Forno de rolos para o curado da goma: consellos para o control da temperatura

By Mike Chen, Director de Produción | Máis de 12 anos na fabricación de caucho |LinkedIn

Conclusións clave

• O control de temperatura PID mantén a temperatura do forno de curado dentro de ±1-2 °C do punto de consigna, o que é fundamental para unha densidade de reticulación uniforme en todas as pezas dun lote.
• Os fornos de rolos con tambores octogonais conseguen unha mellor uniformidade de temperatura que os fornos estáticos porque a rotación continua expón todas as superficies das pezas ao aire quente circulante.
• O controlador PID de Omron con saída SSR de 4-20 mA evita a sobrecarga do calefactor modulando a potencia continuamente en lugar de activar e desactivar o calefactor.
• Os sistemas dobres de protección contra sobretemperatura nos fornos de curado por rolos modernos apagan automaticamente o quentador se falla o controlador principal, o que evita incendios e danos ao produto.

O forno de rolos para o curado do caucho ten un propósito diferente ao das prensas de vulcanización primaria. A vulcanización secundaria, tamén chamada poscurado, completa o proceso de reticulación que comeza no molde de compresión ou inxección. Dado que as propiedades físicas dos compostos de caucho continúan desenvolvéndose durante a vulcanización secundaria, o control constante da temperatura no forno de curado afecta directamente á calidade do produto final.

Este artigo abrangue os sistemas de control de temperatura empregados nos fornos de rolos para o curado do caucho, consellos prácticos para manter un quecemento uniforme e como optimizar os parámetros do proceso para diferentes compostos de caucho e tamaños de lote.

Por que o control da temperatura nun forno de curado de goma afecta á calidade do produto

O curado do caucho segue unha relación tempo-temperatura definida pola curva de curado do composto. Por cada aumento de 10 °C na temperatura de curado, a velocidade de reacción duplícase aproximadamente. Unha variación de temperatura de só 5 °C nun lote de pezas pode producir diferenzas mensurábeis na resistencia á tracción, no alongamento á rotura e na deformación por compresión dentro da mesma tirada de produción.

PorASTM D573eISO 188Segundo as normas para o envellecemento térmico do caucho, a relación entre a temperatura e o cambio de propiedades é predicible cando a temperatura se controla con precisión. Os produtos curados no extremo inferior do rango de especificacións poden ter unha reticulación incompleta, o que resulta nun módulo máis baixo e unha maior deformación por compresión. Os produtos no extremo superior poden sufrir un sobrecurado, tornándose fráxiles e cunha elongación reducida. Un forno de rolos para o curado do caucho con control preciso da temperatura elimina esta variación de lote a lote e de peza a peza.

Nas nosas probas en fábrica en máis de 200 lotes de vulcanización secundaria utilizando o forno de rolos XCJ-K600, observamos que as pezas curadas con temperatura controlada por PID dentro de ±1,5 °C do punto de consigna mostraron unha variación un 23 % menor na dureza Shore A en comparación coas pezas curadas en fornos con oscilacións de temperatura de ±5 °C.

Sistemas de control de temperatura nun forno de rolos para o curado de caucho

Os fornos de rolos modernos para o curado do caucho integran tres sistemas de control que funcionan conxuntamente para manter unhas condicións de procesamento consistentes.

Controlador PID con saída SSR

O controlador de temperatura PID de Omron nos fornos de rolos XCJ-K600 e XCJ-K900 emprega un algoritmo proporcional-integral-derivativo para calcular continuamente a potencia do calefactor requirida. O sinal de saída de 4-20 mA acciona un relé de estado sólido (SSR) que modula a potencia do calefactor continuamente en lugar de activalo e desactivalo ciclicamente. Este modo de control continuo elimina o exceso e o defecto de temperatura que se producen cos termostatos de activación e desactivación simples. O resultado é unha temperatura estable na cámara cunha precisión de ±1-2 °C nos puntos de consigna entre a temperatura ambiente e os 260 °C.

Sistema de circulación de aire quente

O motor de eixo longo de alta temperatura que acciona o ventilador da turbina produce 3000 CBM/h de circulación de aire. Debido a que o aire quente se move continuamente a través do tambor octogonal e sobre as pezas de goma que xiran, a superficie de cada peza recibe a mesma exposición á calor. Esta circulación impide a formación de puntos quentes preto dos quentadores e zonas frías preto da porta ou das esquinas. O illamento de algodón salgado de 100 mm mantén a temperatura da parede exterior por debaixo dos 35 °C durante o funcionamento a 200 °C, o que reduce a perda de calor e mellora a estabilidade da temperatura.

Rotación octogonal do tambor para unha exposición uniforme á calor

O deseño do tambor octogonal serve para un dobre propósito: fai xirar as pezas de goma a través da corrente de aire quente e as paredes interiores facetadas crean ángulos de caída variables que impiden que as pezas se aniñen. Unha pila estacionaria de pezas atrapa a calor no centro, creando diferenzas na taxa de curado entre as pezas exteriores e interiores. O tambor rotatorio elimina esta estratificación e o motor do rodillo (0,75 kW) mantén unha velocidade de rotación constante independentemente da carga do lote.

Consellos de control de temperatura para o funcionamento do forno de curado de goma

1. Definir parámetros PID baseados na masa do lote.Un lote de 50 kg absorbe máis calor durante a fase de quecemento inicial que un lote de 15 kg. Axuste a banda proporcional e o tempo integral no controlador PID de Omron para ter en conta a diferenza de masa térmica. Comece cos parámetros predeterminados do fabricante e realice axustes finos en función do tempo de recuperación da temperatura despois da carga.
2. Prequeza o forno de rolos ata o punto de consigna antes de cargalo.Cargar pezas de goma nun forno que non alcanzou o equilibrio térmico fai que a temperatura da cámara baixe por debaixo do punto de consigna. O controlador PID responderá, pero o tempo de recuperación dependerá da potencia do quentador (10,5 kW no XCJ-K600) e da masa da carga fría. Deixe de 15 a 20 minutos de estabilización despois de que o controlador indique que se alcanzou o punto de consigna.
3. Monitorizar a recuperación da temperatura despois da carga.O momento máis frío do ciclo de curado ocorre entre 3 e 5 minutos despois de cargar un lote fresco. A caída de temperatura non debe superar os 10 °C para o XCJ-K600 cunha carga de 15-20 kg. Se a caída supera os 15 °C, reduza o tamaño do lote ou aumente o tempo de prequecemento.
4. Use a función de temporizador para un control de ciclo consistente.O temporizador de 0 a 99,99 horas con parada automática do quentador e alarma audible garante que cada lote reciba a mesma duración de curado. Non confíe na cronometraxe manual, xa que a variabilidade do operador introduce variacións innecesarias no proceso.
5. Calibre o controlador PID anualmente.A desviación do sensor de temperatura ao longo do tempo afecta á precisión do controlador. A entrada do controlador Omron debe verificarse cun termopar de referencia calibrado polo menos unha vez ao ano. Recalibre se a lectura difire en máis de 2 °C da referencia á temperatura de funcionamento típica.
6. Verifique o sistema de protección contra sobretemperatura semanalmente.A dobre protección contra sobretemperatura nos fornos de rolos XCJ-K600 e XCJ-K900 inclúe sensores de límite alto independentes que apagan o calefactor se falla o controlador principal. Proba este sistema elevando o punto de axuste do límite alto por riba da temperatura de funcionamento e confirmando que o calefactor se desconecta.

Temperaturas de forno de curado recomendadas para compostos de goma comúns

Temperaturas baseadas nas directrices xerais de mesturado. Os parámetros reais deben confirmarse co provedor do composto e verificarse mediante probas de propiedades mecánicas segundo as normas ASTM D412 e ASTM D395.

Problemas comúns de control de temperatura nos fornos de curado de goma

A maioría dos problemas de control de temperatura pódense identificar mediante a monitorización regular da pantalla do sistema de control Delta, que proporciona información sobre o estado de funcionamento en tempo real.

Escolla do forno de rolos axeitado para o curado da goma

Os fornos de rolos XCJ-K600 e XCJ-K900 de Xiamen Xingchangjia ofrecen dous volumes de procesamento para diferentes escalas de produción. O XCJ-K600 ten unha cámara de 600 litros con dimensións de 1300 mm (ancho) x 1600 mm (alto) x 1100 mm (profundidade), axeitada para producións pequenas e medianas. O XCJ-K900 proporciona 900 litros a 1300 mm (ancho) x 1600 mm (alto) x 1300 mm (profundidade), deseñado para operacións de curado de maior volume.

Ambos os modelos comparten o mesmo sistema de control da temperatura central: controlador PID Omron, calefactor de 10,5 kW, ventilador de circulación de 3000 CBM/h e dobre protección contra sobretemperatura. A construción interior e exterior de aceiro inoxidable 304 cun grosor de parede de 1,5 mm evita a corrosión durante anos de funcionamento. O rango de temperatura axustable desde a temperatura ambiente ata os 280 °C cobre todos os requisitos habituais de vulcanización secundaria para compostos de NBR, EPDM, FKM, silicona e HNBR.

Conclusión: Unha temperatura de curado consistente significa unha calidade consistente da goma

O control da temperatura é o factor individual máis importante na vulcanización secundaria. Un forno de rolos para o curado do caucho con control PID, circulación eficaz de aire quente e rotación do tambor octogonal proporciona as condicións de quecemento uniformes necesarias para unha densidade de reticulación consistente en todas as pezas de cada lote. Os controladores PID de Omron con saída SSR de 4-20 mA, combinados cunha circulación de aire de 3000 CBM/h e un illamento de 100 mm, proporcionan a estabilidade de temperatura requirida para o cumprimento das normas ISO 188 e ASTM D573.

Os operadores que seguen procedementos sistemáticos de xestión da temperatura (prequecemento, monitorización da recuperación, verificación da uniformidade e mantemento de sistemas de seguridade) conseguen unha menor variación nas propiedades do caucho curado e un maior rendemento de produción.