Автоматизация процесса стекловарения

     Введение 

     Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоёмкость выполняемых операций.

     Основной  задачей автоматизации в производстве является максимальное сокращение операций, выполняемых человеком. Эта задача решается разработкой прогрессивных технологических процессов и созданием   высокопроизводительных автоматизированных линий и комплексов, реализующих весь технологический процесс без непосредственного участия человека.

     Необходимость автоматизации производственных процессов обусловливается также возникновением новой социальной обстановки, вызванной научно-техническим прогрессом. Она характеризуется возрастающей мобильностью населения, уменьшением неквалифицированного физического труда, повышением уровня образования.

     Организация процесса управления производства проводится таким образом, чтобы получать данные о состоянии производства сразу. Для этого типовое решение поддерживает  возможность регистрации производственных операций и выпуска непосредственно на рабочих участках.

     Роботы, микропроцессоры, ПК и другие средства автоматизации не просто внесли изменение  в технологические процессы и  сделали предприятия более эффективными; они изменили и продолжают изменять всю нашу жизнь. Конструирование  различных изделий, их производство, распределение и даже потребление в корне меняется благодаря тем переменам, которые влечет за собой автоматизация и программное обеспечение.

     Автоматизирование систем производства имеют широкие  перспективы, как в нашей стране, так и в станах зарубежья. Страны Европы являются показателем автоматизирования систем. В России автоматизация давно шагнула вперед. Были переоборудованы многие системы и облегчен труд рабочих.

     Процесс стекловарения является основным технологическим  процессом производства листового стекла и стеклоизделий. Прежде чем сформулировать задачи автоматизации, кратко рассмотрим основные стадии процесс стекловарения в ванных печах и особенности технологического агрегата – ванной стекловаренной печи.

     В настоящее время процесс стекловарения на промышленных предприятиях осуществляется в ванных стекловаренных печах, где догрузка шихты, варка стекла и выработка ленты стекла ( или стеклоизделий) происходит в течении всей компании печи непрерывно и одновременно.

     Ванная  стекловаренная печь состоит из бассейна, пламенного пространства, регенераторов, переводных клапанов и загрузчиков шихты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 Задание на автоматизацию 

     Основные  стадии процесса стекловарения:

1. Стадия силикатообразование - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу в шихте заканчиваются реакции между компонентами в твердом состоянии и образуются сложные силикатные соединения. Шихта превращается в пенистый непрозрачный расплав, пронизанный большим количеством пузырьков газа и частицами непрореагировавшей шихты. Протекает эта стадия для оконных стекол при температуре 800—900° С. Компоненты шихты при прохождении этой стадии претерпевают ряд превращений: влага испаряется; гидраты, соли, перекиси разлагаются и теряют летучие соединения; кремнезем изменяет свое кристаллическое строение.
2. Стадия стеклообразование - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу все химические реакции в расплаве заканчиваются. В результате взаимодействия между гидратами, карбонатами, сульфатами образуются сложные силикаты; зерна кварца окончательно растворяются и переходят в расплавы; стекломасса становится относительно однородной и прозрачной, без непроваренных частиц шихты. Однако в стекломассе остается много пузырей. Для оконных стекол эта стадия завершается при температуре 1100—1200°С.
3. Стадия осветление - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от видимых газовых включений, и тем, что устанавливается равновесие между стекломассой (жидкой фазой) и газами, растворенными в стекломассе (газовой фазой).
4. Стадия гомогенизация (усреднение) - эта стадия характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от свилей и становится однородной. Чем выше температура варки и, как следствие, ниже вязкость стекла, тем быстрее передвигаются частицы и, наоборот, при пониженных температурах передвижение частиц замедляется. Поэтому при гомогенизации температура стекломассы играет решающую роль.

     Стадия  студки – эта стадия характеризуется  снижением температуры на 200-300°С, необходимым для достижения рабочей вязкости стекломассы. После прохождения стадии студки стекломасса при определенной температуре и вязкости поступает на формование.Основными задачами автоматизации процессов стекловарения являются: стабилизация основных технологических параметров стекловарения с целью получения стекломассы заданного качества и количества; оптимизация технологического процесса стекловарения по технико-экономическому критерию. Другая задача автоматизации технологических процессов является весьма сложной проблемой, так как предусматривает создание автоматической системы управления, способной автоматически находить и поддерживать оптимальные технологические режимы и условия непрерывного изменения внешних факторов. Создание подобной системы автоматического управления технологическими процессам стекловарения позволит выявить резервы повышения производительности стекловаренных агрегатов, а так же экономических и качественных показателей.

     Основной  особенностью процесса стекловарения  в промышленных стекловаренных печах является необходимость плавления больших объёмов шихты за относительно короткий период времени.

     Регулируемые  и контролируемые параметры:

• регулирование уровня стекломассы;
• регулирование и контролирование температуры варочной части печи;
• регулирование давления в пламенном пространстве варочного бассейна;
• регулирование соотношения топливо-воздух;
• контролирование температуры верха и низа регенераторов, отходящих газов, разрежения в дымовом канале, дополнительных точек контроля;
• автоматический перевод направления пламени с раздельным программируемым временем по сторонам печи.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 Схема автоматизации процесса 

    2.1 Важнейшие стеклообразующие компоненты  состава шихты 

    Смесь отдельных видов сырья, содержащую компоненты в определенном весовом соотношении, называют шихтой. Приготовление шихты является важным шагом в процессе производства стекла, так как постоянный состав и высокая однородность смеси способствует процессу плавления, а также воспроизводству свойств стекла. Рецептура сырья разрабатывается лабораторией в зависимости от видов производимой продукции и качественных показателей стекла.

    В общем, состав шихты представляет собой  смесь следующих компонентов: кварцевого песка, доломита, соды, мела, доломитовой  муки, полевого шпата, селитры, содосульфатной смеси и стеклобоя.

    В состав шихты также входят осветлители, которые добавляют к смеси  в долях до 1% по массе. Они должны вывести на поверхность пузырьки газа, возникающие в расплаве. В  основном, это происходит благодаря  термическому разложению осветлителей.

    При этом возникают газы, поднимающиеся  на поверхность в форме больших  пузырей, увлекая за собой маленькие  газовые включения.

    Самыми  широко используемыми осветлителями  являются As₂О₃ и Sb₂О, отдающие при высоких температурах О₂, а также Na₂SO₄ – сульфат натрия, высвобождающий SO₂ и О₂.

    Добавление  стеклобоя – обязательное условие  получения сырья. Отходы стекла при  его производстве и при дальнейшей обработке с некоторых пор  в виде так называемого собственного стеклобоя вновь добавляются в шихту. Стеклобой ускоряет процесс плавки. Наряду с энергосбережением в процессе плавки, другим преимуществом использования боя стекла является экономия сырья (в частности, соды). 

    2.2 Требования, предъявляемые к сырьевым материалам 

    Для того, чтобы при изготовлении стекла оптимально провести процесс плавки, необходимо сделать правильный выбор сырья относительно его химического состава и распределения по величине зерен. Уже сырье должно соответствовать требованиям конечного продукта.

    Из-за ошибок в составе сырья могут возникнуть не только пороки в стекле, как включения, пузырьки и шлиры, но это также отрицательно может повлиять на процесс формования.

    Сырье, применяемое при производстве стекла должно отвечать следующим требованиям. Во-первых, химический состав сырьевых материалов должен быть постоянным. В составе стекла допускается только незначительное количество добавок и загрязнений. Поэтому необходим текущий контроль качества сырьевых материалов.

    Распределение по величине зерен является дальнейшим важным контролем качества сырьевого материала. Более мелкие размеры зерен, то есть мелкозернистое сырье, позволяют улучшить гомогенизацию шихты и coкратить процесс плавки, так как из-за увеличения удельной поверхности реакции могут протекать быстрее. С другой стороны, тонкоизмельченное сырье ведет к увеличению потерь вследствие пыления, и газы, абсорбированные из поверхности, в процессе варки легко образуют пузырьки в стекломассе. Напротив, зерна слишком большого диаметра затрудняют скорость реакций в расплаве.

    Поэтому размер зерен сырья, используемого для производства стека, должен быть в пределах 0,05-0,5 мм.

    Важно также, чтобы используемые виды сырья  имели одинаковые размеры зерен, так как при изготовлении шихты может начаться расслоение.

    Эти вышеназванные требования, предъявляемые к стекольному сырью, могут быть легко выполнимы при использовании синтетических сырьевых материалов, на обогащение которых расходуются большие средства. Поэтому их применение достаточно дорогостоящее.

    При изготовлении хозяйственного стекла по экономическим причинам преимущество отдается естественному или малообогащенному сырью. Для высококачественных специальных стекол используется исключительно синтетическое сырье, постоянное высокое качество которого должно быть гарантировано изготовителем.

    В связи с тем, что общая функциональная схема автоматизации стекловаренного агрегата состоит из ряда схем автоматического управления и контроля технологическими параметрами процесса стекловарения и значительно насыщена унифицированной контрольно-измерительной регулирующей аппаратурой. В системах автоматического управления использованы следующие унифицированные блоки: преобразователь ферродинамический токовый; преобразователь нормирующий; блок суммирования; блок измерительный; блок регулирующий релейной группы; блок регулирующий аналоговой группы; устройство задающее токовое ЗУ05; устройство задающее; блок управления аналогового регулятора БУ12; блок управления релейного регулятора; блок усилителей; блок указателей; амперметр узкопрофильный; М1731С; дифманометр-тягонапоромер; дифманометр-расходомер мембранный; пускатель бесконтактный ПБР-2-3; механизм электрический исполнительный с блоком токового датчика.

    Представленная  система автоматического регулирования расхода газа с коррекцией по его температуре служит для установления заданного значения расхода газа, стабилизации его величины и коррекции при изменении температуры газа относительно расчетного значения, идущего на горение.

    Особенностью  данной схемы газовой разводки является то, что измерение и регулирование расхода газа осуществляются в левой и правой ветвях газопровода, а перевод газа по сторонам производится с помощью клапанов, поочередно перекрывающих левую и правую ветви трубопроводов.

    Расход  газа измеряется с помощью диафрагмы 1в и расходомера 1г. С выхода расходомера сигнал поступает на измерительный прибор 1д, показывающий расход газа (в м³/ч), и на вход блока суммирования 1е. Для контроля температуры газа, идущего на горение, в непосредственной близости от измерительной диафрагмы 1в установлен на трубопроводе преобразователь сопротивления 1ж, который подключен на вход нормирующего преобразователя 1з. С выхода нормирующего преобразователя сигнал подается на вход измерительного прибора 1и, показывающего температуру газа в трубопроводе, и одновременно — на один из входов блока суммирования 1е. На другой вход блока суммирования подается сигнал с выхода расходомера 1г и в схему автоматического регулирования соотношения газ — воздух. С выхода блока суммирования сигнал подается на изодромный регулятор 1к. Расход газа, идущего на горение, устанавливается задатчиком 1л. С выхода изодромного регулятора управляющие сигналы с помощью блока управления 1м подаются на бесконтактный реверсивный пускатель КМ1, который воздействует на исполнительный механизм 1с и на газовую заслонку 1р на газопроводе.