Piec rolkowy do utwardzania gumy: wskazówki dotyczące kontroli temperatury

By Mike Chen, Dyrektor Produkcji | Ponad 12 lat doświadczenia w produkcji gumy |LinkedIn

Najważniejsze wnioski

• Sterowanie temperaturą PID utrzymuje temperaturę pieca utwardzającego w zakresie ±1–2°C od wartości zadanej, co jest kluczowe dla uzyskania jednolitej gęstości usieciowania wszystkich części w partii.
• Piece rolkowe z ośmiokątnymi bębnami zapewniają lepszą równomierność temperatury niż piece statyczne, ponieważ ciągły obrót powoduje, że wszystkie powierzchnie części są wystawione na krążące gorące powietrze.
• Regulator PID firmy Omron z wyjściem SSR 4-20 mA zapobiega przeregulowaniu grzałki poprzez ciągłą modulację mocy, zamiast cyklicznego włączania i wyłączania grzałki.
• Podwójne systemy zabezpieczeń przed przegrzaniem w nowoczesnych piecach walcowych automatycznie wyłączają grzałkę w przypadku awarii głównego sterownika, zapobiegając w ten sposób pożarowi i uszkodzeniu produktu.

Piec rolkowy do wulkanizacji gumy służy innemu celowi niż prasy do wulkanizacji pierwotnej. Wulkanizacja wtórna – zwana również wulkanizacją wtórną – kończy proces sieciowania, który rozpoczyna się w formie kompresyjnej lub wtryskowej. Ponieważ właściwości fizyczne mieszanek gumowych rozwijają się w trakcie wulkanizacji wtórnej, stała kontrola temperatury w piecu wulkanizacyjnym ma bezpośredni wpływ na jakość produktu końcowego.

W artykule omówiono systemy kontroli temperatury stosowane w piecach rolkowych do wulkanizacji gumy, praktyczne wskazówki dotyczące utrzymania równomiernego ogrzewania oraz sposoby optymalizacji parametrów procesu dla różnych mieszanek gumowych i wielkości partii.

Dlaczego kontrola temperatury w piecu do utwardzania gumy wpływa na jakość produktu

Utwardzanie gumy przebiega zgodnie z zależnością czasowo-temperaturową, zdefiniowaną przez krzywą utwardzania mieszanki. Wzrost temperatury utwardzania o każde 10°C powoduje około dwukrotny wzrost szybkości reakcji. Różnica temperatury wynosząca zaledwie 5°C w partii części może spowodować mierzalne różnice w wytrzymałości na rozciąganie, wydłużeniu przy zerwaniu i odkształceniu trwałym po ściskaniu w ramach tej samej serii produkcyjnej.

ZaASTM D573IISO 188Zgodnie z normami starzenia cieplnego gumy, zależność między temperaturą a zmianą właściwości jest przewidywalna, gdy temperatura jest precyzyjnie kontrolowana. Produkty utwardzane w dolnym zakresie specyfikacji mogą mieć niepełne usieciowanie, co skutkuje niższym modułem sprężystości i wyższym odkształceniem trwałym po ściskaniu. Produkty w górnym zakresie mogą ulec przeutwardzaniu, stając się kruche i wykazując mniejsze wydłużenie. Piec rolkowy do utwardzania gumy z precyzyjną kontrolą temperatury eliminuje tę zmienność między partiami i częściami.

Podczas testów fabrycznych obejmujących ponad 200 partii wtórnej wulkanizacji przy użyciu pieca rolkowego XCJ-K600 zaobserwowaliśmy, że części utwardzane w temperaturze sterowanej za pomocą PID z tolerancją ±1,5°C od wartości zadanej wykazywały o 23% mniejsze wahania twardości w skali Shore’a A w porównaniu do części utwardzanych w piecach z wahaniami temperatury ±5°C.

Systemy kontroli temperatury w piecu rolkowym do utwardzania gumy

Nowoczesne piece rolkowe do wulkanizacji gumy zawierają trzy systemy sterowania, które współpracują ze sobą, aby utrzymać stałe warunki przetwarzania.

Regulator PID z wyjściem SSR

Regulator temperatury PID firmy Omron w piecach rolkowych XCJ-K600 i XCJ-K900 wykorzystuje algorytm proporcjonalno-całkująco-różniczkujący do ciągłego obliczania wymaganej mocy grzałki. Sygnał wyjściowy 4-20 mA steruje przekaźnikiem półprzewodnikowym (SSR), który płynnie moduluje moc grzałki, zamiast cyklicznego włączania i wyłączania. Ten tryb ciągłej regulacji eliminuje przekroczenie i niedoregulowanie temperatury, które występuje w przypadku prostych termostatów dwustanowych. Rezultatem jest stabilna temperatura w komorze z dokładnością ±1-2°C w zakresie temperatur od pokojowej do 260°C.

System cyrkulacji gorącego powietrza

Wysokotemperaturowy silnik z długim wałem napędzający wentylator turbinowy zapewnia cyrkulację powietrza o wydajności 3000 m3/h. Ponieważ gorące powietrze przepływa nieprzerwanie przez ośmiokątny bęben i obracające się gumowe elementy, każda powierzchnia elementu jest narażona na takie samo ciepło. Taka cyrkulacja zapobiega powstawaniu gorących punktów w pobliżu grzejników oraz zimnych stref w pobliżu drzwi lub narożników. 100-milimetrowa izolacja z bawełny solnej utrzymuje temperaturę ścianek zewnętrznych poniżej 35°C podczas pracy w temperaturze 200°C, zmniejszając straty ciepła i poprawiając stabilność temperatury.

Ośmiokątny obrót bębna zapewniający równomierne rozprowadzanie ciepła

Ośmiokątna konstrukcja bębna spełnia dwojakie zadanie: obraca gumowe elementy w strumieniu gorącego powietrza, a fasetowane ścianki wewnętrzne tworzą zmienne kąty padania, zapobiegając zagnieżdżaniu się elementów. Nieruchomy stos elementów zatrzymuje ciepło w środku, powodując różnice w szybkości utwardzania między częściami zewnętrznymi i wewnętrznymi. Obracający się bęben eliminuje to rozwarstwienie, a silnik rolkowy (0,75 kW) utrzymuje stałą prędkość obrotową niezależnie od obciążenia wsadu.

Wskazówki dotyczące kontroli temperatury w piecu do utwardzania gumy

1. Ustaw parametry PID na podstawie masy wsadu.Wsad o masie 50 kg pochłania więcej ciepła w początkowej fazie nagrzewania niż wsad o masie 15 kg. Dostosuj zakres proporcjonalności i czas całkowania w regulatorze PID firmy Omron, aby uwzględnić różnicę masy termicznej. Zacznij od domyślnych parametrów producenta i dostosuj je na podstawie czasu odzyskiwania temperatury po załadowaniu.
2. Przed załadunkiem należy rozgrzać piec rolkowy do zadanej temperatury.Załadowanie elementów gumowych do pieca, który nie osiągnął równowagi termicznej, powoduje spadek temperatury w komorze poniżej wartości zadanej. Regulator PID zareaguje, ale czas powrotu do zadanej temperatury zależy od mocy grzałki (10,5 kW w XCJ-K600) i masy zimnego wsadu. Należy odczekać 15–20 minut na stabilizację po tym, jak regulator wskaże osiągnięcie wartości zadanej.
3. Monitoruj odzyskiwanie temperatury po załadowaniu.Najzimniejszy moment w cyklu utwardzania występuje 3-5 minut po załadowaniu świeżej partii. Spadek temperatury nie powinien przekraczać 10°C dla pieca XCJ-K600 z wsadem o masie 15-20 kg. Jeśli spadek przekroczy 15°C, należy zmniejszyć wielkość partii lub wydłużyć czas nagrzewania wstępnego.
4. Użyj funkcji timera, aby zapewnić spójną kontrolę cyklu.Timer 0-99,99 godziny z automatycznym zatrzymaniem grzałki i alarmem dźwiękowym zapewnia taki sam czas utwardzania dla każdej partii. Nie należy polegać na ręcznym ustawianiu czasu, ponieważ zmienność operatora wprowadza niepotrzebne zmiany w procesie.
5. Kalibrację regulatora PID należy przeprowadzać raz w roku.Dryft czujnika temperatury w czasie wpływa na dokładność regulatora. Sygnał wejściowy regulatora Omron należy weryfikować za pomocą skalibrowanej termopary odniesienia co najmniej raz w roku. Należy przeprowadzić ponowną kalibrację, jeśli odczyt różni się o więcej niż 2°C od wartości odniesienia w typowej temperaturze roboczej.
6. Sprawdzaj działanie układu zabezpieczającego przed przegrzaniem co tydzień.Podwójne zabezpieczenie przed przegrzaniem w piecach rolkowych XCJ-K600 i XCJ-K900 obejmuje niezależne czujniki temperatury, które wyłączają grzałkę w przypadku awarii głównego sterownika. Przetestuj ten system, podnosząc nastawę temperatury powyżej temperatury roboczej i upewniając się, że grzałka się odłącza.

Zalecane temperatury pieca utwardzającego dla popularnych mieszanek gumowych

Temperatury oparte na ogólnych wytycznych dotyczących mieszania. Rzeczywiste parametry należy potwierdzić u dostawcy mieszanki i zweryfikować poprzez badania właściwości mechanicznych zgodnie z normami ASTM D412 i ASTM D395.

Typowe problemy z kontrolą temperatury w piecach do utwardzania gumy

Większość problemów z kontrolą temperatury można zidentyfikować poprzez regularne monitorowanie wyświetlacza systemu sterowania Delta, który dostarcza informacji o stanie pracy w czasie rzeczywistym.

Wybór odpowiedniego pieca rolkowego do utwardzania gumy

Piece rolkowe XCJ-K600 i XCJ-K900 firmy Xiamen Xingchangjia oferują dwie objętości robocze dla różnych skal produkcyjnych. Model XCJ-K600 ma komorę o pojemności 600 litrów i wymiarach 1300 mm (szer.) x 1600 mm (wys.) x 1100 mm (głęb.), co czyni go odpowiednim do małych i średnich zakładów produkcyjnych. Model XCJ-K900 oferuje 900 litrów pojemności roboczej i wymiary 1300 mm (szer.) x 1600 mm (wys.) x 1300 mm (głęb.) i jest przeznaczony do procesów utwardzania o dużej objętości.

Oba modele posiadają ten sam system kontroli temperatury rdzenia — regulator Omron PID, grzałkę o mocy 10,5 kW, wentylator obiegowy o wydajności 3000 m3/h oraz podwójne zabezpieczenie przed przegrzaniem. Konstrukcja wewnętrzna i zewnętrzna ze stali nierdzewnej 304 o grubości ścianki 1,5 mm zapobiega korozji przez lata eksploatacji. Regulowany zakres temperatury od temperatury pokojowej do 280°C spełnia wszystkie typowe wymagania dotyczące wtórnej wulkanizacji dla mieszanek NBR, EPDM, FKM, silikonu i HNBR.

Wnioski: stała temperatura utwardzania oznacza stałą jakość gumy

Kontrola temperatury jest najważniejszym czynnikiem w procesie wulkanizacji wtórnej. Piec rolkowy do wulkanizacji gumy z regulacją PID, efektywną cyrkulacją gorącego powietrza i ośmiokątnym obrotem bębna zapewnia równomierne warunki grzania niezbędne do uzyskania stałej gęstości usieciowania wszystkich elementów w każdej partii. Regulatory PID firmy Omron z wyjściem SSR 4-20 mA, w połączeniu z cyrkulacją powietrza 3000 m3/h i izolacją 100 mm, zapewniają stabilność temperatury wymaganą dla zgodności z normami ISO 188 i ASTM D573.

Operatorzy stosujący się do systematycznych procedur zarządzania temperaturą — podgrzewanie wstępne, monitorowanie odzysku, weryfikacja jednorodności i konserwacja systemów bezpieczeństwa — uzyskują mniejsze wahania właściwości utwardzonej gumy i wyższą wydajność produkcji.