玻璃纖維隧道烘干爐上下層烘干差異分析

丁常勝，李 帥，薛艷卓

（泰山玻璃纖維鄒城有限公司，鄒城 273500）

0 前言

玻璃纖維烘干爐是玻璃纖維生產(chǎn)過(guò)程中重要的生產(chǎn)設(shè)備。由于玻璃纖維生產(chǎn)量大，烘干成本高，目前大多數(shù)廠家采用的是余熱風(fēng)隧道式烘干爐，部分采用的是余熱風(fēng)加微波烘干，配套四層紗車烘干玻璃纖維原絲。在對(duì)烘干爐的研究中發(fā)現(xiàn)多數(shù)烘干爐存在明顯的上下層烘干差異，制約著烘干爐烘干能力的提升［1］！

1 實(shí)驗(yàn)部分

原絲烘干過(guò)程是加熱→氣化→遷移→氣化的過(guò)程，烘干爐通過(guò)熱空氣循環(huán)流動(dòng)加熱原絲，使其溫度升高，水分汽化散失，最終使原絲達(dá)到產(chǎn)品的含水率指標(biāo)要求，而玻璃纖維表面涂覆的浸潤(rùn)劑中的有機(jī)物則經(jīng)過(guò)一定程度反應(yīng)變化，形成一層完整致密的樹(shù)脂附著于玻璃纖維表面［2］。這層致密樹(shù)脂膜的形成過(guò)程時(shí)間，我們稱之為成膜時(shí)間，代表著原絲烘干的程度。

檢測(cè)原絲成膜時(shí)間，我們通常使用針式溫度記錄器檢測(cè)，即將記錄器插入絲餅中間位置，記錄絲餅烘干過(guò)程中中心溫度變化情況，從而得出原絲溫度變化曲線，原絲溫度變化曲線能明確的表示出原絲預(yù)熱、排水、升溫、成膜階段的烘干溫度變化，而成膜時(shí)間是原絲烘干程度的重要標(biāo)志［3］。成膜階段主要為曲線中設(shè)定溫度的最高時(shí)間段，如125℃18 h烘干制度中，絲餅區(qū)溫度曲線在緩慢接近125℃段的時(shí)間即為成膜時(shí)間。在此階段，由于原絲含水率＜1%，因而水分汽化蒸發(fā)烘干進(jìn)程很慢，尤其是含水量從0.3%至達(dá)到要求（無(wú)堿纖維＜0.1%）要經(jīng)歷3～5 h，所以此階段在烘干爐10個(gè)區(qū)中的后三區(qū)，溫度通常設(shè)置到125℃高溫，前7區(qū)設(shè)置成120℃。

成膜時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)品影響較大，在一定程度上決定著產(chǎn)品的性能指標(biāo)，所以成膜時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)是烘干工藝控制的一個(gè)重要指標(biāo)。但烘干爐上下層烘干差異就決定著產(chǎn)品成膜時(shí)間出現(xiàn)了大小波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，意味著產(chǎn)品性能指標(biāo)出現(xiàn)了較大波動(dòng)，這個(gè)問(wèn)題制約著玻璃纖維烘干爐的產(chǎn)能［4］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

以我司粗紗常規(guī)拉擠纏繞直接紗T910產(chǎn)品烘干效果為例，區(qū)分烘干爐差異。

2.1 直接紗用余熱風(fēng)隧道烘干爐烘干差異

在125℃20h烘干制度下，使用針式溫度記錄器檢測(cè)紗車一至四層絲餅溫度變化曲線，從而得出不同號(hào)數(shù)直接紗在紗車不同位置原絲成膜時(shí)間，同時(shí)檢測(cè)各層產(chǎn)品性能指標(biāo)差異，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

表1 烘干位置與性能指標(biāo)變化關(guān)系

由上述檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得知：余熱風(fēng)烘干爐紗車最下層成膜時(shí)間最長(zhǎng)，比最上層時(shí)間成膜長(zhǎng)1～3 h，并且產(chǎn)品強(qiáng)度整體比上層偏低，毛絲量上層偏大，尤其是高號(hào)數(shù)直接紗，說(shuō)明最下層產(chǎn)品烘干相對(duì)過(guò)度，引起產(chǎn)品性能指標(biāo)的下降。只有促進(jìn)烘干的均勻性才能保證產(chǎn)品性能指標(biāo)的穩(wěn)定，提升烘干產(chǎn)量。

2.2 直接紗用余熱風(fēng)+微波隧道烘干爐烘干差異

微波烘干爐為余熱風(fēng)+微波綜合爐，我司設(shè)計(jì)1-2區(qū)、8-10區(qū)為余熱風(fēng)區(qū)，3-7區(qū)為微波烘干區(qū)；微波爐烘干時(shí)間相比余熱風(fēng)爐烘干時(shí)間通常短5h左右。

雖然微波爐烘干時(shí)間短、效率高，但并不是所有產(chǎn)品都可以用微波烘干，像風(fēng)電紗就不適用，所以行業(yè)內(nèi)微波爐設(shè)計(jì)條數(shù)通常少于余熱風(fēng)爐。

125℃13 h+50 kw微波烘干制度下不同號(hào)數(shù)直接紗在紗車不同位置原絲成膜時(shí)間、產(chǎn)品性能指標(biāo)差異，統(tǒng)計(jì)如表2：

表2 微波爐烘干位置與性能指標(biāo)變化關(guān)系

由表2檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得知：微波烘干爐紗車最下層內(nèi)成膜時(shí)間相對(duì)于最上層成膜時(shí)間偏短，尤其是高號(hào)數(shù)直接紗，說(shuō)明微波爐下層烘干能力相對(duì)較弱，但微波爐整體產(chǎn)品性能指標(biāo)未見(jiàn)明顯差異，這主要是微波烘干的特性造成的。普通熱風(fēng)烘干是由外及內(nèi)的烘干，溫度從表面逐漸傳遞至原絲內(nèi)部，水分蒸發(fā)也是從外到內(nèi)；而微波烘干是在玻璃纖維內(nèi)部產(chǎn)生熱量集聚，溫度升高，在內(nèi)部形成蒸汽高壓，促使水分從內(nèi)向外排出［5］。并且微波能量高，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)告，玻璃纖維涂覆的浸潤(rùn)劑化合物經(jīng)過(guò)微波高能力的加熱烘干后能產(chǎn)生最大的、優(yōu)于熱風(fēng)烘干的化學(xué)吸附效果，產(chǎn)生目前化學(xué)界關(guān)注的微波化學(xué)反應(yīng)，從而造成微波烘干雖然成膜時(shí)間短，但產(chǎn)品性能指標(biāo)好的現(xiàn)象［6］。

從上述數(shù)據(jù)中，我們可以得出微波烘干成膜差異對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)影響較小，但對(duì)于過(guò)程特性的成膜時(shí)間要求，微波烘干爐上下層差異需要解決，這也使微波爐擴(kuò)大產(chǎn)能受到限制。

3 烘干爐上下層烘干差異原因分析

余熱風(fēng)烘干爐烘干主要靠?jī)?nèi)部熱風(fēng)循環(huán)和排濕，其熱風(fēng)循環(huán)為頂部循環(huán)風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)從側(cè)壁風(fēng)孔板向爐膛內(nèi)吹風(fēng)，從另一側(cè)墻壁4條長(zhǎng)條板縫隙中出風(fēng)，從側(cè)壁內(nèi)返回上面循環(huán)風(fēng)機(jī)。熱風(fēng)爐墻壁進(jìn)風(fēng)孔為28mm直徑圓孔，長(zhǎng)條板為長(zhǎng)方形條狀板，上下分為4塊，塊與塊之間存在空隙即回風(fēng)口。如圖1所示：

圖1 爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)示意圖

通過(guò)檢測(cè)烘干爐內(nèi)各處位置進(jìn)風(fēng)風(fēng)速及回風(fēng)風(fēng)速（見(jiàn)表3），從而推斷出烘干爐內(nèi)部風(fēng)力強(qiáng)弱，如圖2所示，測(cè)量點(diǎn)為從烘干爐內(nèi)不同水平高度進(jìn)回風(fēng)口：

表3 熱風(fēng)爐爐內(nèi)上下風(fēng)速變化

圖2 爐內(nèi)風(fēng)力強(qiáng)弱示意圖

熱風(fēng)爐第一層烘干能力弱則是因?yàn)樵趦?nèi)部循環(huán)風(fēng)風(fēng)速靠近風(fēng)機(jī)處過(guò)小，而遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)處，風(fēng)速最大；出現(xiàn)這個(gè)情況的原因?yàn)轱L(fēng)源是從上向下出，然后向側(cè)邊風(fēng)孔擴(kuò)散出風(fēng)，主方向?yàn)橄蛳?，?dāng)風(fēng)達(dá)到最底部時(shí)，風(fēng)量積聚，造成底部風(fēng)壓大，加之回風(fēng)口排濕風(fēng)機(jī)抽風(fēng)口位于下方，所以底部出風(fēng)量大，逐漸向上，風(fēng)壓越來(lái)越小，風(fēng)速也就越小，這就造成紗車上層烘干能力弱，下層烘干能力強(qiáng)。

微波爐隧道爐烘干采用余熱風(fēng)循環(huán)加微波輻射進(jìn)行，通常微波輻射區(qū)在第3區(qū)至第7區(qū)，第1/2區(qū)和第8/9/10區(qū)為熱風(fēng)區(qū)，熱風(fēng)區(qū)布局與余熱風(fēng)隧道爐布局一致，但微波區(qū)風(fēng)板設(shè)計(jì)不同。微波區(qū)風(fēng)板采用φ5細(xì)網(wǎng)孔板，此設(shè)計(jì)一是便于熱風(fēng)循環(huán)，二是反射微波。根據(jù)微波爐檢測(cè)數(shù)據(jù)及微波爐特性，成膜時(shí)間影響主要來(lái)自于微波輻射。

檢測(cè)微波區(qū)進(jìn)風(fēng)風(fēng)速如表4所示，從上下風(fēng)速變化可以看出，φ5密網(wǎng)孔板上下風(fēng)速偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于余熱風(fēng)隧道爐上下風(fēng)速差異；所以上下風(fēng)速差異不是微波爐烘干差異原因。根據(jù)微波區(qū)隧道爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)：頂部為光滑平板，兩側(cè)為表面平滑細(xì)網(wǎng)孔板，這主要是反射微波，避免微波散失。但地面是軌道，凹凸不平，而且地面所用鋼板受灰塵影響，光亮度較低，容易造成微波損失，所以由此推斷出微波爐微波輻射強(qiáng)弱示意圖，如圖3，以曲線代表微波運(yùn)動(dòng)軌跡，微波在爐內(nèi)左右及頂部能夠來(lái)回反射，但到了底部就出現(xiàn)損失，不能夠向上反射微波。

表4 微波爐微波區(qū)風(fēng)速變化

圖3 微波反射示意圖

綜上所述，我們可以得出微波爐下層烘干能力弱原因即為下層微波散失大，反射弱造成。

4 解決措施

通過(guò)以上研究，我們發(fā)現(xiàn)余熱風(fēng)烘干爐上下風(fēng)速不一致導(dǎo)致原絲紗車上下層出現(xiàn)烘干差異、微波爐下層微波反射弱造成烘干差異。為此，我們可以將余熱風(fēng)烘干爐下層風(fēng)速減弱，上層風(fēng)速加強(qiáng)，整體風(fēng)速上下均勻，從而可以消除余熱風(fēng)烘干爐上下層烘干差異。具體措施是重新分布風(fēng)板設(shè)計(jì)，在保持烘干爐總體風(fēng)孔風(fēng)量不變即烘干能力不變的情況下，將下層風(fēng)板換成小孔徑風(fēng)板，數(shù)量減少，從而將下層風(fēng)量、風(fēng)力減弱，最后下層烘干能力降低。將上層風(fēng)板風(fēng)孔數(shù)量增加，加大上層風(fēng)量，從而增強(qiáng)上層烘干能力。另外，適當(dāng)對(duì)回風(fēng)口風(fēng)板位置進(jìn)行調(diào)整，變換回風(fēng)口高度，改變回風(fēng)方向，亦可配合調(diào)整烘干爐上下烘干差異。而對(duì)于微波爐，由于地面反射微波能力弱，我們可以將地面重新鋪設(shè)高潔度金屬板，同時(shí)在兩側(cè)風(fēng)壓室內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)向?qū)Я靼?，將下層風(fēng)速進(jìn)一步加強(qiáng)，上層風(fēng)速減弱，以此來(lái)平衡烘干爐上下層烘干差異。

5 總結(jié)

本次探究從產(chǎn)品及烘干爐結(jié)構(gòu)、檢測(cè)風(fēng)速三個(gè)方面綜合驗(yàn)證出余熱風(fēng)、微波熱源隧道式玻璃纖維烘干爐上下層烘干差異原因，從而為消除烘干差異指引了方向，并提供解決辦法。本次研究可以有效消除烘干造成的產(chǎn)品性能波動(dòng)，并為提升烘干能力、擴(kuò)大烘干產(chǎn)能奠定了基礎(chǔ)！