一、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，鋼化玻璃的用途越來(lái)越廣泛，其產(chǎn)品越來(lái)越豐富，事實(shí)上鋼化玻璃早已成為玻璃深加工家族中的最大成員，鋼化玻璃已成為人類(lèi)生活中不可缺少的重要材料。鋼化玻璃是通過(guò)加熱和急冷使玻璃獲得很大的永久應(yīng)力，所以又稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力玻璃。若想消除這種應(yīng)力，只有再次加熱玻璃至接近軟化狀態(tài)。
二、鋼化玻璃的原理和特性
1. 玻璃鋼化的工藝原理：是將經(jīng)過(guò)切、磨、洗后的普通優(yōu)質(zhì)平板玻璃送入鋼化爐，通過(guò)加熱（680℃~715℃）和淬冷，使玻璃內(nèi)產(chǎn)生很大的永久應(yīng)力—表面為壓應(yīng)力，內(nèi)部為張應(yīng)力，即玻璃產(chǎn)生了一種均勻而有規(guī)律分布的內(nèi)應(yīng)力，從而提高了玻璃的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。
其生產(chǎn)工藝流程是：
玻璃原片→檢驗(yàn) →切裁 → 掰邊 →洗滌 →干燥→鋼化→檢驗(yàn)→ 包裝→入庫(kù)
鋼化工藝流程是：
入片→加熱→淬冷→緩冷→卸片
2. 鋼化玻璃的主要特點(diǎn)
1) 機(jī)械強(qiáng)度大：當(dāng)鋼化玻璃受到荷載的壓力、彎曲或沖擊等外力作用時(shí)，其著力表面受到壓應(yīng)力，而另一個(gè)表面受到張應(yīng)力。隨著荷載的增加，這個(gè)張應(yīng)力被鋼化玻璃表面原有的壓應(yīng)力逐漸沖減，直至完全抵消后才變?yōu)閺垜?yīng)力。由于玻璃的耐壓強(qiáng)度要比抗張強(qiáng)度幾乎大10倍，結(jié)果玻璃在鋼化后不但使表面得到增強(qiáng)，而且也使其薄弱環(huán)節(jié)得以轉(zhuǎn)移。所以鋼化玻璃的耐壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度一般提高4~5倍，而抗沖擊強(qiáng)度可提高5~8倍。
2) 熱穩(wěn)定性好：鋼化玻璃熱穩(wěn)定性的提高如同機(jī)械強(qiáng)度的增加一樣，也與其內(nèi)部應(yīng)力的大小和分布有關(guān)。當(dāng)玻璃表面受到急熱時(shí)，內(nèi)層尚處于冷卻狀態(tài)，這樣受熱面處于壓應(yīng)力，而內(nèi)層受張應(yīng)力。當(dāng)溫差過(guò)大、張應(yīng)力超過(guò)玻璃的抗張強(qiáng)度時(shí)即引起玻璃炸裂。而鋼化玻璃表層原有的壓應(yīng)力能夠抵消部分熱膨脹，緩解內(nèi)層的張應(yīng)力，所以鋼化玻璃的熱穩(wěn)定性可提高1.5~2倍。
3) 安全性強(qiáng)：玻璃的破裂是以裂紋缺陷為起點(diǎn)引起超過(guò)抗張強(qiáng)度的結(jié)果。雖然鋼化玻璃的薄弱點(diǎn)（張應(yīng)力區(qū)）是在中心，通常并不存在微裂紋缺陷，但在高速?zèng)_擊、內(nèi)部結(jié)石等條件下，也會(huì)在張應(yīng)力層形成破裂起點(diǎn)，裂紋在張應(yīng)力作用下向四周急劇擴(kuò)展、傳播，形成布滿(mǎn)許多裂紋、大小不同的集合群體。又由于鋼化玻璃是在壓應(yīng)力的封閉條件下突然破裂，所以破碎時(shí)其碎片是蜂窩狀小顆粒，成均勻無(wú)尖角的網(wǎng)狀顆粒，不易傷人，因此具有較好的安全性能，屬安全玻璃的一種。
三、水平軌道鋼化爐電氣設(shè)備包括：
1. 裝片臺(tái)、加熱區(qū)、鋼化冷卻區(qū)、卸片區(qū)、操縱臺(tái)、電氣控制柜組成。其中裝片臺(tái)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)及卸片臺(tái)均通過(guò)擺線(xiàn)針輪減速機(jī)帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，鋼化冷卻區(qū)由鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行迅速風(fēng)冷，風(fēng)道設(shè)置上下風(fēng)柵，控制玻璃鋼化的成品率。
2. 水平軌道鋼化爐電氣控制系統(tǒng)
水平軌道式鋼化爐的電氣系統(tǒng)主要由裝片臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)、加熱區(qū)傳動(dòng)電機(jī)、冷卻區(qū)傳動(dòng)電機(jī)、卸片臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)、加熱冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)（HMI）、PLC、變頻器和各種現(xiàn)場(chǎng)儀表傳感器組成。全自動(dòng)水平軌道式鋼化爐具有手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)多種控制方式。鋼化爐的各個(gè)單元的啟動(dòng)、停止、參數(shù)設(shè)定全部通過(guò)HMI完成，同時(shí)HMI監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，阿爾法變頻器在整個(gè)控制系統(tǒng)中作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)元件具有及其重要的作用。
3. 阿爾法變頻器在鋼化爐中的應(yīng)用主要有：傳動(dòng)和風(fēng)機(jī)控制
傳動(dòng)部分：
裝片傳動(dòng)電機(jī) 2.2KW 4臺(tái) ALPHA5000-32R2GB
加熱傳動(dòng)電機(jī) 2.2KW 4臺(tái) ALPHA5000-32R2GB
冷卻傳動(dòng)電機(jī) 2.2KW 4臺(tái) ALPHA5000-32R2GB
提彎傳動(dòng)電機(jī) 5.5KW 2臺(tái) ALPHA5000-35R5GB
風(fēng)機(jī)部分：
加熱風(fēng)機(jī)電機(jī) 250KW 1臺(tái) ALPHA6000-3250P
冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī) 315KW 2臺(tái) ALPHA6000-3315P
冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī) 75KW 2臺(tái) ALPHA6000-3075P
冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī) 7.5KW 13臺(tái) ALPHA6000-37R5P
4. 阿爾法變頻器在水平軌道式鋼化爐中的控制過(guò)程
1) 裝片臺(tái)傳動(dòng)變頻器將玻璃制品按照設(shè)定速度輸送到加熱區(qū)加熱
2) 加熱區(qū)傳動(dòng)變頻器根據(jù)設(shè)定速度反復(fù)運(yùn)動(dòng)，玻璃制品均勻受熱
3) 達(dá)到鋼化溫度，進(jìn)入冷卻區(qū)，鼓風(fēng)變頻快速冷卻
4) 冷卻區(qū)傳動(dòng)變頻器反復(fù)運(yùn)動(dòng)，玻璃制品均勻冷卻
5) 卸片臺(tái)傳動(dòng)變頻器將鋼化玻璃送出，完成一個(gè)工藝過(guò)程
6) 所有變頻器通過(guò)總線(xiàn)控制，頻率設(shè)定、狀態(tài)讀入自動(dòng)完成
5. 阿爾法變頻器在水平軌道式鋼化爐應(yīng)用中的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1) 散熱良好：阿爾法變頻器具有良好的散熱性能
2) 結(jié)構(gòu)緊湊：阿爾法變頻器體積緊湊可以并排安裝
3) 高過(guò)載轉(zhuǎn)矩：阿爾法變頻器具有更高的過(guò)載轉(zhuǎn)矩
4) 通訊簡(jiǎn)便：阿爾法變頻器自帶modbus通訊接口
5) 功能強(qiáng)大：阿爾法變頻器自帶編碼器接口，速度閉環(huán)控制方便
四、阿爾法變頻器在水平軌道式鋼化爐調(diào)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)
1. 各個(gè)傳動(dòng)變頻器速度同步，玻璃制品平穩(wěn)傳送。
2. 加熱和冷卻單元變頻器根據(jù)工藝要求頻繁反復(fù)運(yùn)行，
根據(jù)工藝要求快速精確停車(chē)，注意變頻器的加減速時(shí)間和速度的調(diào)整
3. 冷卻風(fēng)機(jī)的控制對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。玻璃加熱后的冷卻分急冷和緩冷兩個(gè)階段。對(duì)玻璃急冷的基本要求是快速而均勻地冷卻，使玻璃外層呈壓力狀態(tài)而內(nèi)層呈張力狀態(tài)。冷卻速度愈快，溫度梯度愈大，產(chǎn)生的永久應(yīng)力，即鋼化應(yīng)力愈大，此時(shí)工藝要求風(fēng)量和風(fēng)壓必須在短時(shí)間內(nèi)迅速建立，充分冷卻達(dá)到鋼化效果。風(fēng)機(jī)加速時(shí)間過(guò)短，變頻器很容易報(bào)過(guò)流故障；風(fēng)機(jī)加速時(shí)間慢很容易造成鋼化效果不佳，調(diào)試過(guò)程中必須注意變頻器參數(shù)的優(yōu)化。所謂緩冷就是在玻璃完成淬冷—產(chǎn)生永久應(yīng)力后，為節(jié)省能耗可降低冷卻強(qiáng)度，使玻璃緩慢冷卻至40℃~50℃，即可進(jìn)行人工卸片。
4．ALPHA變頻器對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)的控制方案
ALPHA變頻器轉(zhuǎn)速追蹤采用硬件精準(zhǔn)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，追蹤起動(dòng)非常平穩(wěn)，追蹤起動(dòng)電流小。利用ALPHA變頻器優(yōu)異的轉(zhuǎn)速追蹤功能可很好地滿(mǎn)足冷卻風(fēng)機(jī)控制的工藝要求，節(jié)能效果比其它產(chǎn)品常用的二段速控制更好。速度功率時(shí)間曲線(xiàn)見(jiàn)下圖：
如圖所示，紅色曲線(xiàn)是阿爾法的速度及能量消耗曲線(xiàn)由停機(jī)，此時(shí)由于風(fēng)機(jī)的大慣性特性，風(fēng)機(jī)降速很慢，風(fēng)量完全能滿(mǎn)足工藝要示，此時(shí)電機(jī)完全無(wú)能量消耗，下一次急冷前現(xiàn)追蹤起動(dòng)，此時(shí)起動(dòng)的轉(zhuǎn)速高，起動(dòng)時(shí)間短，能很好地滿(mǎn)足急冷工藝要求。二段速控制時(shí)，在急冷完成后，變頻器需要克服風(fēng)機(jī)的大慣性降至緩冷頻率，此時(shí)電機(jī)需要消耗能量，另外下一次急冷時(shí)又需要從較低的緩冷頻率加速至急冷頻率，在上圖中T2與T1的差值是阿爾法變頻器與其他變頻器在加工時(shí)間上的減少量，陰影部分是其他變頻器與阿爾法變頻器在能量消耗上多出來(lái)的部分。
5. 變頻器RS485通訊采用modbus Rtu通訊協(xié)議，節(jié)約系統(tǒng)成本。但是通訊電纜的選型和架設(shè)必須遵循相關(guān)的規(guī)范，否則通訊的調(diào)試必然會(huì)遇到很大的困難。
五、 阿爾法變頻器在玻璃鋼化爐應(yīng)用前景
我國(guó)是一個(gè)平板玻璃生產(chǎn)大國(guó)，平板玻璃工業(yè)經(jīng)過(guò)多年的高速發(fā)展,取得了很大的成績(jī)。從行業(yè)的整體看,在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)等方面有了很大的發(fā)展變化。平板玻璃企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到200余家，平板玻璃企業(yè)數(shù)量、浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)量、平板玻璃年產(chǎn)量三項(xiàng)指標(biāo)位居世界第一。阿爾法變頻器在玻璃加工行業(yè)的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)和探索，已經(jīng)具有良好的口碑，有著非常廣闊的市場(chǎng)前景。