Автоматизация производства
В. В. Ефременков ООО «Стромизмеритель», г. Нижний Новгород
Существующие алгоритмы управления дифференцированной загрузкой шихты в стекловаренную печь с поперечным направлением пламени в основном связаны с регулированием производительности загрузчиков шихты в зависимости от знака и степени асимметрии границы шихты и варочной пены слева и справа от продольной оси загрузочного кармана и с изменением соотношения шихта : стеклобой при прогнозируемом снижении качества шихты во время ее хранения в бункерах запаса [1].
Снижение качества шихты при ухудшении сортности или изменении категории загружаемых порций шихты в известных алгоритмах автоматического управления не учитывается, а данные о категориях используются только в качестве оценки работы состав-ного цеха и при статическом анализе процесса производства стекла.
Известно, что до 60 % брака в производстве стекла связано с неоднородностью состава шихты. При использовании неоднородной шихты прежде всего провариваются те ее участки, которые обогащены легкоплавкими компонентами (содой, сульфатом натрия, се-литрой), и только потом провариваются участки, обогащенные тугоплавкими материалами (песком и глиноземсодержащими компонентами).
Вследствие колебаний в шихте содержания легкоплавких и тугоплавких компонентов изменяется положение в бассейне стекловаренной печи границ зоны шихты и варочной пены. При относительном повышении содержания песка и глиноземсодержащих компонентов увеличивается протяженность зоны шихты, а при относительном росте содержания соды и других легкоплавких компонентов шихты удлиняется зона пены [2].
В свою очередь, колебания протяженности зоны варки существенно влияют на температурную однородность и качество стекломассы, поступающей на выработку.
В производстве практически невозможно получить шихту идеального качества, и она всегда имеет отклонения от заданного рецепта. Эти отклонения обусловлены колебаниями химического состава сырья и ошибками при его анализе, неполнотой смешивания и погрешностями дозирования компонентов стекольной шихты [3], а также локальными изменениями влажности, насыпной плотности и гранулометрического состава сырьевых материалов и другими дестабилизирующими факторами.
Качество шихты на производстве оценивается по пяти категориям в зависимости от отклонений массового содержания дозируемых материалов.
Категория Отклонения массового содержания
шихты дозируемых компонентов шихты, %
1 ±0,0-0,2
2 ±0,21-0,4
3 ±0,41-0,6
4 ±0,61-0,8
5 ±0,81 - 1,0
При отклонениях массового содержания одного из компонентов более чем на ± 1,0 % от заданного значения шихта считается бракованной и подлежит удалению из технологического процесса варки стекла и последующей утилизации.
Изменения категории стекольной шихты существенно влияют на процесс ее плавления и термическую однородность стекломассы и должны учитываться при управлении процессом дифференцированной загрузки шихты в стекловаренную печь.
В предлагаемом способе управления загрузкой шихты это осуществляется следующим образом.
Отдозированные в дозаторах весовой линии (на рис. 1 не показана) компоненты стекольной шихты подаются в смеситель 1, где перемешиваются. В зависимости от погрешности дозирования каждого материала (песка, соды, доломита, мела, сульфата натрия, се-литры, полевого шпата, пегматита, глинозема и др.) система управления дозировочно-смесительной линией определяет категорию шихты текущего замеса. При этом снижение категории шихты вследствие относительного увеличения содержания тугоплавких ком-понентов может произойти как при положительной погрешности (увеличение содержания) дозирования тугоплавких компонентов, так и при отрицательной погрешности (уменьшение содержания) дозирования легкоплавких компонентов. Также снижение категории шихты вследствие относительного увеличения содержания легкоплавких компонентов может произойти как при положительной погрешности (увеличение содержания) дозирования легкоплавких компонентов, так и при отрицательной погрешности (уменьшение содержания) дозирования тугоплавких компонентов.
После заданного времени перемешивания компонентов шихты по команде системы управления дозировочно-смесительной линии открывается разгрузочный затвор смесителя 1 и готовая шихта выгружается в разгрузочный бункер 2. Из бункера шихта с помощью вибрационного питателя 3, управляемого блоком 4, подается на реверсивный ленточный конвейер 5. Если замес бракованный (что случается очень редко), реверсивный конвейер с помощью блока управления 6 включается на реверс и осуществляется сброс шихты в линию брака или в кюбель (на рис. 1 не показан). Если шихта по результатам дозирования получилась 1-, 2-, 3-, 4- или 5-й категории, то она с помощью конвейера 5, работающего в прямом режиме, ленточного элеватора 7, управляемого блоком 8, ленточного конвейера 9, управляемого блоком 10, подается на распределительный конвейер 11, управляемый блоком 12.
Распределительный конвейер по команде микропроцессорного блока 13 двигается взад-вперед над бункерами 141 - 14п (максимально п = 12) загрузчиков шихты 151- 15п и поочередно подает в них шихту. Если загружаемая порция шихты относится к 1-й категории, то распределение шихты по всем бункерам 141-14п осуществляется равномерно в зависимости от уровня их заполнения, который контролируется с помощью датчиков уровня 161 - 16п.
Если порция шихты, транспортируемая от смесителя 1 к распределительному конвейеру 11, относится ко 2-, 3-, 4- или 5-й категории, то распределение шихты по бункерам 141 - 14п осуществляется еще и с учетом распределения температуры стекломассы по ширине загрузочного кармана.
Температурное поле стекломассы по ширине загрузочного кармана измеряется с помощью датчиков температуры 171-175, сигналы с которых поступают в микропроцессорный блок управления 13. Обычно распределение температуры стекломассы в загрузочном кармане имеет максимальное значение по оси стекловаренной печи и минимальное — по краям у боковых стенок загрузочного кармана (рис. 2).
Рис. 2. Распределение шихты по фронту загрузочного кармана 1 — зона загрузки шихты 4-й и 5-й категорий с повышенным со-держанием легкоплавких компонентов; 2 — зона загрузки шихты 2-й и 3-й категорий; 3 — зона загрузки шихты 4-й и 5-й категорий с повышенным содержанием тугоплавких компонентов; 4 — зона загрузки шихты 2-й и 3-й категорий; 5 — зона загрузки шихты 4-й и 5-й категорий с повышенным содержанием легкоплавких компонентов
В средних зонах температура стекломассы имеет среднее значение от минимальной и максимальной температур. При количестве загрузочных бункеров, равном 12 (печь производительностью 600 - 700 т/сут), бункера 141 142, 1411 1412 находятся напротив зон за-грузочного кармана с минимальной температурой стекломассы Tmin, бункера 143 - 145 и 148 - 1410 — напротив загрузочного кармана со средним значением температуры Tср, а бункера 146, 147 — по центру загрузочного кармана с максимальной температурой стекломассы Tmax.
Если система управления дозировочно-смесительной линией передает в блок 13 информацию о разгрузке шихты 2 или 3-й категории из смесителя вследствие относительного увеличения содержания тугоплавких материалов в шихте, то данная порция с помощью распределительного конвейера, управляемого блоками 12 и 13, подается в зависимости от заполнения в бункера 143 - 145 и 148 - 14]0, расположенные в левой и правой зонах загрузочного кармана со средним значением температуры. При транспортировании из смесителя 1 порции шихты 4-й и 5-й категорий с максимальным относительным увеличением содержания тугоплавких материалов распределительный конвейер 11 по команде блока управления 13 загружает шихту в бункера 146 и 147, расположенные по оси загрузочного кармана в зоне с максимальным значением температуры стекломассы.
При подаче на распределительный конвейер 11 шихты 2-й и 3-й категорий с относительным повышением содержания легкоплавких материалов шихта в зависимости от сигналов датчиков уровня 163- 165 и 168- 1610 подается в бункера 143- 145 и 148- 1410, на-ходящиеся напротив зон загрузочного кармана со средним значением температуры стекломассы.
При подаче на распределительный конвейер 11 шихты 4-й и 5-й категорий с максимальным относительным увеличением содержания легкоплавких материалов шихта загружается в бункера 141 142, 1411, 1412, расположенные в зонах загрузочного кармана с минимальной температурой. Положение распределительного конвейера 11 во всех случаях подачи шихты в бункера 141-14п контролируется соответствующими датчиками 181 - 18п.
Подача шихты из бункеров 141 - 14п стекловаренную печь осуществляется в зависимости от уровня стекломассы. При его снижении сигнал из системы измерения уровня 19 поступает в блок управления 13, который формирует команды на включение блоков управления 201 -20п загрузчиками шихты 151 - 15п. При достижении уровня стекломассы нормы приводы загрузчиков шихты выключаются.
Взаимодействие блока управления 13 с системой управления дозировочно-смесительной линией осуществляется по двум каналам. В систему управления дозировочно-смесительной линией из блока 13 поступает сигнал о снижении уровня шихты в бункерах за-грузчиков шихты 181- 18п, а из системы управления дозировочно-смесительной линией в блок 13 поступает сигнал о категории шихты.
Таким образом, реализация данного способа управления позволяет изменять распределение шихты в загрузочном кармане и подавать порции шихты 2-, 3-, 4- или 5-й категории с большим относительным содержанием тугоплавких компонентов в зону загрузоч-ного кармана с более высокой температурой, а порции шихты с большим относительным содержанием легкоплавких компонентов — в зону загрузочного кармана с меньшей температурой. Дифференцированная загрузка шихты по фронту загрузочного кармана с учетом ее категории стабилизирует процесс плавления шихты в стекловаренной печи и повышает термическую однородность стекломассы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефременков В. В. Оптимизация загрузки шихты в стекловаренную печь // Стекло и керамика. — 2006. — № 10. — С. 17—18.
2. Панкова Н. А., Михайленко Н. Ю. Стекольная шихта и практика ее приготовления: Уч. пособие. — М., 1997. — 80 с.
3. Макаров Р. И., Тарбеев В. В., Хорошева Е. Р. и др. управление качеством листового стекла: Уч. пособие. — М., 2004. — 152 с.