При выборе типа загрузчика и способа загрузки шихты в стекловаренную печь следует учитывать многие факторы, влияющие на характер плавления шихты, производительность варки, качество получаемого стекла и срок службы печи. В связи с непрерывностью процесса стеклообразования шихту в ванные стекловаренные печи необходимо загружать непрерывно или малыми дискретными порциями, чтобы избежать резких колебаний температуры и уровня стекломассы. При этом загружаемое количество шихты должно соответствовать количеству вырабатываемого стекла.
Поскольку процесс варки стекла происходит при высоких температурах, а нерасплавленная шихта является хорошим теплоизолятором и имеет меньшую теплопроводность, чем стекломасса, необходимо ограничивать объем загружаемых куч и максимально увеличивать площадь поверхности шихты для эффективной передачи ей тепла от газопламенного пространства печи. Очевидно, что эффективность плавления и распределения шихты по зеркалу стекломассы зависит не только от выбора способа загрузки и типа загрузчика шихты, но и во многом определяется конструкцией стекловаренной печи и ее загрузочного кармана.
Конструкция загрузочного кармана должна соответствовать характеристикам используемых загрузчиков шихты, ограничивать подсосы воздуха и потери теплового излучения через загрузочную щель или окно, а также минимизировать зону контакта холодной шихты с огнеупорами печи для предотвращения их повышенного износа.
По степени герметизации различают открытые и закрытые загрузочные карманы.
Для загрузки шихты в открытые загрузочные карманы ванных стекловаренных печей чаще используются лотковые (стольные) и вибрационные загрузчики шихты.
Основой конструкции лоткового загрузчика шихты производства ООО «Стромизмеритель» является горизонтальный или наклонный лоток, расположенный под выпускным отверстием бункера шихты (рис.1, рис.2) и связанный с электроприводом с помощью кривошипно-шатунного механизма, обеспечивающего возвратно-поступательное движение лотка во время работы. Защита лотка от воздействия высоких температур стекломассы в загрузочном кармане обеспечивается водоохлаждаемым носком, который представляет собой полую сварную конструкцию из толстолистового проката, подсоединенную к системе циркуляции воды.При движении лотка вперед находящаяся на нем шихта также перемещается вперед и далее сбрасывается на стекломассу в виде сплошных тонкослойных гряд. Это происходит при возвратном движении лотка, как за счет его наклона, так и за счет препятствия новых порций шихты, поступающих на лоток под действием силы тяжести. Возможное просыпание шихты с поверхности лотка при его возврате назад предотвращается специальным отсекателем, совершающим колебательные движения, которые посредством кулачкового элемента синхронизированы с возвратно-поступательным перемещением лотка.
Технические параметры лоткового загрузчика ЗШ-800с производства ООО «Стромизмеритель» представлены в табл.1.
Таблица 1
Характеристики | Значения |
Производительность, т/час | 2,2…5,9 |
Ширина загрузочного лотка, мм | 800 |
Емкость бункера, м3 | 0,45 |
Ход лотка, мм | 180 |
Толщина подаваемого слоя шихты, мм | 65…150 |
Расход воды на охлаждение,л/мин | 25…30 |
Установленная мощность, кВт | 1,5 |
Характеристики электросети -род тока -напряжение, В -частота, Гц |
Переменный 380+-38 50+-1 |
Габариты,мм Длина Ширина Высота |
2741 940 1861 |
Масса, кг | 1180 |
Восемь подобных загрузчиков шихты ЗШ-800с внедрены в 2011г. на стекловаренной печи №2 по производству флоат-стекла в ОАО «Эй Джи Си Борский стекольный завод» [1].
Технология загрузки шихты в стекловаренные печи с подковообразным направлением пламени и высоким удельным съемом стекломассы предусматривает использование эффективных вибрационных или толкательных загрузчиков, (иногда они называются веерными), у которых операции подачи шихты и ее проталкивания вглубь печи разделены. Шихта подается на поверхность стекломассы через загрузочный карман посредством вибрационного питателя, расположенного под загрузочным бункером, а последующее проталкивание шихты вперед осуществляется с помощью водоохлождаемого толкателя, движущегося по эллиптической траектории перед краем транспортирующего лотка.
Основные узлы подобного загрузчика ЗШ-550В производства ООО «Стромизмеритель» смонтированы на подвижной раме, имеющей привод углового перемещения вибрационного питателя и привод толкателя (рис.3, рис.4).
Угловое перемещение питателя помогает подавать шихту в двух или трех разных направлениях и распределять ее по большой поверхности, что особенно важно для печей с высокой производительностью. Регулируемый привод толкателя позволяет с различной интенсивностью проталкивать шихту внутри печи, формируя гряды разной длины.Скорость загрузки вибрационного питателя, оснащенного дебалансными вибраторами, изменяется с помощью тиристорного преобразователя частоты. Для защиты механизмов вибрационного загрузчика от теплового излучения, поступающего из открытого загрузочного кармана, используется специальный защитный экран, выполненный из нержавеющей стали.
У данной конструкции вибрационного загрузчика шихты есть ряд преимуществ [2] по сравнению с загрузчиками лоткового типа. Поскольку работой вибрационного питателя управляет автоматическая система контроля уровня стекломассы, питатель, загружающий шихту в печь может время от времени отключаться. При этом периодическое проталкивание ранее загруженных порций шихты в загрузочном кармане может продолжаться с помощью толкателя.
Технические параметры вибрационного загрузчика ЗШ-550В представлены в табл.2
Таблица 2
Характеристики | Значения |
Производительность, т/сутки | 240…420 |
Размеры лотка вибропитателя -ширина, мм -высота, мм -длина, мм -угол наклона к горизонту, град. |
550 180 1330 10 |
Емкость бункера, м3 | 0,3 |
Угол поворота рамы загрузчика, град. | +- 15 |
Расход воды на охлаждение, л/мин | 20…26 |
Установленная мощность, кВт | 3,65 |
Характеристики электросети -род тока -напряжение, В -частота, Гц |
Переменный 380+-38 50+-1 |
Габариты,мм Длина Ширина Высота |
2144 1980 1975 |
Масса, кг | 1180 |
Загрузчики ЗШ-550В поставлены на предприятие «Стеклотех» г.Тюмень и готовятся к внедрению на других стекольных заводах.
Для загрузки шихты в закрытый загрузочный карман применяются шнековые, плунжерно-поворотные или эжекторные загрузчики шихты, а также ковшовые механизмы-манипуляторы.
Типичная конструкция шнекового загрузчика включает в себя подвижную раму, горизонтальный винтовой питатель, помещенный внутрь водоохлождаемого цилиндра, частотнорегу- лируемый привод питателя и приемную загрузочную воронку (рис.5, рис.6).В процессе работы шихта из приемной воронки под действием силы тяжести поступает в винтовой питатель и транспортируется им в зону загрузки. Так как конструкция загрузчика не предполагает обязательное наличие загрузочного кармана, а винтовой питатель устанавливается в обычное отверстие в верхнем строении печи, сделать герметичное уплотнение вокруг цилиндрического кожуха питателя для предотвращения неконтролируемого доступа холодного воздуха в печь не представляет особой сложности.
Недостатком загрузчика является то, что при проталкивании шихты в печь подобный загрузчик не оказывает никакого влияния на форму, размер и траекторию движения куч шихты. Вследствие этого большое количество холодной шихты соприкасается с огнеупорами верхнего и нижнего строения, прилегающими к загрузочному отверстию, и может привести к быстрому локальному износу отдельных элементов кладки печи. Кроме того, применение стеклобоя в загружаемой шихте ограничено из-за высокого износа лопастей винтового питателя и стенок цилиндрического кожуха.
Технические характеристики шнекового загрузчика шихты, производимого в ООО «Стромизмеритель» представлены в таблице 3.
Таблица 3
Характеристики | Значения |
Производительность, т/сутки | От 60 до 75 |
Диаметр шнека, мм | 215 |
Шаг навивки винта, мм | 145 |
Расход охлаждающей воды, л/мин. | 12 |
Установленная мощность двигателей, кВт | 4 |
Длина, мм | 1750 |
Ширина, мм | 720 |
Высота с приемным бункером, мм | 2440 |
Масса, кг | 500 |
Загрузчики подобного типа используются в производстве парфюмерной стеклотары, стекловолокна и особенно хорошо зарекомендовали себя в печах для варки высокотемпературных стекол и плавки базальтовых пород.
Плунжерно-поворотный или эжекторный загрузчик шихты является сравнительно новым устройством в области загрузочного оборудования и может применяться для всех видов стекловаренных печей. Этот тип загрузчика, производство которого также освоено в ООО «Стромизмеритель», содержит установленный на водоохлождаемой поворотной платформе изогнутый водоохлождаемый плунжер (эжектор), который во время загрузки движется по дуге с амплитудой порядка 45 градусов (рис.7, рис.8).
Когда эжектор отведен в заднее положение, выпускное отверстие загрузочного бункера открывается и шихта высыпается на поверхность стекломассы в загрузочном кармане. Во время движения вперед энжектор перекрывает выпускное отверстие и продвигает шихту вглубь печи, создавая разрывы между загружаемыми порциями. При последующем перемещении энжектора назад выпускное отверстие вновь открывается и очередная порция шихты высыпается на освободившееся пространство. Цикл повторяется.Наличие поворотной платформы дополнительно позволяет осуществлять регулируемую веерную загрузку шихты в нескольких направлениях.
Основными отличительными особенностями плунжерно-поворотных загрузчиков шихты являются: высокая производительность при относительно малых габаритах; равномерная загрузка шихты в печь по широкому фронту ее варочного бассейна; относительная простота конструкции механизмов. Благодаря установке водоохлождаемой платформы загрузчика непосредственно на загрузочный карман печи, полностью исключаются подсосы холодного воздуха и устраняется пыление в процессе работы, а также значительно уменьшаются размеры площадки обслуживания под него.
В ряде случаев, когда применение шнековых загрузчиков из-за наличия стеклобоя в шихте невозможно, а подачу шихты необходимо производить через небольшое отверстие в верхнем строении печи (например, в печах для производства стеклянных изоляторов, оптических стекол и др.), целесообразно использовать устройства, оснащенные многопозиционными ковшовыми манипуляторами-загрузчиками, имитирующими в автоматическом режиме ручную работу засыпщиков шихты. Загрузчик такого типа (подобная разработка есть в ООО «Стромизмеритель»)обычно содержит передвигающуюся в продольном направлении автоматизированную тележку или платформу, на которой устанавливается поворотный манипулятор с вращающимся водоохлождаемым ковшом (рис.9, рис.10).В исходном состоянии ковш выдвинут из загрузочного отверстия, закрытого экранирующим шибером. По сигналу системы управления, фиксирующей снижение уровня стекломассы, платформа перемещается в зону загрузки материалом, а манипулятор, поворачиваясь вокруг вертикальной оси, поочередно позиционируется под питателями шихты и стеклобоя. После заполнения ковша смесью шихты и стеклобоя манипулятор возвращается в начальное положение. Платформа перемещается вперед, а экранирующий шибер поднимается. Далее манипулятор задвигается во внутреннее пространство печи и поворачиваясь высыпает шихту на поверхность стекломассы.
Если стекловаренная печь имеет два загрузочных окна, автоматизированная тележка дополнительно устанавливается на раму, перемещающуюся в поперечном направлении.Наряду с разработкой и изготовлением загрузчиков шихты различной конструкции в ООО «Стромизмеритель» производится широкая гамма другого технологического оборудования для машинованных цехов:
- конвейеры и элеваторы для транспортирования шихты и стеклобоя;
- системы дозированной подачи шихты и боя в стекловаренные печи;
- роторные, молотковые и двухвалковые дробилки стеклобоя;
- скребковые грануляторы стекломассы;
- переводные дымовоздушные шибера;
- лафеты и кронштейны для стекловаренных печей.
Подобное многообразие выпускаемого оборудования позволяет в комплексе решать вопросы проектирования и внедрения различных технологических участков и линий в производстве листового стекла, стеклотары и другой продукции.
Ефременков В.В., Ручкин В.В., Матвеев А.А.
ООО «Стромизмеритель», г. Нижний Новгород
Литература:
1. Ефременков В.В. ЗАО«Стромизмеритель» и «Asahi Glass Company» - 10 лет сотрудничества//Glass Russia–2011.-№6–с.70-74.
2. Симс Р. Успешная работа инновационного загрузчика шихты в условиях реальной эксплуатации // Стеклянная тара – 2011. - №6 – с.10-12.