автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация процесса производства керамической плитки

Р Г Б ОД

2 п m 1SS4

КЮВСШ : JMTEXIÍI'liran ШСТИТУТ

На правах рукопису

ХРУТЬБЛ В1КТОРШ ОЛЕКСЛ1ШР1Ши

удк ббб.з;;.оо1.57

МОДЕЛЮВЛШЩ I 0ПТИМ13ЛЦ1П ПРОНЕСУ ВИГОБ11ИЦТВА КЕРАМ1ЧНОГ ПЛИТКИ

Спец-jалыюсп 05.17.II - Технолопя сшпкатних та тугоплавких

неметал i4ittix мптер!ал1в

05.17.OB -- Пронеси та зпарати xímímhoíl технологи

Автореферат дисортаЩл. на пдобутгл паукового ступени кандидата техшчпнх наук

КИ1В-19Э4

Дисертащею £ рукопис.

Робота виконана у КМвському пол1техн1чному шститут! Науков1 к ер из ники: доктор техщчних наук, професор

Офщши опоненти:

1. Доктор техщчних наук, професор

Вознесенський В1тал1й Анаталашич г. Кандидат техн1чних наук, с.н.с. Доценко Борис Михайлович

Пров1дна оргашзащя: Полонський порцеляновий завод

Захист дисертаци в!дбудеться "2.0 " черЗнЯ 1994 р. о год. на засщанн! спеЩал1зовано! вчено! ради

Д 068.14.06 у Ки!вському пол±техн1чному 1нститут1 за адресоы: 252056, м. Ки1в - 56, проспект Перемоги, 37.

3 дисертащоз можна ознайомитися у бкШотещ ллституту.

Крупа 0лекс1й Арсенпйович кандидат техщчних наук, доцент Колесн1кова РаЮа Микола Юна

Автореферат розюланий

Вчений секретар спещал13овано1 вчено! ради

В.Я. КРУГЛИЦЬКЛ

АНОТАЦШ

Дисертащйна робота присвячена установлению огггимальних ре-цешурно-технолопчних режим1в виробництва керамдлно! глазуровано! облицювально! плитки на основ! розроблених експериментально--статистичних моделей (ЕСМ) цього процесу з використанням створе-ного алгоритшчного та програмного забезпечення.

У робот! проанал!зовано процес виробництва керам!чно! фасад-но! плитки,обгрунтовано застосування метод!в експериментально-статистичцого моделквання для Його формал!зацИ.Зд!йснено побудо-ву и-оптимальних шан!в експерименту, по яких проведен! досл1джен-ня. Одержан! ЕСМ водопоглинання, усадки,границ! м!цност! при зги-нанн! х терм!чного коефщютгу лЛнШюго розширення (ТКЛР) для р!зних умов реал!зац!! процесу. Поставлена ! вир!шена задача ба-гатокритер!альноа оптим!зац!1 при одержанн! плитки з м!н1мальною величиною водопоглинання 1 усадки та максимальним значениям границ! м!цности; розроблен! оптимальн! рецептурно-технслопчн! резкими виробництва глазуровано! ! неглазуровано! плитки; приведен! рекомендац!! по добору глазурного покритгя для глазурування черепка; подана к1лыасна оцтка ступеня вшшву неодаор!дност! х±м1-чного складу сировини на якють плитки; проведено пошук сукупнос-тей значень рецептурно-технолоПчних параметров, як! забезпечують у кожн1й конкретн!й ситуацн одержання матер!алу з необх!дними показниками якосп; одержан! дан1 по структуро- ! фазоутворенню при спеченн! шлакокерам!чних мае. Створено рецептуру для виробництва керам!чно! плитки знижено! матер1ало емкост1 з використанням мюцево! сировини. Розроблена функц!ональна структура, алгоритм!-чне та програмне забезпечення автоматизовано! л.нформаЩйно-пошуково'1 системи рецегпурно- технолопчного моделквання складних систем !з вза емозалежними ! вза емонезалежними компонентами.

Автор за ища е: зас1б проектування оптимальних рецешурно-те-хнологачшх режимхв виробництва буд1вельно! керамШ! ! одержання високоякюних плиток на основ! розробки комплексу ЕСМ процесу;те-хнолопчн! рекомендаци по вибору оптимальних режим1в виробництва глазуровано! ! неглазуровано! керам1чно! плитки з необх1дними показниками якост!;комплекс ЕСМ процесу для р!зних умов його реал1-зац!!; результата ттерпретацИ машинного експерименту на одержа-них моделях, що дозволять виробляти керам1чну плитку з заданими

- г—

властивостями 1 покрашено! якосп; оптималъний ресурсозбер!гаотий рецешурно-технолопчний режим виробництва керам!чно1 плитки з введениям добавок мюцево! нетрадищйно! сировинк, разроблений з застосуванням метод1в математичногр моделювання; стратеги) 1 алгоритм проектування на ЕОМ режим1в виробництва бущвельно! керамиси з задании комплексом $1зико-х1м1чних властивостей;розроблене про~ грамне забезпечення для експериментально-статистичного моделюван-ня 1 отим1зац1£ складних 21м1ко-технолог1чних систем, до складу яких входять як вза емозалежн! так 1 вза аионезалежн! чинники.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОГИ Актуальн1сть робот и.

Для успииного розвитку народного господарства Украгни разом 1з нарощуванням об' Ш1в буд!вельних роблт.виробнищва буд1вельних матер±ал!в та вироб!в, необх!дна всеб1чна економ1я матер1альних 1 паливно-енергетичних ресурс1в, шляхом розробки нових та вдоскона-лення юнуючих ресурсозбериакних технологлй за рахунок застосу-вання сучасних метод!в наукових досл1джень, запровадаення можли-востей ЕОМ вже на етади розробки оптимальних режим!в виробництва.

В1домо, що якюн1 результата установления оптимальних режим-них параметр^ одержан! завдяки використанню метод1в експериментально-статистичного моделнвання,як1 в останнзЯ час почали широко впровадауватися в Х1м1чн1й технологи завдяки застосуванню за-соб1в обчислнвально! технцш.Проте не юнуе достатньо повно! нау-ково-обгрунтовано 1 методики створення оптимальних рецептурно-тех-нолопчних режимов при виробництв1 бущвельно! керамиш, що зат-римуе и вдосконалення та розвиток.

Робота проводилась в1дпов1дно з комплексною щльовою науко-во-техн1чною програмою 7.В"Компьютерне матер!алознавство та шфо-рматизаф-я творения нових сполук 1 матер1ал1в", затвердженою Пос-тановою ДКНТ Укра1ни, та планами НДР кафедри к1бернетики х!м1ко-технолопчних процес!в Ки1вського пол1техн1чного Лнституту зид-но хоздоговорчих роб1т з рядом науково-дослздних злститупв та шдаришств Держбуду Украши та Роен.

Таким чином, досл1даення, як! спрямован1 на розширення дае-рел сировинн, створення фасадних плиток полшшено! якост1 та зни-жено!;матер1ало шкост! шляхом розробки ЕСМ процесу з застосуванням методологи математичного моделювання е актуальными.

Мета робот и. Установления оптамальних рецегпурно-технолопчних режимов виробництва керам1чно! глазуровано! облицю-вально! плитки на основ! розроблених ЕСМ цього процесу з викорис-танням створеного алгоритм!чного та црограмного забезпечення.

Наукова новизна. Автором вперше розроблено зас1б проектування оптамальних рецешурно-технолопчних режим!в при створенн! технологи фасадно! керамиси; визначен1 оптимальн1 рецешурно-технолопчн1 умови виробництва глазурованих плиток з полишеними властавостями.зниженою матерхало емкЮтю 1 пщвищеною довгов!чн1стю; виявлен! ф!зико-х±м1чн1 особливост! процес!в та явиц, як1 мають мюде; одержат дан! про структуро- ± фазоутворен-ня при спеченш шлакокерам!чних мае; розроблено комплекс ЕСМ, що дозволяють прогнозувата значения водопоглинання, усадки, границ! мщност! при згинанн!, ТКЛР глазуровано! плитки в залежност1 в!д Х1М1ЧНого складу сировини; обрано оптимальний рецептурно-техноло-Г1чний режим виробництва фасадно! керам1чно! плитки з використан-ням добавок нетрадиЩйно! сировини; розроблено алгоритжчне 1 про-грамне забезпечення для експериментально-статастачного моделгоан-ня та оптим1заЩ1 складних х1м1ко-технолог!чних систем, до яких входять взашозалежн1 ! взаемонезалежн1 чинники.

Практична Ц1нн1сть та реал1зац1я результапв робот и. Одержан! технолопчн! реко-меддац!! по вибору оптамальних значень рецептурно-технолопчних параметр!в при виробництв! глазуровано! ! неглаэуровано! плитки, а також з -урахуванням неоднор!дного х1М1чного складу сировини передан! для використання на кихвський завод "Керам!к". Результата обчиелгоального експеримешу по одержаних ЕСМ дозволили визначати оптимальн! рецептурно-технолопчн! режими виробництва керам!чно! плитки з використанням глин Шахровського родовища.

Розроблена автоматазована система експериментально-статисти-стичного моделювання й прийняття рилень на основ! одержаних моделей при досл!дженн! багатокомпонентних технолог!чних систем вико-ристовуеться в учбовому процес! Ки1вського пол1техн1чного институту, а також упроваджена для експлуатаци у ряд1 науково-досл!д-них ! проектно-конструкторських орган1зац1й, та п1дпри емств Держ-буду Укра!ни та Рос!!.

Економ!чний ефект В1Д впроваджешя результат!в робота на ки-!вському завод! "Керам!к" склав 38,64 млн.крб.(в щнах У1 1993р.)

- А -

Апробац1я робот и.ОсновИ! результата робота до-кладались 1 обговоргавалися на:областних науково-техн!чних сем!на-рах "САПР и АСУТП в химической промышленности" (м.Черкаси, 1987р. 1 1989р.); науково-техшчшй конферешш "Проблемы экологии и ресурсосбережения" (м.Чернхвца,1991р.}; УН Всесоюзна конференци "Математические метода в химии" (ММХ-7) (м. Казань, 1991р.); нау-ково-технхчному сем1нар1 "Математические метода в химии" (ММХ-8) (м.Тула,1993р.); науково- технхчному сем!нар1 "Экспериментально-статистическое моделирование в компьютерном материалов—ведении" (м.Одеса,1993р.).

П у б л 1 к а ц 1 I . 0сновн1 результата робота викладено в 20 публ±кащях.

Структура та об' ем дисертаци. Дисерта-Ц1йна робота складаеться з вступу, шести роздтв, висновк±в, списку Л1тератури та додатк1в. Робота викладена на 21 о стор1нках основного тексту,вмицуе 35 малюнк1в, 24 таблиц!.. Список штовано! Л1тератури вмицуе 153 найменуваня.Додатки складають 51 сторшку.

ЗМ1СТ РОБОТИ.

При виplшeннi завдань вдосконалення якост1 1 зростання вицуску буд±вельних матер1ал1в найб1льше проблем виникае з розробкою таких рецешурно-технолоПчних режим1в,щоб вироби.як! вицускаються, в1дпов!дали необх!дним вимогам при експлуатаци.

Досл1даення по п!дбору рецептур мае пост1йно проводяться в лаборатор1ях шдприемств буд!вальних матер 1ал1в, ЩЦ будд.вельного матер!алознавства.Проте юнуючо! шформаци недостатньо в постлй-но зм1нливих умовах виробництва для визначення оптимальних режимов ведения процесу.Ця задача може бута успипно вир1шена з засто-суванням методологи експериментально-статистичного моделшання.

Таким чином нижче сформульован1 основн!. етапи робота :

1.Провести доеллдження процесу виробництва керам1чно1 облицшаль-но1 плитки з метою виявлення домтутш параметр 1в ведения процесу, визначити стушнь IX впливу на якють одержуваного виробу,ро-зробита комплекс експериментально- статистичних моделей процесу.

2.Встановити оптимальн! рецептурно-технолоичн! режими виробництва керам1чно! глазуровано! плитки.Розробита рекомевдаци по вибо-ру юнуючих фритованих глазурей 1 визначити рецептуру сиро! гла-зур1 для глазурного покриття в оптимально зон1 ведения процесу.

3.Виявита стушнь впливу неодаор1дност! х1м±чного складу викорис-

товувано! сировини на показники якоси керам1чно! плитки. 4.Розробити ресурсозберзташий рецептурно- технолопчний режим виробництва плитки з використанням добавок мюцево! сировини.

Процес виробництва керамзлно! шштки це складна, стохастична система,вивчення яко! дощльно проводити з використанням метод!в оптимального планування експерименту. Вплив випадкових чинник±в 1 недостатня вивченють, вадсушють вздомостей про ф !зико-х!м!чну сутнють явищ не дозвсшшгь використати детермшований п1дх1д при розробц! математичного описания процесу вщлому-

Об* ектом досл!дження в ц!й робот1 був спос1б виробництва ке-рам1чно1 шштки,який складаеться з приготування маси.И пресуван-ня, сушкою та випалом у виробничих печах ки!вського заводу "Кера-м!к". Головними факторами, як1 суттшо впливають на процес, обра-Н1:складов! керам!чно! маси- глиняна сировина (глина ЧШЮгилавн! - нефел!н,шлак,скло; ошснгоач! - пюок 1 шамот. Технолопчн! па-раметри - тиск пресування, температура випалу виробхв. Втщшш зм1нними обран1 водопоглинання, усадка 1 границя м1цност± при згинанн!. Апрюрно в1домо про. нелгнШшй характер впливу фактор1в на вих1дн1 зм!нн!,що обумовлюе виб1р повного ползлома другого ступеня при розробщ математичного описания процесу.1нтервали змшювання фактор1в, необххдн! значения вихзлних змиших представлен! в табл.1.

Таким чином, це завдання зводиться до класу задач "склад-технолог!я-властив!сть". Проте внаслЩок складно! облает! юнуван-ня параметр!в для вирдлення задач! було запропоновано перейти В1Д вза емозалежних до взаемонезалежних чинник1в ! представите су-м!шев1 фактори !х в1дношенням до головного компонента шлзжера -глини. Одержан! чинники представлен! в таблиц! I.

Зпдно обраного Б-оптимального плану були проведен! експери-ментальн1 досл1дження, обробка результат1в яких ! прийняття конк-ретних технолоичних ршень проводилось з використанням розробле-но1 автоматизовано! системи рецегпурно-технолопчного моделювання "МЮРГГ'.що призначена для надання практично! допомоги досл!днику в орган!заЩ1 оптимального експерименту при моделюванн! ! оптим1-заци складних технолог!чних систем,як! являють собою сум!ш1 р!з-них компонешчв, а також включають вза емонезалежн! параметри.

Система, структуру яко! зображено на мал.1, мютить основн! блоки вибору план1в експерименту, побудову та статистичний анал!з

Таблиця I

Насл1дки попереднього анал1зу досл1дауемого процесу

1'лазур. Фасадна плит. Найменування Умовн1 Одинищ Фасадна фасадна з використан.

позначки вим1рюван. плитка плитка м!сц.сировини

Глина Ч1ПК % 60-80 60 - 80 40 - 60

Глина Шахровська От % - 10 - 30

Шлак С2 % 15 - 30 10 - 25 10 - 25

Нефелин Сз % 0-7 0 - 7 -

Скло Сц % 0-7 0 - 10

Шсок С % 0-7 - -

Шамот С6 % 5-15 0 -10 0 - 10

Тиск р МПа 3,0 5,0

Температура т С 1010 1050

Сум1ш©в1 фактори, як1 представлен! у вигляд1 в1даошень масових долей компонента сумши

Факт

х2 Х3

ори

Хе

ВИХ1ДН1 ЗМШН1

%

У2 % МПа

Сз/С^ с2/с1 с7/с

Оя/С* оа/с± с„/с.

С^/С^ СЕ/СА с2/с:

св/о4 т се/с;

СБ/С1 т

I

р

не бьльше Н1ж 12 не б1льше н1ж 4,5

не менше н1ж 12

Водопоглинання Усадка

Границя мщност1 при зпнашл

Властивост1 обраних планов МлькЮть ЧИННИК1В 7 5

К1ЛЬК1СТЬ Д0СЛ1Д1В 36 21

Детермшант шформащйно!

матриЩ 4,7*10 8,8*10

4 15

1,17*10*

математичних моделей, прийняття по ним ршень. II ядром е диспетчер,який зд!йснюе координация робота ус1х програмних модулей, переда е основм параметри, виконуе введения вхщних даних, завдання типу задача "технолоия-властавють", "склад-властивють", "склад -технолоия-властавють", здШшюе сервюн1 1 допом1жн1 функци. Блок побудови планлв експерименту включае виб1р стандартного плану експерименту з бази даних системи та синтез Б-оптимальних пла-н1в.П1сля реал1зацн експерименту здШснюеться статистична оброб-ка результат1в,яка складаеться в одержаши коефЩЮпчв регрессного р1вняння 1 ощнц! його адекватност1 досл1джуваному процесу. Математачн1 модел1 дають змогу приймати конкретн1 технолоич-н! рилення, зокрема: зд1йснити оптим1заЩйний пошук по модел1 з використанням комплексного метода Бокса; ощнювати вплив кожного ±з досл1даувашк чинншав на показники якост1 вироб1в;прогнозува-

Мал.1. Структурна схема автоматизованох системи М10Р1Т

та властивост1 одержуваного виробу та зд1йс,1швати виб1р рецептур-но-технолоПчного режиму для конкретного показника якост1 з вгасо-ристанням граф1чнох злтерпретащ! результатхв моделювання у виг-ляд! !зол!н!й або !зоповерхней вхлгуку; вир'шувати задачу багато-критер1альнох оштаизацх!. Розроблене програмне забезпечення мае дружн!й штерфейс, контекстно-залежну систему допомоги ± не потребу £ в1д користувача спеЩальних знань програмування.

3 використанням дано! системи одержано адекватн1 математич-н1 модел1 процесу: I) по водопоглинанню:

У^Ч 0,05-0,66X^+0,02Х2+0,43Х3+0,67Хи+1 1 ,30Хб-1,13Х7-0,07Х

Х4Х2 -0,91 Х^з -0,70Х±ХЦ -0,02Х1Х3+0,50Х4Х6 - О, Я 4X^7 -0,4 4Х2Х3+1, 03*

Х2Х„-0,77Х2Хв+0,08Х2Хв+0,20Х2Х7-0,32Х3Хи+0,77Х3Хв-1,16Х3Хв-0,29* Х3Х7-0,16Х„Х2+0,05Х„Хв-0,04Х„Х7-0,48ХвХв-1,10ХвХ7-0,91ХвХ7+0,86Х* +2,75X^+0,40X^+1,73X^+3,86x1+2,68X^-1,07^ ( I)

2) по усадщ:

У2=2,37-0,07X^.-0,18Х2+0,01Х3-0,24Хц~0,1ЗХ3+0,22Хв-0,19Х7-0,08Х±Х2 -0,07Х±Х3+0,04Х±Х„+0,01 Х±Х5-0,13Х1Х6 -0,14Х1Х7-0,06Х2Х3 -О,05ХаХ„+ +0,14Х2ХЕ-0,07Х2Хв+0,05Х2Х7-0,09ХаХ^+0,06Х3Х3-0,14Х3Хв-0,05Х3Х7--0,01Х1>Х5-0,05Х^Хв+0,21Х„Х7+0,20Х5Хв+0,09Х5Х7-0,11ХвХ7-0,64Х*-0,68Х2 -О,39х|-0,10X^+0,26Х|+0,34Хв+1,10Х7 (2)

3) по меж1 м1цност1 при згинаннз.:

У3=19,71+1,37Хх-1,37Х2+2,19Х3-1,52Х„-0,08Хд+1,46Хе+1,80Х7-0,11Х1х Х2+0,42X^3+1,69Х±Хи-0,14X^X5-0,77Х1Хв+1,05X3X7-0,70Х2Х3-3,08Х2Х^ -О,27Х2Хв-0,31Х2Хв-0,74Х2Х7-1,24Х3Х„-О,16Х3Х5-1,50Х3Хв-0,53Х3Х7--0,64Х„Хв+0,ЭгХ^Хв+О,64Х„Х7+0,94Х5Х6+1,57ХвХ7-0,66ХвХ7-8,99Х^~. 4,64X^+0,81Х3-5,44X^+4,90Хв+6,42X^+9, 01Х7 (3)

На основ1 розроблених ЕСМ процесу виробництва плитки оЩгаэ-вався ступ!нь впливу фактор!в на вих1дн± зм1Ш1. Деяк! з цих д±аг-рам квазюднофакторного анал1зу зображен1 на мал.2а,б,в. Як вип-лива б з график1в на мал.2а зростання нефелллу у мае! приводить до зниження водопоглинання. Плавень сприяе утвореншо р!дко! фази,веде до заповнення певного об' ему пор перемцценню частинок криста-Л1ЧН01 фази,ущзльненнга,усадщ вироб1в. Зниження усадки при зб!ль-шенн1 к1лькост! шамоту (мал.26) св1дчить про процеси кристал1за-ци малоусадних та безусадних новоутворень 1 реал1заЩ1 13 зерен шамоту малоусадно! структури.Збэльшення тиску пресування (мал.2в) змщнгае плитку завдяки розвитку контактных поверхней, взаемоди твердих частинок 1 випснл-нню повпря 1з пор.Дан1 д1аграми дозволять к1льк1сно ощнити-ступшь впливу фактор1в на якють плитки.

Сшльна оцшка -впливу технолопчних фактор1в - тиску та тем-ператури - на значения вихздних зм1нних при стаб1л1зац11 рецепту-ри шл1кера,приведена на мал.З. На граф1ках воображаться загаль-н1 законом1рност1 змиязвання вих1дних зм1них, що пояснюеться процесами, як1 мають мюце при вшал1 плитки - спочатку спечення склообразуючих шлакових зерен у просторовий каркас,пром!жки якого заповнеш продуктами розкладання глинистих матер1ал1В, пот1м спечення мюць контакту р1зних кристал1чних та аморфних фаз з утво-ренням,мщно!,малоусадно! пол:1кр1стал1чно1 структури.

Лнал1з одержаних поверхней дозволя е вибрати область реал1за- ,

ч -$ 2.0 •

1 § 0.0 -

и

«3-1.0-

-гл -

\

г- 1 1 1 т— 1

■1.0 -О.В -0.2

а).

0.3 • 07 •

г.

ГЬ, 0.0 -

4-а

—0.4 • -С.& -

1 1 1 1 1

-».в -ол -сл б).

-1Г.0 --

* вп -

-

г— *

Ы г

Г* Г

-1.0 -ав -а» ал ав Гиен п/>ес1>£в""*я

8).

Мал.2. Д1аграми квазюднофакторного анал1зу впливу плавня на водопоглинання (а), оп1сншач1в на усадку (б), таска пресування на границго мщност! при згинанн: (в) на нижньому (I), середньому (2) 1 верхньому (3) вариэванн!

ЦП процесу, яка мае найб1льш плоский вигляд поверхн1 в1дгуку 1 в1дпов1да е найб1льш стабзльному режиму ведения процеса. Деяк! об-ран! режими виробництва керамхчно! плитки приведено в табл.2.

Таблиця 2

0птималън1 рецешурно-технолопчн1 режими для виробництва керам1чно! фасадно! плитки

N п/п Рецептура,^ Темпе рату- Ра, Тиск МПа Усад ка, % Водо-погли нання Границя мщност! при зги-нанн1

глина -не-шлак фел. скло шамот Ш-.сок

1. 60 0 25 0 8 7 1010 3 1,9 7,5 21 ,8

г. , 70 4 15 0 11 0 1010 3 2,9 4,5 30,4

3. 75- • 0 15 2 8 0 1010 3 2,1 5,7 23,9

4. 60 2 30' 0 8 0 1030 3 2,7 7,6 26,5

5. 70 4 15 0 11 0 1030 3 3,4 5,7 27,2

6. 60 2 20 4 14 0 1010 4 2,5 7,9 23,5

7. 60 2 20 11 0 7 1010 4 1,3 7,8 22,6

8. 65 0 20 4 11 0 1030 4 2,2 6,4 27,1

9. 65 6 20 0 8 1 1030 4 2,1 7,9 16,7

10. 60 6 20 6 8 0 1050 4 1,2 7,8 28,6

Оптим^ацдЛний пошук по одержаним моделям виявив сп!льн± координата 1ндив1дуальних оптимум1в для мд.н1мальних значень водопоглинання 1 усадки та максимального значения границ! мщност! ви-робу.що дозволило при подалыиому досл!даенн1 1х стаб1л!зувати.

Одержан! результата були використан! дня розробки оптимального рецептурно-технолопчного режиму виробництва глазуровано! плитки, зд!йснити доб!р фритовано! та установите рецептуру сиро!

ЬолопогличаннЯ, %

/раниця тцносп', 7*с.к i rim

Tuck

Мал.З. Поверхн1 В1дгуку для водопоглинання (а), усадки (б), гранит MiixHocTi при згинанн! (в).

Тенперзгура

Ж

W,

Ш

ll<>fe/li>1 /глина

Е7Ч

ы

UlnaK/грино.

ш ' * S 'к* II <hO '/л

WI 11 г"* Уя

m ш IU m

ШапОт/ГЛШ'О

Мал.4. 1золши на д1аграм! "квадрат на квадрата" для водопоглинання.

глазур1 для нанесения глазурного покриття при в1дпов1дност1 ТКЛР глазур! та маси.Область 1снування зм!нних,досл!джуван! чинники 1 основн1 властивост1 обраного плану представлен! в табл.1.

Результата машиного експерименту для водопоглинання по одер-жаних ЕСМ, представлен! на д!аграмах тапу"квадрат на квадрат!" (мал.4),дають змогу прогнозувата значения вшадних зм!нних для обраного рецептурно-технолопчного режиму виробництва.Виб!р оптимального режиму ведения процесу зд1йснювався побудовою плезюпти-мально! зони за допомогою д гсощативно-шагового методу. На мал.5 заштрихована компром!сна зона реал!зац!1 процесу виробництва плитки, яка побудованав результат! накладання номограм, розрахованих

для к0жн01 виххцио! змхнио!..

Таким чином, одержан! результата дозволяють виробита рекоме-цдащ! по добору оптимального рецептурно-технолопчного режиму при умов! в!дпов!дност1 значень ТКЛР глазур! та черепка, з вико-ристаниям юиуотих фритованих глазурей 1 розробити рецептуру сиро! глазур! для нанесения глазурного покриття в оптимально зон! ведения процесу.

При визначеши ТКЛР фритоваио! глазург використовувався метод розрахунку, розроблений Аленом.Одержан! результата дозволили про-поиувата певного виду фриту для обраного режима виробництва.

Для розробоки рецетури сиро! глазур1,використовувалося 40-605 датол!ту, до 30% перл!ту, 10-40% глини. Це завдання класиф!куеться як задача типу "склад-властав!сть",а поверхня в1дгуку описуеться пол1номом неповного куб1чного ступени.Обробка результата експери-ментов.проведеиих по спещальчо синтезованому Б-оптимальному плану, дозволила одержати р!вняння залежност1 ТКЛР В1д складу сум!ш1. Результата обчислювального експерименту представлен! на д!аграм!

"склад-властав!сть" (мал.б) ! дозволяють визнач'ата склад сумзлИ при виробницты глазур! з задании значениям ТКЛР.

Неоднорхднють х1м1чного складу сировини,що використовуеться у виробництв1 плитки,справляе збургоаний вплив на показники якос-т1 виробу, веде за собою нестабгльнють процесу та появу браку. Тому для ощнки впливу Х1М1ЧНОГО складу сировини на вшадн! зм1н-И1 необххдно було розробити ряд ЕСМ для яких один фактор (глина) е зм!ншанним,а 1нш1 - стабьльн!.Сушка, прчсування, випал велись в однакових умовах.

Зпдно обраному ранше плану було проведено 3 серп експери-

Дэтал/т

&як//*ш<а.

Перл!т

Глина

Мал.5 Компромюна зона реал!зац!! виробництва керам!чно! шштки:

-- - 1зол1н1х границ! м!цност1; I

---- 1зол1н11 усадки; 2

1зол1н11 водопоглинання. 3

Мал.6. 1зол!н!! ТКЛР на д1-аграм! "склад-властивЮть"

- величина ТКЛР 4,0x10"« ;

- величина ТКЛР 4,5x10", ;

- величина ТКЛР 5,0хЮ*6 .

ментальних досл!даень з використанням глин, до складу яких вхо-дять 54%,59%, 67% БЮа, 33%,24%, 18% А1203, а також незначна к!ль-к1сть дом1шок у вигляд! сполук к.Ыа, Са, Ре, Мй та 1нших. Обробка одержаних результат1в дозволила побудувати ряд ЕСМ пронесу по кожн1й серп досл1д1В.Ддя конкретно! оц!нки ступени впливу неод-нор!дност! х1м1чного складу глини результата розрахукив по моделях представлено на тетраедр!. Так на мал.7 зображено зм!нгоання 1зоповерхн1 в!дгуку границ! м!цност! 25 МПа при р1зн!й к!лькост1 А12о3 в мас1. Зб!лылення його к!лькост! веде за собою зростання як площ! 1зоповерхн1, так 1 самого значения вих1дно! зм1нно!. Уысладнення виду поверхн! св!дотствуе про нестаб1льнють процесу та його чутливост! до зм!ни рецептурного режиму.

Дан! обчислгоального експерименту дали змогу представите значения вихшшх зм!нних на Д1аграм! стану багатокомпонентних сист'ем. Досл!даувана зона являе собою розплав р!зних алкмосшика-т1в к, N3, мд, Са та твердах розчин!в. М!крогетерогенна структура материалу складаеться з перетворених зерен кварцу,каркасу 13 л!к-вованих та закристал!зованих зерен шлаку та м!лкод!сперсного тер-моструктурованого глинистого матер!алу,в якому локал!зуеться ос-новний об* ем пор.Утворення кристал1чних фаз,особливо в зонах контакту ,де найб!лыи в1рог!дно виникнення евтектичних розплав1в,спри-я£ утворенню м1цно! каркасно! структури спеченого черепка.Виявле-но, що утворена р!дка фаза частково розчиняе складов! частини ма-

Мал.7. Змишвання !зоповерхн1 границ! мЩност! згинанн! 25 МПа в залежносп в1д к!лькост! А12о3 в мас1: ХА - глина, Хг -шлак, х3 - нефелзя, х„ - шамот.

си, та сцрияе утворенню лейщпу.Забезпечення специф1чних задания властивостей черепка зд!йснюеться змлною його х!м!чного складу.

Для зниження соб!вартост! вироб1в, скорочення розходу б!лып ц!нно! сировини 1 впровэдження ресурсозберлтаючих технолог1й, за-пропоновано вводити в керам!чну масу добавку м!сцево! сировини -шахровську глину,а нефел1н зам!нити склобо ел. Прийнята область вариюання змзлних.дослщуван! чинники ! властивост! обраного плану представлен! в табл.1. Обробка результата проведение експе-рименпв дозволила одержат ряд ЕСМ процессу.

Одержан! результата обчислшального експерименту при стаб!-л!зац!1 'температури випалу на верхньому р!вн! 11 варизвання зображен! у вигляд! !зоповёрхней на куб1 у координатах х2, Х3, хи при зм1н1 к!лькост! шахровсько! глини (мал.8).Пов!льна зм!на кон-ф1гурац!1 поверхн! границ! мщност! яке дор1внюб 19 МПа, при невеликих добавках шахровско! глини св!дчить про стаблльнють досл!-дауваного процесу. Проте, як видно !з граф1к!в, вказаний показник суттево залежить в1д к1лькост1 шахровсько! глини, а конф1гурац!я поверхн1, 31 зростанням добавки глини, ускладнюеться вщ плоского для нижнього р!вня до двох наближаючихся поверхней на середньому ! ускладнено! седловидно! поверхн! на верхньому р!вн! вар1нвання фактору.Це св!дчить 1 про нестаб!льн1сгь процесу при зб1льшенн! к!лькост1 шахровско! глини та 1! збургачому впливу на процес. Де-як! рецептурно-технолопчн! режими виробництва плитки з викорис-танням добавок шахровсько! глини приведено в табл.3.

глина

Мал.8. Змшювання 1зоповерхн1 границ! м1цност! згинани! 19 МПа в з8лежност! в1д к!лькост! шахровсько! глини в мас1: скло/глина, ха - шлак/глина, х3 - шамот/глина

Таблиця 3

Оптимальн! резкими виробництва фасадно! плитки з

використанням шахровсько! глини

Рецептура,% Темпе Усад- Водо- Гра-

рату- ка, погли- ниця

гли- гли- скло ша- шлак ра, % нання, мщно

на на мот СТ1, МПа

Ч1ПК шах- ровсь- ка %

40 30 10 10 10 1050 3,68 8,99 17.57

45 25 4 7 19 1050 3,74 8,36 20,01

60 10 4 4 22 1050 4,27 9,01 20,88

45 25 10 10 10 1050 4,13 7,91 20,27

50 30 0 4 16 1050 4,21 7,63 19,30

40 30 . 4 4 22 1050 3,27 8,44 30,27

50 20 8 9 13 .1050 4,10 8,24 20,43

60 20 0 4 16 1050 4,31 7,79 20,17

55 20 0 3 22 1040 2,90 10,40 18,95

ВИСНОВКИ.

1. Вивчено сучасний стан проблем« виробництва керам!1шо1 плитки, обгрунтовано зястосування метод!в математичного моделювання дня формол1зац1! процесу ! виб!р стохастичного шдходу для розробки математичного опису даного процесу,виявлен! домщрл! фактори, що чинять суттевий вплив на показники якост1 вироб!в.

2. 3 використанням математично! теорИ експерименту проведено ек-спериментальне вивчення процесу виробництва керам!чно! плитки по

результатах якого розроблен! адекватн! статистичн! модел!. Проведено хх анал!з,у результат! якого напрацьован! рекомевдаци по вибору рецегпурно-технолоичних параметр!в цього процесу на осно-в1 к1льк!сно1 ощнки ступеня вшшву ЧИННИК1В на ВИХ1ДН! ЗМ1НН1.

3. На основ! розроблених ЕСМ виробництва глазуровано! фасадно! плитки, що вклшають залежност! водопоглинання, усадки, границ! мщност! при згинанн! ! ТКЛР в!д рецеотурно-технолоплних факто-р!в при моделюванн! само! плитки, а також регресОн! р1вняння для датол!тово! глазур!, проведений багатокритер!альний пошук шгезюптимально! зони для обраних показншав якост!. Вироблен! рекомендац!! по використанню юнувлих фритованих глазурей для нанесення глазурного покриття в оптимально зон! ведения процесу. ЗдОснено виб!р в!дпов!дних режим!в з використанням сиро! глазур! для глазурування черепка. Вироблен! рекомендац!! по вибору оптимального складу керам1чно! маси та темпера тури !! випалу при умов! вздповщгост! значень ТКЛР глазур1 та черепка.

4. Подана к!льк!сна оц!нка ступеня вшшву неоднор!дност! х!м!чно-го складу сировини на показники якост1 плитки на основ! розроблених ЕСМ процесу. Проведено пошук сукупностей значень рецептурно -технолопчних параметр!в,як1 забезпечують у кожн!й конкретно си-туац!! одержання матер!алу з необх!дними показниками якост!. Одержан! результата подан! на д1аграмах стану трьохкомпонентних систем, що дозволяе застосовувати !х як для вивчення фазового та х1м1чного складу плитки, так ! для виробництва и з необх1дними властивостями. Одержан! дан1 по структуро- ! фазоутворенню при спеченн! шлакокерам!чних мае.

5. Розроблено рецептурно-технолоичний режим виробництва керам!-чно! облицшально! плитки з введениям у рецептуру добавок глини Шахровського родовища, що да е економ1чний вар!ант виробництва плитки з замалою привозно! сировини на мюцеву.

6. Результата робота у вигляд! технолопчних рекомендацО по реа-л1защ! процесу в оптимальних рецептурно-технолоичних режимах передан! ки!вському заводу "Керам!к".

7. Економ!чний ефект в!д впровадаення результат1в робота на ки!-вському завод! "Керам!к" склав 38,64млн.крб.(у ц!нах на У1 1993р)

8. Розроблена функцюнальна структура, алгоритшчне та програмне забезпечення автоматизовано! системи експериментально-статистич-ного моделювання ! оштаизаци складних ХТС,як! вмицують взаемо-

залежш i вза емонезалежнх чинники.

Э.Розроблене програмне забезпечення упроваджене для експлуатаци у ряд! проектних орган!защй.

Основний ЗМ1СТ дисертаци викладено у 20 роботах, головними з яких £ : I. Ляшенко Т.В..Колесникова Р.Н..Чернявская Л.П..Хрутьба В.А. Диалоговая автоматизированная система планирования и обработки экспериментов для моделирования многокомпонентных систем // Тезисы докладов Третьего областного научно-технического семинара "САПР и АСУТП в химической промышленности",г.Черкассы,1989.-с.32.

2. Колесникова Р.Н., Чернявская Л.П., Хрутьба В.А. Моделирование процесса получения керамической плитки для выбора оптимальных условий его реализации // Вестник КПИ. Серия химическое машиностроение и технология.-К:изд-во "Лыбидь",1990.- с.62-65.

3. Хрутьба В.А. Многокритериальный поиск оптимального состава керамических масс при производстве фасадной керамической плитки// Тезисы докладов IY научно-технического семинара"САПР и АСУТП в химической промышленности", г.Черкассы, 1991.- с.18-21.

4. Статюха Г.А.,Попский М.С.,Хрутьба В.А. Планирование и обработка результатов эксперимента при оптимизации химико-технологических систем"состав-технология-свойства"//Тезисы докладов IY Все-союзн.конфер."Математические методы в химии",г.Казань, 1991.-е.285

5. Колесникова Р.Н..Чернявская Л.П..Хрутьба В.А. Анализ влияния факторов на качество фасадной плитки // Вестник КПИ. Серия хим.машиностроение и технология.-К:изд-во"Лыбидь",1991,- с.61.

6. Колесникова Р.Н., Ляшенко Т.В., Хрутьба В.А. Оптимизация процесса получения керамической фасадной плитки // Заводская лаборатория, N3, 1992.- с.64.

7. Колесникова Р.Н., Крупа A.A.,Хрутьба В.А. Выбор оптимальных режимов производства керамической глазурованной фасадной плитки. деп. в ГЕТБ Украины KI0I9, 1993.

8. Колесникова Р.Н., Крупа A.A.,Хрутьба В.А. Исследование влияния химического состава сырья на свойства керамической массы при производстве фасадной плитки. Деп. в ГНГБ Украины N1949,1993.

9. Колесникова Р.Н., Крупа A.A., Хрутьба В.А. Математическое моделирование рецептур глазурей в производстве облицовочной керамики // Тезисы докладов научно-технического семинара "Математические методы в химии".г.Тула, 1993.- с.105.