператора води до ненужни вариации в процеса.
5. Калибрирайте PID контролера ежегодно.Дрейфът на температурния сензор с течение на времето влияе върху точността на контролера. Входните данни на контролера Omron трябва да се проверяват спрямо калибрирана референтна термодвойка поне веднъж годишно. Калибрирайте отново, ако показанието се различава с повече от 2°C от референтното при типичната работна температура.
6. Проверявайте системата за защита от прегряване ежеседмично.Двойната защита от прегряване в ролковите пещи XCJ-K600 и XCJ-K900 включва независими сензори за горна граница, които изключват нагревателя, ако основният контролер се повреди. Тествайте тази система, като повишите зададената точка за горна граница над работната температура и потвърдите, че нагревателят се изключва.

Препоръчителни температури на вулканизираща пещ за обичайни каучукови смеси

Температурите са базирани на общите насоки за смесване. Действителните параметри трябва да бъдат потвърдени с доставчика на сместа и проверени чрез изпитване на механични свойства съгласно ASTM D412 и ASTM D395.

Често срещани проблеми с контрола на температурата в пещи за втвърдяване на каучук

Повечето проблеми с контрола на температурата могат да бъдат идентифицирани чрез редовно наблюдение на дисплея на системата за управление Delta, която предоставя информация за работното състояние в реално време.

Избор на подходяща ролкова пещ за втвърдяване на каучук

Ролковите пещи XCJ-K600 и XCJ-K900 от Xiamen Xingchangjia предлагат два обема на обработка за различни производствени мащаби. XCJ-K600 има камера с обем 600 литра и размери 1300 мм (Ш) x 1600 мм (В) x 1100 мм (Д), подходяща за малко до средно производство. XCJ-K900 осигурява 900 литра с размери 1300 мм (Ш) x 1600 мм (В) x 1300 мм (Д), проектирана за операции по втвърдяване с по-голям обем.

И двата модела споделят една и съща система за контрол на температурата в сърцевината — Omron PID контролер, нагревател с мощност 10,5 kW, циркулационен вентилатор с производителност 3000 CBM/h и двойна защита от прегряване. Вътрешната и външната конструкция от неръждаема стомана 304 с дебелина на стената 1,5 мм предотвратяват корозия в продължение на години експлоатация. Регулируемият температурен диапазон от стайна температура до 280°C покрива всички обичайни изисквания за вторична вулканизация за NBR, EPDM, FKM, силиконови и HNBR компаунди.

Заключение: Постоянната температура на втвърдяване означава постоянно качество на каучука

Контролът на температурата е най-важният фактор при вторичната вулканизация. Ролкова пещ за втвърдяване на каучука с PID контрол, ефективна циркулация на горещ въздух и осмоъгълно въртене на барабана осигурява равномерни условия на нагряване, необходими за постоянна плътност на напречните връзки във всички части във всяка партида. PID контролерите Omron с 4-20 mA SSR изход, съчетани с 3000 CBM/h циркулация на въздуха и 100 mm изолация, осигуряват температурната стабилност, необходима за съответствие с ISO 188 и ASTM D573.

Операторите, които следват систематични процедури за управление на температурата – предварително нагряване, наблюдение на възстановяването, проверка на еднородността и поддържане на системи за безопасност – постигат по-малки вариации в свойствата на вулканизирания каучук и по-висок добив.