РОЗДІЛ 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ
ВИПАЛЮВАННЯ В ТУНЕЛЬНІЙ ПЕЧІ
2.1. Задачі і план проведення експериментальних робіт
Однією з задач системи керування є прогнозування характеристик виробів, а саме
міцності (Pr), морозостійкості (M) та водовбирання (VP). Її розв’язок вимагає
створення математичних моделей зазначених властивостей.
Для створення таких моделей необхідно проведення експериментального дослідження
процесу випалювання в тунельній печі. Аналіз структурно-параметричної схеми
виробництва цегли (рис.1.5) як можливі фактори планування активного
експерименту дозволив розглядати:
витрату природного газу Gpg;
витрату гарячого повітря на спалювання природного газу Gv;
витрату повітря на швидке охолодження Gbo;
витрату холодного повітря на остаточне охолодження Goo;
витрату повітря, що відбирається на сушарку Gvs;
ритм проштовхування пічних вагонів .
Витрати газово-повітряних потоків використовуються для забезпечення
температурного поля печі при випалюванні напівфабрикату з даними властивостями.
Таким чином, реальними показниками перебігу процесу є саме елементи
температурного поля (температури на позиціях печі Ті, де і=1…47 – номер
позиції). Через це замість даних витрат факторами до плану експерименту
доцільно вважати саме температури. Але включення всіх елементів поля до плану
не представляється можливим через його розмір 247, наявністю зв’язків між
різними температурами та технологічними особливостями процесу.
Розглянемо детально температурне поле з метою включення до плану експерименту
тільки тих факторів, що задовольняють всім умовам, висунутим до них [ 26,27].
Як відомо з теорії [5-7], безпосередній вплив на температурне поле можна
здійснювати лише в зонах випалювання і охолодження. Ділянка кривої випалювання,
що відповідає зоні нагрівання залежить від максимальної температури теплоносія
і аеродинамічного режиму печі. В зоні нагрівання є два важливих параметри, що
впливають на якісні показники продукції і які можна розглядати як фактори плану
експерименту. До них відносяться початкова температура випалювання і швидкість
підйому температур в інтервалі 450-7000С. В зоні випалювання найважливішим
параметром є максимальна температура газового середовища. В зоні охолодження –
це швидкість зниження температури в інтервалі 800-6000С.
Оскільки крива випалювання є, по-суті, ламаною, відрізки якої між сусідніми
позиціями печі можна розглядати як прямі лінії (рис.1.3), то температури зони
випалювання, можливо обрахувати через максимальну температуру. Тобто, якщо
максимальна температура присутня на 26-й позиції печі (Т26), то
Т25=а1ЧТ26;
Т27=а2ЧТ26,
де Т25, Т27- температури на 25-й та 27-й позиції печі відповідно.
Аналогічно
Т24=а3ЧТ25=а3Ча1ЧТ26;
Т23=а4ЧТ24=а4Ча3Ча1ЧТ26;
................................................
Ділянка кривої випалювання, яка відповідає зоні нагрівання складається з 3-х
відрізків, що пояснюється технологічними особливостями (п.1.1.2). Таким чином,
якщо відома температура на першій позиції зони випалювання (Т19), то можна
розрахувати всі температури зони нагрівання.
Т18=аnЧТ19;
………………….
де Тпоч – температура теплоносія на першій позиції печі.
Швидкість підйому температур в інтервалі 450-7000С є тангенсом кута нахилу
відповідної ділянки кривої випалювання.
Крива випалювання, що відповідає зоні охолодження, поділяється на 2 ділянки,
які можна описати аналогічно викладеному вище.
Всі запропоновані вище параметри відповідають умовам, висунутим до факторів,
окрім умови однозначності [27]. Але причини, за якими було вирішено відмовитись
від безпосередніх керуючих впливів, викладені вище.
Крім елементів температурного поля, на якісні показники цегли значним чином
впливає хімічний склад шихти, зокрема концентрація в ній оксидів алюмінію,
кальцію та магнію [1,2].
Отже, як фактори надалі розглядатимуться наступні змінні:
початкова температура випалювання, Тпоч;
швидкість підйому температур в інтервалі 450-7000С;
максимальна температура випалювання Тmax;
швидкість зниження температур в інтервалі 800-6500С;
ритм проштовхування пічних вагонів ;
концентрація в шихті оксиду алюмінію СAl2O3, який впливає на міцність;
сумарна концентрація в шихті оксидів кальцію та магнію C(CaO+MgO), які,
утворюючи карбонатні сполуки під час випалювання, розширюють шпари, тим самим
погіршуючи водовбирання та морозостійкість.
Таким чином, повний факторний план міг би складатись з 27=128 експериментів.
Дослідження випалювання показало, що стабілізація вхідних параметрів висушеного
сирцю (Wpf, умови переробки та формування) в умовах виробництва не
представляється можливим. Крім того, ширина діапазону варіювання для вибраних
факторів за планом експерименту менший, ніж фактичний на виробництві
(табл.2.1).
Таблиця 2.1
Діапазони варіювання факторів при активному експерименті та у виробничих умовах
Назва фактору
Тпоч
Тmax
СAl2O3
C(CaO+MgO)
Активний експеримент
40...45
970...1000
60...90
10...12
15...17
Виробничі умови
30...45
935...1020
55...300
10...17
13...20
Отже, аналіз зв’язків процесу випалювання з попередніми стадіями виробництва і
даних, наведених у табл.2.1, показав недоцільність проведення активного
експерименту, тому для експериментального дослідження процесу випалювання
застосовувався пасивний метод.
Розглянемо детально основні властивості цегли з точки зору їх прогнозування. В
даній роботі розглядаються наступні вимірювані характеристики виробів:
механічна міцність на стискання (далі міцність), морозостійкість та
водовбирання. Такий вибір обумовлений тим, що саме ці властивості визначають
ціну та експлуатаційне призначення продукції.
Головним показником готової цегли вважається міцність,
- Київ+380960830922