автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Совершенствование технологии стекольной шихты на базе разработанного дозировочного оборудования

АО " ИНСТИТУТ СТЕКЛА "

На правах рукописи

УДК.......................

СУББОТИН Константин Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ НА БАЗЕ РАЗРАБОТАННОГО ДОЗИРОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

05.17.11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических

материалов

Диссертация в форме научного доклада на сонскание ученой степени кандидата технических наук

Москва 199 5

Работа выполнена в АО "Институт стекла" На)-чный руководитель:

доктор технических наук, профессор В.Е. МАНЕВИЧ Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.А. ГУЛОЯН кандидат технических наук О.В. ПАРЮШКИНА

Ведущее предприятие: АО "Союзстекломаш"

Защита диссертации состоится "_" мая 1995г. в _час. та заседании

специализированного совета К 111.02.01 в АО "Институт стекла" (111112, Москва, Душинская ул.. 7)

С диссертацией б форме научного доклада можно ознакомиться в библиотеке АО "Институт стекла".

" Научный доклад разослан "_"_ _ 1995г.

Ученый секретарь специализированного совета.

к.т.н.

Н.М. Щекотихина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Проблема повышения эффективности процесса приготовления шихты теснейшим образом связана с показателями удельной производительности линий производства стекла, рационального использования топлива и энергии, экологии, качества стекла.

По уровню технологии, основного и аспирационного оборудования, систем ' управлении и контроля, трудозатратам, отечественные составные цеха на много лет отстают от достижений индустриально развитых стран.

В то же время прямое заимствование зарубежных достижений по развитию технологии и оборудования для производства шихты далеко не всегда возможно ввиду значительного отличия сырьевых материалов, поступающих на стекольные заводы.

В условиях развития рыночных отношений и связанной с ними острой конкуренции, в условиях обострившейся экологической ситуации совершенствование эффективности процесса производства шихты становится важнейшей задачей.

В 80-х годах проблема повышения эффективности процесса приготовления шихты получила отражение в отраслевых программах. Решить эту задачу в рамках указанных программ не удалось, но были сформулированы направления решения этой задачи.

Работа была продолжена как инициативная в Институте стекла и получила дальнейшее развитие в созданной на базе ГИС фирме "Стромизмеритель" в 1990 - 1995гг.

Целью работы является создание высокоэффективной технологии производства стекольной шихты и автоматизированного технологического оборудования для ее реализации в производсгве листового строительного, технического, тарного, медицинского и других видов стекла.

Научная новизна.

На основании исследования процесса истечения сыпучих компонентов стекольной шихты установлено, что при изменении объемной массы легкосыпучих материалов, связанной с изменением ее влажности и гранулометрического состава, скорость истечения может колебаться в пределах до 30%. Для поташа, сульфата, соды, свойства которых не отвечают модели сплошного тела, наблюдается истечение материала по экспоненциальному закону (обрушивание) с частотой

10"2...10'' 1/час.

Предложена модель кинематики дозаторов с рычажной системой типа "коромысла'' и консоли. На основании моделирования установлено, что для консольного дозатора "взятие" массы происходит в статике и на показания датчика влияет только масса материала. На показания датчика дозаторов с рычажной системой влияют трудноучитываемый механический износ, остаточная деформация механизмов и динамические факторы.

Предлогкены метод и критерии оптимизации параметров дозирования. Установлено, что для выпускаемых промышленностью и используемых в производстве стекла дозаторов класса точности 0,5; 0,25; 0,2 и 0,1 не выдерживается оптимальное значение критерия интенсивности и в высокопроизводительном режиме погрешность дозирования возрастает.

Выявлено три закона изменения погрешности дозирования при длительной работе дозировочно-смесительной линии: равномерный - изменение погрешности дозирования связано с износом механизмов; импульсный - изменение погрешности связано с обрушиванием материала, низкочастотной вибрацией; гармонический -изменение погрешности дозирования связано с нескорректированными изменениями свойства материала внутри его партии, циклическими нарушениями работы оборудования, особенностями статики и динамики процессов истечения материала и "взятия" массы.

На основании результатов теоретического и экспериментального исследования предложен метод частичного дозирования, заключающийся в дифференциации общего отвеса на несколько доз с коррекцией каждой последующей дозы по данным фактического дозирования. Установлено, что оптимальное количество доз равно пяти.

Практическая ценность.

Предложена принципиально новая конструкция малогабаритных и энергоэкономичных автоматизированных дозаторов основных сырьевых материалов на базе тензорезисторных весоизмерительных устройств. Впервые предложена конструкция автоматического дозатора вспомогательных сырьевых материалов (красителей, ускорителей варки, осветлителей) с принципиально новой конструкцией винтового питателя. Разработаны многокомпонентные дозаторы сырьевых материалов, позволяющие компоновать вертикально оборудование дозировочно-смесительных линий и тем самым сократить капитальные затраты на строительство и реконструкцию составных цехов.

Разработана значительная номенклатура оборудования для транспортировки сырьевых материалов и шихты, обеспечивающая экологическую защиту, практическое отсутствие потерь материала и высокую производительность дозировочно-смесительных линий.

Разработана высокоэффективная дозировочно-смесительная линия и встроенная в технологическое оборудование распределенно-централизованная система управления на базе микропроцессорных приборов и персональных ЭВМ,

Разработаны пакеты программ моделирования, тестирования состояния оборудования, комплексного управления дозировочно-смесительными процессами.

Разработан технологический регламент производства шихты, реализованный в инструкциях по эксплуатации автоматизированных дозировочно-смесительных линий и комплект технической документации по их оперативному ремонту и поверке.

На базе указанных разработок создана экологически чистая, автоматизированная технология производства стекольной шихты.

Реализация работы в промышленности.

Разработанная технология и оборудование внедрены на Ирбитском, Салаватском, Минераловодском, Борисовском стекольных заводах и производстве строительного, технического, тарного и медицинского стекла. Находится на различных стадиях внедрения линии еще на пяти стекольных заводах и четырех заводах других отраслей.

Внедрение новой технологии и оборудования позволило ликвидировать брак в производстве шихты, повысить производство шихты первой и второй категории качества с 10 - 40% до 80 - 93%. Производительность составных цехов возрастает как правило в 1,5 - 2 раза на тех же рабочих площадях.

Результаты работы послужили основой для разработки технических требований на реконструкцию действующих и строительство новых заводов в России и за рубежом.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и демонстрировались на выставке "Интерпродмаш" (г. Киев, 1990г.), "Гластек" (Дюссельдорф, 1994г.), Международной выставке стекла в Экспоцентре (Москва, 1992г.), Нижегородской ярмарке (Нижний Новгород, 1993, 1994гг.), на семинаре работников стекольной промышленности на Борском стекольном заводе (г. Бор,

1993г.).

По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, подано 3 заявки на авторские свидетельства на изобретения.

СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДОЗИРОВАНИЯ.

Изучение качества изделий из стекла на предприятиях стекольной промышленности и в Институте стекла показывает, что до 60% брака связано с неоднородностью шихты. В свою очередь, неоднородность шихты в значительной степени связана с низкой точностью дозирования, низкой надежностью работы дозаторов, нарушением технологического регламента дозировочно-смесительного процесса, связанным с несовершенством оборудования. При неоднородной шихте затрачивается дополнительная энергия на интенсификацию конвективных и диффузионных процессов в печи. Дозировочно-смесительный процесс включает такие стадии, как хранение и транспортировка сырьевых материалов, их дозирование, смешивание, транспортировка, храпение и распределение стекольной шихты. Эти процессы не являются чисто механическими, а сопровождаются физико - химическими превращениями сырьевых материалов и шихты в твердой и жидкой фазах, их агрегированием и дезинтеграцией.

В температурном интервале (0"35)°С активно идут реакции гидратации соды и сульфата с образованием соответствующих тдратов N02003 7НгО,

N02003 ЮН2О, Ыа2Э04 ЮНгО. В этом температурном интервале шихта становится излишне сухой и склонна к расслаиванию и пылению. При температуре

выше 50" С возможно образование гелей метакремниевой (НгЭЮз) и ортокремниевой (Н4БЮ4) кислот, вызывающих комкование шихты.

Технологический регламент процесса производства шихты достаточно хорошо изучен и закреплен в регламентирующих отраслевых документах. При этом требования к некоторым параметрам занижены по сравнению с соответствующими требованиями, принятыми в ведущих шщустриальных странах. Так, точность дозирования по песку и соде для флоат-технологии 0,2% по сравнению с 0,1 -0,08% в Англии, Бельгии, США, Франции, Германии. Это связано с тем, что проблемой является техническая реализация требований к процессу приготовления шихты.

Оборудование для дозирования сырьевых компонентов и их транспортировки отличается большим разнообразием: платформенные весы ручного типа, весы-тележки ручного типа, механизированные ковшовые дискретные дозаторы, полуавтоматические, автоматические дозаторы. Точность дозирования от 0,5 до 1,0% от наибольшего предела дозирования (НПД). Производительность автоматизированных дозаторов от 200 до 18000 кг/час. При этом компоненты массой до 10 кг дозируются вручную. На полуавтоматических дозаторах информация о массе материала передается через механические устройства, включающие рычаги, призмы, тяги, стрелки и пружины, которые быстро изнашиваются и имеют низкую ремонтопригодность. Дальнейшее преобразование механического сигнала, в электрический стандартный сигнал приводит к неконтролируемой потере информации о массе материала в статике и особенно в динамике, т.е. к дополнительной ошибке.

В последние годы в западных странах используются для получения информации о массе материала тензодатчики, которые могут непосредственно преобразовывать механическое усилие в электрический сигнал. Это существенно повышает точность и надежность работы дозаторов, ввиду возможности практически полного отсутствия подвижных частей. Наметилась также тенденция использования многокомпонентных дозаторов. Однако в России подобные разработки отсутствуют.

Точная реализация регламента приготовления шихты (циклограммы работы оборудования дозировочно-смесительной линии - ДСЛ) и особенно коррекция циклограммы при изменении рецепта шихты, состава и свойств сырья оперативно труднореализуемы.

Изложенное кратко состояние технологии и оборудования позволяет сформулировать следующие основные задачи исследования:

1.Исследование процесса дозирования сырьевых компонентов, изучение процесса передачи информации об основных технологических параметрах

дозирования и формирование требований к процессу дозирования и реализующему их оборудованию.

2.Анализ технологического регламента производства шихты и формулирование требований к циклограмме работы оборудования, алгоритмам и программам, их реализующим.

3.Разработка оптимальной конструкции дозировочного оборудования и его испытание. Разработка специального испытательного стенда для моделирования дискретно-непрерывного процесса дозирования.

4.Модернизация оборудования для транспортировки и хранения сырьевых материалов и шихты.

5.Разработка алгоритмов и программ реализации гибкого технологического регламента дозировочно-смесительных процессов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ

Дозирование сырьевых компонентов включает процессы истечения материала при загрузке и разгрузке ковша дозатора и "азятае' веса. Скорость истечения определяется гранулометрическим составом, плотностью, объемной массой, влажностью, коэффициентом трения.

Объемная масса верхнего слоя материала 7=У°О ~ ■О (1 +) и глубинных слоев

г а с

у» = у(1 +3р)-, где уо - удельная масса частиц, £ - пористость, V - влажность,

8

р - давление, материала, g, а - ускорение свободного падения и вибрации. Для моделирования процесса дозирования был сконструирован и из- готовлен специальный стенд. Стенд позволяет дозировать материалы дискретной массой от 2 до 300 кг.

Рис. 1 Схема стенда, на котором проводилась экспериментальная проверка

расчетов.

Стенд для исследования процесса дозирования (рис.1) состоит из расходного бункера (1), шибера (2), весового тензоустройства (3), блока управления дозатором (4), грузоприемного устройства (5), питателя с секторной заслонкой (6), устройства регулирования величины досыпочной щели (7), затвора (8).

Экспериментальные исследования показывают, что изменение объемной массы материала могут приводить к изменению скорости истечения материала до

Скорость свободного истечения материала V " X , где 1=£(ст,т,ф), сг,т -предельные нормальные и касательные напряжения в материале, ф - коэффициент внутреннего трения.

Указанные закономерности основаны на модели сырьевого материала как сплошного тела, носят линейный характер и имеют место в случае равномерного по гранулометрии сухого материала с упругими частицами, не подверженными пластической деформации. Эти условия не всегда соблюдаются для таких материалов, как, например, ноташ, сульфат, сода. При повышенной влажности и наличии комков (плохой,просев), вибрации, они не соблюдаются даже для такого легкосыпучего материала, как песок. В этом случае наблюдается обрушивание материала и соответствующее нарушение стабильности дозирования.

При моделировании течения материала установлено, что обрушивание носит

экспоненциальный характер с интенсивностью с 102---10' 1/час.

Конструктивные и регламентные меры для обеспечения стабильности дозирования могут быть следующими: режим дозирования должен быть многоскоростным, т.е. высокая скорость питания для основной массы и медленная досыпка на заключительной стадии, изменение сечения выпускного отверстия на разных стадиях загрузки и разгрузки ковша дозатора, разрыхление материала перед загрузкой вибраторами или ударниками, подбор угла наклона питателя и стенок ковша (бункера) дозатора.

30%.

гт

тт

а. б

Рис. 2 Схема кинематическая рычажного (а) и консольного (б) дозаторов.

Рассмотрим далее процесс "взятия массы" для двух дозаторов: дозатор с рычажной системой и фиксацией массы через стрелку индикатора (рис. 2а), с тензометрической системой при консольной подвеске (рис. 2б).

Для первого случая процесс "взятия массы" описывается уравнением Лагранжа второго рода. Решение получено Е.Ю. Петровым в виде

ф = С)сое л^зГ+Сгвт лЛзГ, (1)

здесь ф - характеризует угол отклонения стрелки индикатора, В - определяется геометрическими параметрами призм, пружины, тяг и кронштейнов дозатора, I -время, О и Сг - константы.

Из (1) следует, что незначительное изменение геометрических параметров (например, износ призм, остаточная деформация пружины) приводит к существенной погрешности показаний стрелки индикатора.

Для консолыю установленного на весоизмерительном устройстве дозатора (рис. 2б) процесс дозирования описывается дифференциальным уравнением свободных затухающих колебаний и имеет решение

Х=т&/М, (2)

где X - ход датчика, т - масса загруженного дозатора, g - ускорение свободного падения, а, I - координата центра тяжести и длина консоли весоизмерительной системы, к - коэффициент упругости.

Здесь взятие массы практически происходит в статике, и следовательно, в рабочих условиях не наблюдается изменения геометрических параметров дозатора кроме изменения упругих свойств пружины. Если использовать в качестве элемента взятия массы' тензодатчик у которого остаточная деформация нормирована, то этот недостаток минимизируется. Таким образом, на показание датчика влияет только изменение массы.

Соотношения (1), (2) могут служить для расчета и анализа (моделирования) влияния параметров дозатора на показание весоизмерительной системы.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОЗИРОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ТОЧНОСТЬ ДОЗИРОВАНИЯ.

В настоящем разделе проведен анализ факторов, влияющих на основные параметры дозирования. Для этого были выполнены расчеты, определяющие зависимость между основными параметрами дозаторов, и введены новые параметры - критерий интенсивности и удельная оптимальная производительность.

Процесс двухрежимного дозирования в общем с\учае определяется следующими параметрами: средней производительностью питающего устройства дозатора в режиме "грубо" О (кг/с); производительностью питающего устройства в режиме "точно" ц (кг/с); временем запаздывания системы I (с), т.е. длительностью переходного процесса, временем запаздывания исполнительных механизмов, продолжительностью измерения.

Установим основные зависимости. Приближенно прогнозируемая погрешность в режиме "грубо" составляет (кг): А'=С^Н, Диапазон предварения (кг)

т=кД=кС?1, (3)

где к - коэффициент нестабильности, учитывающий колебание параметра <3 (зависит от типа питающего устройства и физико-механических свойств дозируемого материала).

Продолжительность (с) загрузки в режиме "грубо"

Г = (4)

где М - заданная доза, кг.

Продолжительность загрузки (с) в режиме "точно"

Т" = - (Э) ч

Общая продолжительность (с) загрузки

Г = (6)

■0. я

Подставляя в уравнение (6) значение т из отношения (3), получим (с) М - ¡<0.1 кС}1 М к(}1

т = -— + — = —- к + —

Ч я Q ч

Определим соотношение между Р а ^ а также их значения, при которых Т будет минимальна.

Взяв первую производную и приравняв ее к нулю, получим, что наименьшая продолжительность загрузки Т будет при

Определим из уравнения (7) соотношение (в дальнейшем - критерий

интенсивности), зависящее от класса точности и коэффициента нестабильности,

Я Я ^ (8)

<3 / к М

Приближенно пропгозируемая погрешность в режиме "точно" составляет (кг) Ее предельная величина равна (кг):

Ч1=0.01РМтах„ (9)

где Р - величина, значение которой соответствует классу точности дозатора; Мтах-наибольший предел дозирования (НПД). С учетом уравнения (8) получим:

_ p.OlkPM Q~~\ M ™

Откуда (кг/'с)

= 0.1 ^P

(10)

Q = 4r--0ЛФР

Из выражения (9) получим (кг/с) 0.01РМ

/

а из соотношения (11)

Q =

0.01РЛ/ ,

= 0.1

м,

(11)

(12)

(13)

0.1/^Р /

Оптимальные значения критерия интенсивности по 1 min. (при к=2) для дозаторов разных классов точности, рассчитанные по уравнению (13), следующие:

Класс точности дозатора 0.1 0.25 0,5 1 2

Критерий интенсивности q/Q 0.04 0.06 0,07 0,14 0,2

Для большего удобства параметры ц и С2 можно выразить как удельные величины:

удельная оптимальная производительность в режиме "точно" Р

П =

й

= 0.01

М „„ /

удельная оптимальная производительность в режиме "грубо"

Q oaJPJT

М ™ I

Значения Г| и £ при 1=0,1с и к=2 указаны в таблице. Умножением соответствующих величин, приведенных в таблице, на конкретное значение НПД рассчитываемого дозатора, получаем оптимальные значения (3 и

В качестве примера рассмотрим дозатор для введения в шихту небольших добавок (красителей, осветлителей, ускорителей варки) с НПД = 2 кг. класса точности 0,2. Тогда получим оптимальные значения производительности:

Ч=0.02*2=0.04кг/с;

О=0.32*2=0.64кг/с.

Очевидно, что обеспечить такое соотношение ц и <3 возможно только с помощью вибрационного или грАвитеционного питателя, либо двухвинтовым шнековым питателем.

Из сопоставления расчетных данных с техническими характеристиками весовых автоматических дозаторов Киевского ПО "Веда" и дозаторов фирмы "Транспорта" (Чехия) следует, что только для дозаторов класса точности 1 и 2 приблизительно выдерживается оптимальное значение критерия интенсивности.

Для дозаторов класса точности 0.5; 0,25; 0,2 и 0,1 оно не выдерживается. Значительное повышение производительности дозатора может быть достигнуто путем введения в его конструкцию накопительных камер (увеличение параметра <3) либо путем уменьшения, например, частоты переменного напряжения асинхронного двигателя до 10 Гц (уменьшение параметра я).

Удельная оптимальная производительность дозаторов._Таблица.

Класс точности дозатора Удельная оптимальная Удельная оптимальная

производительность кг/с производительность кг/с

(НПД)....г| (НПД)„4

0,1 0,01 0,22

0,2 0,02 0,32

0,25 0,03 0,35

0,5 0,05 0,5

1 0,1 0,7

2 0,2 1,0

Таким образом, выбранное при проектировании дозатора значение параметра q зависит от Мтах , класса точности дозатора и времени запаздывания I, а критерий интенсивности ч/(3 - от класса точности и коэффициента нестабильности в степени 1/2.

При выполнении приведенных соотношений будет обеспечена наименьшая длительность загрузки и, следовательно, наивысшая производительность дозатора.

Использование выведенных формул позволяет проектировать дозаторы большей производительности, чем у выпускаемых в настоящее время.

Точность дозирования материала определяется не только режимом работы дозатора, но и рядом друтх параметров - состоянием механизмов, стабильностью свойств сырьевых материалов, наличием механических (вибрац:!я) электрических помех (наводки, колебания напряжения в сети).

Рис.3 Диаграмма работы дозатора.

На рис. 3 представлена диаграмма работы дискретного дозатора. Здесь: ti -включение загрузочного питателя; t2 - переключение скорости загрузочного питателя; t3 - отключение загрузочного питателя; t3-t4 - "взятие массы"; t4 -включение разгрузки дозатора; ó - отключение разгрузки дозатора; t5-t6 -фиксация "О" веса.

Изложенная схема дозирования и диаграмма работы дозатора характерна практически для всех типов дискретных дозаторов с управлением по загрузке материала.

Как следует из диаграммы (рис. 3), масса загружаемого и разгружаемого материала может значительно отличаться (работа с плавающим "О"). Разность между заданием и фактически разгруженным значением массы А составляет погрешность дозирования. Эти значения Ai и Дг могут меняться в зависимости от гранулометрического состава материала, его влажности, инерционности операции закрытия заслонок питателен. Можно также разложить Д на статическую составляющую "взятия массы" и динамическую составляющую, связанную с тем, что в процессе после перекрытия заслонки столб материала еще находится в воздухе, а при его опускании происходит удар, который сказывается на погрешностях дозирования.

Выявленные отклонения трудно поддаются учету и коррекции, т.к. в следующей дозе условия отличаются.

t„

б в 'бд

Рис.4 Диаграмма ошибок дозирования.

Рассмотрение динамики изменения погрешности дозирования 8(1) на большом статистическом материале (три дозировочно-смесительные линии по 80 - 136 отвесов) (рис. 4) показывает, что существует три типичных вида изменения 5=5(1): равномерное (а), гармоническое (б), импульсное (в).

Равномерные изменения связаны как правило с износом отдельных деталей механической или электронной части дозатора и постепенным ухудшением в этой связи его прецизионности. В случае обратной зависимости (уменьшении 5) происходит стабилизация работы дозатора при длительной работе линии. Такая стабилизация, как правило, наблюдается после 3-5 отвесов.

Импульсное изменение показате7л 5 свидетельствует о наличии циклической помехи - колебании давления воздуха, обрушивании материала, низкочастотная вибрация при недостаточно жестко закрепленном дозаторе и периодическом включении расположенных рядом с ним механизмах.

Гармоническое изменение погрешности дозирования, как показали исследования, проведенные в Институте стекла, метут быть низкочастотными, среднечастотными и высокочастотными. Низкочастотные колебания обусловлены грубыми нарушениями работы оборудования и нескорректированным изменением гранулометрического состава в большой партии материа\ов; среднсчастогные -связаны с влиянием колебаний состава внутри партии материала, гармоническими колебаниями напряжения электропитания оборудования; высокочастотные связаны с незначительными по амплитуде колебаниями физико-химических свойств сырья и, следовательно, показателей его сыпучести, и не опасны, т.к. легко "фильтруются" за счет конвективной и диффузионной составляющих массообмена в стекловаренной печи.

Из сказанного выше вытекает ряд соображении, связанных с конструкцией дозаторов, их энергопитанием и регламентом работы.

Для уменьшения общей погрешности дозирования был предложен метод "частичных доз". Сущность метода состоит в том, что заданная доза О

представляется как сумма частичных доз £> = ¿0.. В этом случае (п-1) частичных

¡-1

доз реализуются в высокоскоростном ("грубом") режиме. Последняя доза определяется по фактическому значению массы (п-1) доз и Озад. как

О» = и реализуется в режиме медленного (точного) дозирования. Таким

образом, вся динамическая ошибка сосредотачивается в последней частичной дозе. Если, например, всего было 5 доз, то ошибка суммарной дозы 8сум.=5п/5.

Кроме того, может быть реализовано односкоростное дозирование с учетом того, что режим частичного дозирования с использованием современной компьютерной техники может реализовываться адаптивно, т.е. в задании ¡1а каждую последующую дозу вносится коррекция по результатам фактической массы предыдущей дозы.

Для уменьшения динамической погрешности необходимо при проектировании и эксплуатации дозировочно-смесительной линии принять меры по стабилизации напряжения питания электрического и электронного оборудования, давления воздуха, разЕязки подвижных частей дозатора и массоизмерительной части, жестко закреплять массоизмерительные устройства.

Эти конструктивные и технологические решения, как будет показано ниже, были реализованы.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На базе теоретических и экспериментальных исследований, изложенных выше была поставлена задача разработать весовой тензометрический дозатор повышенной точности, уменьшенных габаритов с возможностью применения датчиков любой формы.

Дозатор состоит из питающего устройства, заслонки, пылезащитных чехлов, бункера, затвора, пневмооборудования, воспринимающего устройства с шлоизмерительньш датчиком.

Бункер дозатора подпсшсн консольпо на весоприемном устройстве, представляющем собой упругий параллелограмм.

В качестве питателей дозаторов ДСЧ применяются разработанные в рамках данной работы ишековые, гравитационные и вибропитатели. Тип питателя выбирается в зависимости от конкретного дозируемого материала.

Управление дозаторами электропневматнческое. В пневмосистеме дозатора имеется узел зашиты от произвольного истечения материала при кратковременном (до 1 мин.) пропадании воздуха.

Для предотвращения зависания в бункерах дозатора плохосыпучих материалов на нем устанавливаются пневмопобудители.

Из конструкции весоприемпого устройства дозатора вытекает, что ход подвижной части воспринимающего устройства практически равен механическому перемещению упругого элемента тензодатчика и равен приблизительно 0,2 - 0,3 мм. Таким образом бункер дозатора при наборе дозы практически не перемещается. Такая "безходовая" система взвешивания позволила обеспечить хорошую пыле защищенность рукавных соединений питателя дозатора и бункера, затвора и кожуха сборочного транспортера за счет применения в качестве соединительных рукавов более плотного материала. Кроме того отсутствие рычагов, призм, трущихся деталей в конструкции воспринимающего устройства дозатора упростило обслуживание при эксплуатации, проведении регламентных проверок и увеличило надежность работы дозатора. Питатели дозаторов работают в двух режимах - грубого и точного дозирования, что обеспечивает высокую точность набора дозы. Дозируемый материал из бункера дозатора через затвор высыпается на ленту сборочного транспортёра или в смеситель в зависимости от компановки составного цеха. Для равномерной выгрузки сырьевого материала на ленту сборочного транспортера и уменьшения пыления, па кожух транспортера могут быть установлены специально разработанные разгрузочные устройства, снабженные пневмопобудителями и электромагнитными вибраторами.

Для введения а шихту небольших добавок был разработай дозатор с наибольшим пределом дозирования 2 кг ДСЧ-2М .

Бункер дозатора ДСЧ-2М с помощью рамки подвешен непосредственно к тензодатчику и для стабилизации в горизонтальной плоскости установлен на струнки. Для выгрузки материала он снабжен клапанным затвором, который управляется пневмоцилиндром, установленном на бункере. Дозатор ДСЧ-2М может быть оснащен тисковым или вибропитателем в зависимости от дозируемого материала. Для достижения точности дозирования на малых дозах необходимо обеспечить более равномерную, чем на больших дозаторах, подачу материала. В связи с этим был разработал! шнековый питатель, у которого в качестве подающего устройства была использована спираль из пружинной проволоки. В отличии от лопастного шнекового питателя спиральный питатель позволяет получить более равномерный поток материала. При этом несколько теряется производительность, но на малых дозах производительность имеет второстепенное

значение. Испытания показали, что при использовании такого питателя абсолютная погрешность дозирования не превышает -I- 2 г.

Дозатор ДСЧ-2М может работать как многокомпонентный (до 3 компонентов) при оснащении его двумя или тремя питателями. Разработанное оборудование позволяет компоновать практически любые дозировочные линии используя одно- и многокомпонентные дозаторы.

Применение многокомпонентных дозаторов позволяет проектировать цеха с вертикальной и комбинированной установкой оборудования.

В соответствии с рецептом шихты и дозируемыми материалами производится выбор дозаторов для каждой конкретной дозировочной линии.

Тип питателя выбирается исходя из сыпучести материалов.

Управление дозировочно-смесительной линией осуществляется оператором из специально оборудованного помещения пультовой.

Система управления ДСЛ двухуровневая. Многоканальные микропроцес сорные блоки управления дозаторами на первом уровне управления производят преобразование и обработку сигналов с тензоусилителей и реализуют адаптивный алгоритм частичного дозирования. Тензоусилителк установлены на воспринимающих устройствах дозаторов, что позволило повысить помехозащищенность измерительного канала и отказаться от специального тензокабеля. Нормированный сигнал с тензоусилителей подается на АЦП блока управления дозаторами. Блоки управления через специализированные интерфейсы связаны с управляющей ПЭВМ типа 1ВМ РС/ АТ, обеспечивающей второй уровень управления. Она осуществляет координацию работы всего оборудования ДСЛ и играет роль станции отображения, ввода- вывода и хранения информации. Специализированные последовательный и параллельный интерфейсы установлены на материнской плате ПЭВМ. Через них передаётся информация о работе технологического оборудования. Разработанный алгоритм работы линии позволяет технологу корректировать с клавиатуры управляющей ПЭВМ рецепт шихты и технологический регламент работы линии. В зависимости от последовательности загрузки компонентов в смеситель задается время начала дозирования каждого компонента, время перемешивания в смесителе, время разгрузки смесителя, время начала и окончания подачи воды в смеситель. "Гибкий" алгоритм работы линии позволяет технологу оптимально задать циклограмму для получения качественной шихты. Система управления предостерегает технолога от ошибок и конфликтных ситуаций при задании циклограммы. Возможность коррекции рецепта шихты и циклограммы работы линии осуществляется с помощью обращения к соответствующим программам через пароль. Таким образом программное обеспечение системы управления ДСЛ защищено от несанкционированного доступа. При работе дозировочно-смесительной линии оператор в "диалоговом' режиме обращается с управляющей ЭВМ и контролирует работу линии. Все сообщения об аварийных ситуациях на оборудовании линии выдаются в текстовом виде на монитор для принятия

оператором соответствующего решения. Алгоритм управления линией позволяет оператору выводить на монитор мнемосхему линии или отдельных её фрагментов.

По окончанию замеса или в конце смены, по требованию оператора, производится распечатка протокола работы линии или протокола событий, включающего все аварийные или конфликтные события, происшедшие на оборудовании линии за документируемый период. Протоколы дозирования и событий могут храниться до месяца в памяти управляющей ЭВМ.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДОЗИРОВОЧНО-СМЕСИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

с*ксперименталыю-статистический анализ работы дозировочного оборудования и линии производства шихты имеют целью провести сравнение качества шихты и качества дозирования при различных режимах работы линии.

Метод частичного дозирования позволяет проводить предварительное смешение материалов. Известно, что в 60-х - 70-х годах в промышленности получил распространение метод "слоеного пирога" при производстве шихты. В этом случае компоненты шихты последовательно (послойно) дозировались на ленту сборочного транспортера. Последующие исследования показали однако, что такой метод Tie эффективен. Не был получен эффект повышения качества смешения или уменьшения времени смешения.

В нашем случае все дозаторы работают синхронно. Причем, как правило, количество частичных доз принимается равным для дозаторов всех компонентов.

0 7 0 6 0,5 С,4 0,3 0,? П 1 о

116 0,5 0,4 0.3 02 0,1 0

0 5 0,5 0,4 0,3 0 2 0,1 0

0,4

а б в

Рис.5 Гистограммы качества шихты.

Оценка влияния числа доз па качество шихты производилась по выборке из 96 отвесов для каждого испытания. .Экспериментальные данные представлены в виде гистограмм (рис. 5) для платформенных весов с бункером и заслонками, установленных на линии до реконструкции (рис. 5а), и для дозаторов ДСЧ, установленных при реконструкции. Последовательно выбираются 2 (рис. 5б), 3, 5 (рис. 5в), 7 частичных доз.

Из экспериментальных данных следует, что при использовании платформенных весов качество шихты крайне низкое. В диапазоне отклонения от

заданного рецепта от 0,1 до 0.3% - 18 отвесов; от 0,3 до 0,4% - 22 отвеса, ниже до 0,4% - 56 отвесов. Шихты первой категории качества (до 0,1%) нет вообще брак 2 отвеса.

При двух частичных дозах на дозаторах ДСЧ 81 отвес шихты первой \ второй категории, шихты третьей категории 13 отвесов, шихты шестой категорш (отклонение от рецепта в диапазоне 0,5 - 0,6%) - 2 отвеса, брака нет.

При пяти частичных дозах качество шихты еще выше - 84 отвеса шихть первой и второй категории качества, третьей категории качества 12 отвесов. При семи частичных дозах качество шихты соответствует предыдущему случаю.

Одновременно производилась оценка оптимального времени смешения. На основании многолетнего опыта работы на линии с платформенными весами выбрано оптимальное время смешивания 3,5 мин.

Исследования, проведенные на новой линии того же завода показывают, что оптимальный результат достигается при времени смешения 2,7 мин. При смешении 'дольше 3 мин. наблюдается даже расслоение шихты, т. е. ухудшение ее качества. Учитывая, что лимитирующим производительность агрегатом на дозировочно-смесительной линии является смеситель, можно сделать вывод, что на новой линии только за счет применения режима частичного дозирования производительность возрастает на 23% при высоком качестве шихты.

Экономический эффект от внедрения разработанного дозировочного оборудования можно разделить на прямой и косвенный. Прямой экономический аффект связан с отсутствием бракованной шихты и сокращением расхода электроэнергии при эксплуатации линии. Он составляет 1500 млн. руб. в год в пенах 1 кв. 1995г. Косвенный экономический эффект связан с сокращением расхода энергии на гомогенизацию стекла в печи, в связи с более высокой точностью дозирования компонентов шихты.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1.На основе анализа современного состояния технологии и оборудования производства шихты показано, что повышение эффективности этого производства может быть достигнуто только путем совершенствования дозировочного оборудования и технологического регламента работы линии.

2.Исследован процесс истечения сырьевых материалов и установлено, что при изменении их физико-химических свойств скорость истечения может меняться в пределах до 30%. Установлено, что для трудносыпучих материалов ( сода,

сульфат и др.) при истечении наблюдается обрушивание с частотой 10 ...ю" 1 / час.

3.Предложена кинематическая модель "консольного" дозатора и рычажного дозатора типа "коромысло". На основании моделирования показано, что консольная конструкция дозатора более эффективна, т.к. в этом случае данные о массе материала непосредственно передаются на силоизмерительный датчик.

4.Предложен метод и критерий оптимизации параметров процесса дозирования. Показано, что значительная часть выпускавшихся дозаторов не может реализовать оптимальный режим дозирования. С помощью критерия интенсивности показано, что оптимальным режимом является двухскоростпое дозирование и определено соотношение скоростей для достижения заданной погрешности дозирования. Так для погрешности 0,1% НПД соотношение скоростей 1/25.

5.Установлено, что изменение погрешности дозирования при длительной работе линии происходит по равномерному, импульсному или гармоническому закону. Равномерное распределение связано с механическим износом механизмов; импульсное- с обрушиванием материала и низкочастотной вибрацией оборудования; гармоническое- с изменением свойств материалов.

6.Разработана принципиально новая конструкция тензометрического автоматического дозатора основных сыпучих материалов, работающего по принципу частичного дозирования, что позволило повысить точность дозирования до 0,1% от

НПД.

7.Разработана принципиально новая конструкция дозатора вспомогательных сырьевых материалов (красителей, осветлителей, восстановителей, ускорителей варки), который может быть оснащен одним, двумя или тремя питателями и работать как многокомпонентный.

8.Разработано и усовершенствовано оборудование для транспортировки сырьевых материалов и шихты-разгрузчики, питатели и др.

9. Разработанные конструкции дозаторов и транспортирующего оборудования обеспечивают высокую пылезащищенность и тем самым значительное улучшение экологических условий производства.

10.Создана высокоэффективная дозировочно-смесительная линия автоматизированный технологический комплекс, в котором интегрирование решены вопросы технологии, экологии, электросилового и электронного управления на базе нового технологического оборудования, микропроцессорных приборов и* персональной ЭВМ. Режим работы на линии реализуется оператором-технологом в диалоге с ЭВМ.

И.Создан технологический регламент работы дозировочно-смесительной линии, реализованный в виде инструкций по эксплуатации и ремонтно-профилактмческому обслужива! шю.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1.Дозирование сырьевых компонентов стекольной • шихты /В.Е.Маневич, К.Ю.Субботин,Д.Л.Бенюхис/- Стекло и керамика, 1990, N7^.10-11.

2.Оптимизация параметров весовых автоматических дозаторов /Д.Л.Бенюхис, В.Е.Маневич, К.Ю.Субботин/- Стекло и керамика, 1992, N11-12 с.35-36.

-183. Автоматизированная дозировочно-смесительная линия для производства стекольной шихты / В.Е.Маневич, К.Ю.Субботин/- Стекло и керамика, 1994, N7-8, с. 34-36.

-О