Тунельні печі отримали широке розповсюдження в різних галузях промисловості



Скачати 153.63 Kb.
Дата конвертації12.06.2019
Розмір153.63 Kb.
Назва файлуДокумент Microsoft Office Word.docx

1.1. Опис тунельної печі .

Тунельні печі отримали широке розповсюдження в різних галузях промисловості. Головна перевага тунельних печей - неперервна робота, висока продуктивність, мала питома витрата палива на одиницю продукції, велика довговічність (тунельні печі працюють декілька років без капітального ремонту), можливість застосування технічних засобів механізації та автоматизації Цегла керамічна, штучний камінь правильної форми, сформована з мінеральних матеріалів і що здобуває каменеподібні властивості (міцність, водостійкість, морозостійкість) після випалу або обробки парою. Керамічну цеглу використовують в основному як стіновий матеріал. Звичайно, вона має форму правильного паралелепіпеду.



При випалі відбуваються всі основні зміни в глині, після яких і утворюється те, що ми називаємо керамікою. Випал - це технологічний процес, параметри якого знайдені практичними випробуваннями, і він повинен бути проведений так, як цього вимагають готові вироби. Під час нагрівання безліч хімічних сполук, з яких складається наш сирий виріб, перетерплюють серйозні зміни. Дегідратація, фазові перетворення, хімічні взаємодії, розчинення та кристалізація - от їх неповний список. Дотепер не існує повної теоретичної моделі, по якій можна було б заздалегідь пророчити результати, а якби вони існували, то потрібен був би місяць досліджень складу глини та домішок, щоб дати точне завдання на розрахунок. Але якщо необхідно одержати задумані ефекти й заплановані властивості виробів, то для цього потрібно мати можливість контролювати параметри впливу й управляти ними.

Керамічні матеріали відносять до числа небагатьох видів промислової продукції, виробництво та споживання яких визначає рівень прогресу та економічний потенціал країни. Загальні тенденції розвитку промисловості такі, як високі темпи розвитку виробництва, підвищення якості продукції, застосування більш сучасного та потужного обладнання, зумовлені вимогами технологічного процесу, вимагають, у свою чергу, подальший науковий пошук у даному напрямку.

Комплексна автоматизація процесів передбачає не тільки автоматичне забезпечення звичного ходу цих процесів з використанням різних автоматичних пристроїв ( контролю, регулювання, реєстрації та сигналізації з можливим блокуванням), але й автоматичне керування пуском та зупинкою апаратів для проведення ремонтних робіт та у випадку виникнення критичних ситуацій. Автоматизація виробничих процесів призводить до поліпшення основних показників ефективності виробництва: збільшенню кількості, поліпшенню якості, зменшення

Режим термічної обробки має значний вплив на властивості керамічної заготовки. Часто під процесом випалу розуміють і синтез матеріалів, при цьому включають в це поняття випал матеріалів при синтезі та випал заготовок. Необхідно розрізняти, що у процесі синтезу відбувається утворення хімічних сполук з відповідною кристалічною структурою, а у процесі випалу - спікання кераміки.

До факторів, що впливають на якість речовини та кінцеві властивості матеріалів, відносяться домішки у сировині; дисперсність сировини та точність його дозування; гомогенність сировини; структура елементарної комірки; колір продукту.

Технологічний регламент обумовлює виконання процесів та операцій у виробництві, а паспорт матеріалу повинен вміщувати характеристику продукту. До таких характеристик відносяться: щільність. Хімічний склад з обов‘язковим виділенням вільних окислів; параметри решітки; усадка, колір. Методики аналізів та визначення, що характеризують матеріал регламентується ГОСТом 13927-68.

Швидкість протікання рекристалізації та “ усадки ” залежать від температури та пе При виборі режиму випалу необхідно врахувати особливості складу матеріалу, форми та розміру заготовки. Для цього використовують результати термографічного аналізу, які дозволяють встановити усадку, вагові витрати а також наявність термічних ефектів у ході процесу. Великі швидкості нагріву зразку застосовуються при знятті термограм іноді приводять до зсуву температур, при яких виявляються ефекти та на кривих термограм вони можуть відхилятись за часом і температурою. Але й при цьому важливість врахування термограм при виборі режиму випалу дуже значна.

Тунельна піч з безпосереднім нагрівом виробів широко використовується, коли вплив пічних газів не може знизити їх якість. Така піч працює за принципом противоструму : вагонетки з продукцією, яка випалюється, поступово просуваються по каналу печі назустріч потоку спочатку обігріваючих, а потім охолоджуючих пічних газів. Тому режим випалу в них визначається, як складом і температурою пічних газів так і швидкістю руху газів та вагонеток.

Пічний канал умовно розбивається на три зони (підігріву, випалу, охолодження) і на позиції. Довжина однієї позиції дорівнює довжині вагонетки. Зона підігріву закінчується на початку пальникові - толочних пристроїв. Відбір газів, що відходять, здійснюється зосереджено через вікна з кожної сторони печі. Зона підігріву має димовідводячі канали, влаштовані в стінах для відбору продуктів горіння, що розосередились та сполучені з димовим каналом. Зона випалу обмежується ділянкою, в межах якої знаходяться пальково - толочні пристрої. По обох сторонах зони випалу розташовуються толочні пристрої, з топок гарячі гази прямують під садку в розвинений под пічних вагонеток. Топки знаходяться у нижній частині пічного каналу. На початку зони, з боку підігріву, є повітряні завіси, які сприяють повному спаленню продуктів горіння з дільниці випалу, перемішуванню топічних газів по веретену каналу печі. У зоні випалу пальники встановлені з кожної сторони в стінах печі на стиках. Зона охолодження призначена для охолодження пічних виробів перед виходом вагонеток з печі та для утилізації тепла, яке відбирається від розігрітих виробів. На даеякій відстані від початку зони влаштовані вікна для відбору частини гарячого повітря на сушку. У кінці печі через канали вентилятором подають атмосферне повітря для охолодження вагонеток з випаленими виробами.

У тунельних печах до садки серцю на вагонетках пред’являють більш жорсткі вимоги ніж, наприклад, до садок в кільцевих печах. Вона повинна бути стійкою та міцною, що виключає можливість завалів у печі, досить щільною й у той же час рівномірно проникною для пічних газів як по довжині так й по ширині. При виробі типу садки враховують конструкцію та розміри випалювального каналу печі, вид випалюваних виробів та паливо, метод спалення, конструкцію газо-пальникових пристроїв, характер переміщення вагонеток.

Механізми, що штовхають, використовуються механічні , періодичної дії (штовхан). Вагонетки футерують жаростійким бетоном для запобігання корозії металевих частин від випалу. Важливим конструктивним елементом печі є пісчаний затвор. Теплову обробку' керамічних виробів в тунельних печах проводять за заданим технологічним режимом , порушення якого призводить до браку виробів. Для попередження відхилень від встановлених режимів тунельних печей необхідний постійний контроль параметрів за допомогою технічних засобів автоматизації.

Одна із основних умов нормального випалювання керамічних матеріалів та виробів - підтримка встановлених температур у тунельній печі. Ця умова загальна для різних конструкцій печей . На підставі практичної роботи тунельних печей встановлені технологічні режими, до яких існують ЧІТКІ вимоги. Так наприклад, в зоні випалювання температура теплоносія повинна підтримуватися з точністю ±10 К.

Отже, температура - найбільш важливий параметр печі, що контролюється. Для тунельних печей в найбільш відповідальних точках робочого простору підтримуються постійні температури. Температура в печі змінюється з ряду причин, наприклад, в результаті зміни режиму навантаження печі, зміни витрати палива та умов його горіння, аеродинамічного режиму печі і т.д. Всі збурення призводять до порушення режим}' випалювання і, як наслідок, виходу продукції низької якості або браку. Підтримка температур по довжині печі нерозривно пов’язана з регулюванням інших параметрів печі.

Для безперервно діючих тунельних печей завантаження та розвантаження вагонеток з керамічними виробами автоматизоване. Для цього використовуються автомати-укладальники, наприклад автомат-укладальник М200. Впровадження цього автомату дозволяє автоматизувати завантаження і розвантаження на пічні вагонетки та вивільнити від тяжкої ручної праці вісім робітників, що покращує умови праці. Завантаження та розвантаження виробів безпосередньо пов’язане з швидкістю руху вагонеток в тунелі печі. Порушення цього параметру призводить до різкої зміни роботи всієї печі . Необхідно стабілізувати встановлену швидкість руху вагонеток, тобто підтримувати оптимальну продуктивність печі.

Для більшості конструкцій тунельних печей садка виробів на вагонетках переміщується періодично, через визначені інтервали часу за допомогою механічного (гвинтового, тросового) або гідравлічного штовхача. Звідси випливає необхідність контролю часу проштовхування та інтервалів між проштовхуваннями. Це питання вирішене за допомогою чутливих елементів на вході та виході печі , які безпосередньо зв’язані з блоком сигналізації неполадок. Деякі заводи здійснили програмне керування режимом штовхання, де керують приводом маслонасосу і золотника гідравлічного штовхача . Ця система дозволяє здійснити більш стабільний тепловий режим, нормує час випалювання та економить паливо.

Були також намагання зв’язати рівень теплової обробки виробів у печі з терміном проштовшування вагонеток. Запропонований спосіб автоматичного проштовхування полягає в зміні часу між штовханням вагонеток у залежності від температури в декількох точках зони випалювання. Для того, щоб температура теплоносія характеризувала зону випалювання, термопари на трьох позиціях з’єднуються послідовно. Сумарний сигнал від термопар передається на спеціальний перетворювач часу, який регулює час перебування вагонеток у печі за визначеної температури. Тобто схема передбачає автоматичне проштовхування вагонеток в залежності від добутку температури у зоні випалювання та терміну знаходження виробів у цій зоні. Таке керування дозволяє економити паливо для випалювання і підвищує продуктивність тунельної печі. До недоліків цього способу регулювання відноситься можшівість його використання тільки за умови постійної кількості виробів, що подаються до печі.

Рух вагонеток з виробами в тунельній печі передбачає автоматизацію шлюзових камер подавання та вигрузки виробів, а саме стабілізацію тиску в камерах для покращення аеродинамічного режиму печі. Контроль та регулювання температур у печі нерозривно пов’язаний з контролем втрати палива. Тепловий режим роботи тунельних печей визначається витратою повітря та природного газу на пальниках. Для збільшення температури в печі потрібно збільшити витрату палива на пальниках і навпаки для зменшення температури - зменшити витрату палива зміною положення регулюючого органу (РО) на газопроводі. Проте, проектування системи регулювання температурного режиму за одною точкою контролю температури із впливом на загальну витрату палива для випалювання не забезпечує стабілізації заданого режиму в печі. Для підтримки температурної кривої печі необхідно регулювати витрату палива на кожному пальнику окремо або, як мінімум, на групі пальників. Завдання даної системи керування - зниження енергозатрат та покращення якості виробів. Для досягнення даної мети змінюють витрату палива на окремих групах пальників в залежності від розподілення температури в зоні випалювання. Описана система регулювання дозволяє точно підтримувати температурний режим зони випалювання печі.

Слід відмітити, що одною із основних причин зниження показників роботи тунельних печей є наявність великих температурних перепадів по висоті печі (до 250 К) . За умови відсутності температурних перепадів в печах по висоті садки, час випалювання виробів можна зменшити. Одним із ефективних способів зменшення температурних перепадів по висоті робочого каналу в зоні випалювання печі є організація нижнього прогріву садки з виробами на рівні вагонеточних платформ з використанням довгофакельних швидкісних пальників, які розташовані тангенціально відносно садки та здійснюють закрутку газоповітряного потоку за рахунок високої кінетичної енергії реактивного струменя . Така система керування дозволяє досить точно підтримувати температурний режим не тільки вздовж зони випалювання, але й по її висоті.

Для вимірювання температури в зоні випалювання частіше за все використовують платина-платинородієві термопари. Методи та пристрої вимірювання температури теплоносія в тунелі печі мають вирішальне значення для контролю кривої випалювання.

Розроблені методи і схеми контролю температури, які дають можливість контролювати температуру у точках печі із наявністю розривів у лініях контролю. На рис. 1. представлена така схема контролю температури теплоносія.



c:\users\admin\appdata\local\temp\finereader12.00\media\image5.jpeg

Рис. 1 Схема контролю температури теплоносія тунельної печі.

За рахунок додаткового контролю сигналів термопар 1,3, якщо розірвана лінія контролю термопари 2 на регулятор витрати палива 5 подається сигнал з компенсуючого суматора 4, який зменшує витрати палива до наперед безпечного рівня, попереджуючи вихід пальника з ладу із-за перегрівання.

Тепловий режим тунельних печей визначається витратою палива і повітря на пальниках та інтенсивністю перемішування природного газу з повітрям на виході сопла пальника. Тому, потрібно проводити контроль та регулювання витрати палива та повітря на кожному пальникові печі. Витрату природного газу, що йде на спалювання доцільно контролювати при сталому тиску газу в трубопроводі, оскільки при одному і тому положенні РО на газопроводі витрата газу буде змінюватися із зміною тиску. Щоб усунути небажану зміну витрати газу до печі за рахунок зміни тиску в газопроводі, його стабілізують.

Співвідношення між витратами палива і повітря для спалювання важливий параметр, що характеризує повноту згорання палива. Кількість повітря залежить від витрати палива. Для повного спалювання палива і одержання необхідної температури горіння слід підтримувати постійний надлишок повітря, вибір якого обумовлюється ефективністю спалювання палива в конкретній тунельній печі. В тунельних печах для контролю витрати палива і повітря для спалювання широке розповсюдження отримало встановлення на трубопроводах вимірювальних діафрагм . Системи керування для регулювання співвідношення витрат паливо - повітря для спалювання забезпечують підтримку необхідної витрати повітря для повного спалювання палива. Проте таке регулювання витрати повітря не забезпечує постійних умов спалювання палива, тому що коефіцієнт надлишку повітря змінюється в залежності від складу та теплоздатності палива.

Отже, для ефективного спалювання палива бажано здійснювати допоміжний контроль димових газів, наприклад за аналізом С'02 + $02 та 02.

Автоматизація процесу спалювання палива в тунельній печі передбачає програмне керування відсіканням газу під час аварійного режиму, блокування дверей та штовхана печі.

Регулювання температури в тунельній печі шляхом зміни в і прати природного газу пов’язано із зміною об’єму димових газів, що викликає зміну аеродинамічного опору в тунелі печі при русі димових газів. Тобто, необхідно регулювати розрідження або зменшувати пропускну здатність димоходів. Це досягається підтримкою постійного тиску в робочій частині печі зміною положення регулюючого шиберу перед димососом або димовою трубою.

Отже, аеродинамічний режим - наступна характеристика печі, яка повинна стабілізуватися. Розрідження тиску в зоні нагрівання контролюється за допомогою колокольного дифманометра, сигнал з якого подається на регулятор, який керує поворотною заслонкою. що розташована на трубопроводі видалення димових газів. Аналогічна схема регулювання перепаду тиску в зоні охолодження. Виконуючий механізм, в цьому випадку, діє на поворотну заслонку трубопроводу видалення гарячого повітря, який розташований на стиканні зон випалювання та охолодження. Недоліком цієї системи регулювання є неможливість коригування витяжної сили димових газів в залежності від витрати природного газу.

Однією з причин виникнення температурних перепадів по висоті тунелю печі є підсос холодного повітря з нещільностеп стиків вагонеток та пісочного затвору, в результаті чого знижується температура теплоносія та збільшується опір на шляху його руху. Для зменшення підсосів повітря з навколишнього середовища та збільшення температури в тунелі печі, необхідно зменшити перепад тиску між пічним каналом та підвагонеточним простором. Тобто, разом з регулюванням тиску в пічному каналі печі, необхідно регулювати тиск в підвагонеточному просторі таким чином, щоб перепад тиску між тунелем і підвагонеточним простором були близькі до нуля. Перепад тиску вимірюється колокольним дифманометром. Регулятор впливає на подавання повітря в підвагонеточннй простір або на видалення повітря з пічного каналу.

Таким чином, контроль та регулювання температури теплоносія в тунельній печі нерозривно пов’язаний з контролем і регулюванням багатьох інших параметрів, що характеризують тепловий режим печі в цілому. В сучасних тунельних печах заданий режим випалювання забезпечується мікропроцесорними контролерами, що дозволило виключити вплив людського фактору на процес випалювання ,точно слідкувати за температурним режимом печі. Мікропроцесорна система складається з термопарних перетворювачів, що перетворюють термоЕРС в стандартний струмовий сигнал 4-20 мА з лініарізацією та забезпеченням гальванічної розв’язки, мікропроцесорного контролеру, який збирає інформацію про температуру з термопарних перетворювачі, проводить її обробку і керує клапанами витрати палива, та операторської ЕОМ типу АТ-286, що відображає в зручній для оператора формі інформацію про стан печі.

Система збирає інформацію про температуру , відображає на екрані мнемосхему печі з індикацією значень температури в контрольних точках, причому залежність температури від завдання виділяється кольором, що дозволяє оператору швидко оцінювати стан та приймати рішення. Крім того, інформація про температуру може бути виведена в табличній формі та у вигляді графіків.

Система періодично записує інформацію про тепловий режим на диск операторської ЕОМ, за якою можна проаналізувати режими печі за певний проміжок часу та порівняти їх. Формат запису технологічних параметрів дає можливість легко передавати їх в будь-який пакет обробки інформації.

Проведений аналіз систем керування підтверджує, що в них передбачено багато методів контролю та регулювання режиму випалювання.

Не дивлячись на можливість використання великої кількості регулюючих впливів, тунельна піч не дозволяє в повній мірі використовувати переваги автоматики. В огляді стану автоматизації показано, що у кращому випадку системи автоматичного керування можуть забезпечити підтримку заданого режиму температур та розрідження по довжині печі. Ці системи не можуть компенсувати збурення, пов’язані з порушенням схеми садки, відхиленнями у приготуванні шихти для виробів та іншими факторами, що вимагають перенастроювання режиму випалювання.

Отже, випалювання в тунельних печах проводиться без контролю стану виробів під час їх руху в печі. Правда, існують спроби контролювати температуру поверхні керамічних виробів за допомогою термопари-щупа . Але температура виробів контролюється з помилкою із-за зазору між гарячим спаєм термопари та садкою виробів. Зазор виникає внаслідок неоднорідного формування садок. Також використовують радіаційні пірометри з візуванням на садку виробів, в яких відсутній попередній недолік, але монтування автоматичних пірометрів на кожній позиції тунельної печі дорого коштує і не забезпечує достатньої точності в автоматичному' режимі. До недоліків розглянутих методів контролю слід віднести неможливість визначати температурне розподілення всієї садки.

Таким чином, тунельна піч, з точки зору керування, є досить складним об’єктом. Взагалі, не важко здійснити контроль та керування температурою газового простору вздовж тунелю, витратою палива та повітря, стабілізувати аеродинамічний режим теплоносія печі, але неможливо проводити пряме вимірювання властивостей виробів в процесі випалювання, враховуючи їх переміщення та високотемперний теплообмін у зоні випалювання. З точки зору контролю якості продукції, також неможливо компенсувати збурення, що пов’язані з порушеннями форми садки.

Процес випалювання керамічних виробів в тунельній печі яв.ляє собою технологічний процес великої потужності зі складним комплексом матеріальних та енергетичних потоків та з жорсткими вимогами до якості готової продукції, до безпеки персоналу, до зберігання обладнання та до впливу на навколишнє середовище.

Найважливішою ціллю керування є отримання якісної продукції за мінімальної витрати палива . Ця проблема особливо актуальна в наш час, коли не всі підприємства можуть вчасно розрахуватися за електро- та теплоносії, а досить велика конкуренція на ринку керамічних будівельних матеріалів змушує підвищувати якість продукції, збільшувати асортимент та переглядати існуючі технології, системи контролю та керування.

Однією із особливостей тунельної печі є її велика інерційність, тобто при зміні температури газового середовища температура цегли зміниться через досить великий проміжок часу. З огляду на це доцільно розробляти систему керування, яка за вибраними контрольними параметрами формувала температурний режим для тунельної печі і змінювала уставки регуляторам. Узагальненим параметром, що характеризує термомеханічні характеристики керамічних виробів на певному етапі випалювання є температура виробів, що випалюються . Саме цей параметр повинен бути закладений в основу системи керування процесом випалювання в тунельній печі.

1.2 Постановка завдання автоматизації

В результаті розгляду особливостей процесу випалювання кераміки у тунельних печах, вивчення сучасного рівня їх автоматизації, можна зробити такі висновки:



  • технологічні процеси, що протікають в тунельній печі, є складними та енергоємними, а система керування піччю багатопараметричною;

  • тунельні печі застосовують близько ста років, і питання їх автоматизації не раз ставали перед спеціалістами, але найпоширенішими досі є системи керування компенсації відхилення того чи іншого параметра від заданого технологією без врахування змін властивостей вхідних матеріальних потоків;

  • системи керування процесом випалювання кераміки не використовують температуру виробів, що призводить до звужування класу задач, що можна вирішити на сучасній комп’ютерній базі;

  • якісні показники готового продукту, в тому числі межі міцності при стисканні та вигині, визначаються у виробничих умовах лабораторним способом; це визначення проводиться в кожній партії готових виробів, але результати аналізів практично не використовують для керування в реальному часі.

Фактично, тунельна піч є конструктивним об’єднанням в один агрегат декількох технологічних об’єктів, в кожному із яких протікають різні процеси. Одночасне протікання в печі різних процесів (спалювання палива, транспортування керамічних виробів вздовж печі, фізико-хімічні зміни в матеріалі за рахунок тепломасообміну між газовим середовищем і матеріалом) потребують забезпечення кожному з них відповідних умов для їх нормального протікання в часі і просторі. Будь-яка зміна одного з цих процесів (подача палива; швидкість руху, кількість виробів, що випалюється і т.д.), що направлена на усунення порушення на певний ділянці печі, викликає порушення на інших ділянках. Необхідно створити таку систему керування, яка підтримувала задані температурні параметри виробів в зоні, яка найбільше впливає на кінцеву якість виробів і в той же час вносить незначні збурення для інших зон.



Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©refua.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка
Контрольна робота
Методичні вказівки
Лабораторна робота
Методичні рекомендації
навчальної дисципліни
Загальна характеристика
курсової роботи
використаної літератури
Список використаної
Курсова робота
охорони праці
курсу групи
Зміст вступ
Пояснювальна записка
Виконав студент
Виконала студентка
самостійної роботи
Історія розвитку
форми навчання
навчальних закладів
Теоретичні основи
Міністерство освіти
студент групи
Практична робота
вищої освіти
Робоча програма
молодших школярів
навчальний заклад
виконання курсової
Конспект лекцій
діяльності підприємства
роботи студентів
інтелектуальної власності
Практичне заняття
виробничої практики
охорони здоров
Загальні відомості
Охорона праці
використаних джерел
контрольної роботи
Історія виникнення
навчального закладу
Курсовая работа
Самостійна робота
загальна характеристика
дітей дошкільного
студентів спеціальності
загальноосвітніх навчальних
студентка курсу
світової війни
студентка групи