Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЖИГА КЕРАМЗИТА ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Группа изобретений относится к технологии обжига строительных материалов и может быть использована при производстве керамзита.

Наиболее близким способом к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ обжига керамзита, предусматривающий контроль его насыпной плотности, за счет регулирования температуры под факелом горелки и величины загрузки сырца в печь. Эти два контура замкнуты по температуре измеряемой датчиками в соответствующих точках вращающейся печи / Галицков С.Я., Фадеев А.С. Структурный синтез системы управления вспучиванием керамзита во вращающейся печи // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №1/ [1]. Этот способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что известный способ не предусматривает регулирования скорости вращающейся печи по датчику температуры в соответствующей точке, что делает невозможным получение прочного керамзита с требуемыми показателями качества.

Известно устройство для обжига керамзита, в котором во вращающейся печи устраивают порог на расстоянии 3/4 от начала зоны подогрева / Онацкий С.П. Производство керамзита. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1987. - 333 с. / [2]. Технологическая обоснованность устройства порогов в однобарабанной печи обусловливается появляющейся при этом возможностью замедлить движение керамзита в начале зоны подогрева, тем самым увеличив продолжительность его нахождения в печи. При этом получают кривую обжига керамзита, имеющую температурные градиенты, необходимые для выпуска прочного керамзита, за счет накопления керамзита перед порогом.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится то, что в известном устройстве невозможно производить регулировку температурного градиента во время работы печи. Порог рассчитывается и строится для конкретного типа глины и вращающейся печи. При переходе на другое сырье и оборудование эффективность порога падает из-за смещения технологических зон.

Наиболее близким устройством для обжига керамзита к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство, содержащее вращающуюся печь, включающую зоны сушки, нагрева, вспучивания и охлаждения, управляемый силовой преобразователь, два датчика температуры, два устройства сравнения, два блока передачи информации с датчиков температуры, датчик угловой скорости вращения двигателя барабана печи, регулятор (Патент на полезную модель №117593. Устройство для обжига керамзита в двухсекционной вращающейся печи. / Талицков С.Я., Фадеев А.С. // БИ - 2012. - №18) [3], принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве невозможно контролировать температуру сырца керамзита в конце зоны сушки.

Сущность группы изобретений заключается в автоматизации процесса обжига керамзита.

Технический результат заключается в повышении производительности и качества продукции, а также в снижении себестоимости и в сокращении количества технологического отхода при производстве керамзита.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту «способ» достигается тем, что в известном способе обжига керамзита во вращающейся печи, включающем задание требуемых значений температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны нагрева, и температуры в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, определение температуры в точке, соответствующей концу зоны нагрева, и температуры в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, определение разности между требуемым и имеющимся значением температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны нагрева, формирование в функции величины разности этих температур управляющего воздействия на привод ленточного питателя, определение разности между требуемым и имеющимся значением температуры керамзита в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, формирование в функции величины разности этих температур управляющего воздействия на горелку печи, дополнительно задают требуемое значение температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны сушки, определяют температуру в точке, соответствующей концу зоны сушки, определяют разность между требуемым и имеющимся значением температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны сушки, формируют в функции величины разности этих температур управляющее воздействие на привод вращения печи.

Технический результат при осуществлении изобретения по объекту «устройство» достигается тем, что в известном устройстве для обжига керамзита, содержащем вращающуюся печь, оснащенную приводом вращения печи, приводом ленточного питателя, горелкой с блоком управления горелкой, устройствами измерения температуры керамзита в печи в точке, соответствующей концу зоны нагрева, и температуры в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, задатчиком, выходной сигнал которого определяется требуемым значением температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны нагрева, задатчиком, выходной сигнал которого определяется требуемым значением температуры керамзита в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, устройством сравнения значения температуры в конце зоны нагрева, устройством сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания, регулятором значения температуры в конце зоны нагрева, регулятором значения температуры в середине зоны вспучивания, особенностью является то, что оно снабжено дополнительно датчиком температуры в конце зоны сушки, задатчиком требуемого значения температуры в конце зоны сушки, выходной сигнал которого определяется требуемым значением температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны сушки, устройством сравнения значения температуры в конце зоны сушки, регулятором значения температуры в конце зоны сушки, причем выход задатчика требуемого значения температуры в конце зоны нагрева соединен с прямым входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны нагрева, выход которого соединен со входом регулятора значения температуры в конце зоны нагрева, выход которого соединен со входом привода ленточного питателя, выход датчика температуры в конце зоны нагрева соединен с инверсным входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны нагрева, выход задатчика требуемого значения температуры в середине зоны вспучивания соединен с прямым входом устройства сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания, выход которого соединен со входом регулятора значения температуры в середине зоны вспучивания, выход которого соединен с блоком управления горелкой, выход датчика температуры в середине зоны вспучивания соединен с инверсным входом устройства сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания, выход задатчика требуемого значения температуры в конце зоны сушки соединен с прямым входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны сушки, выход которого соединен со входом регулятора значения температуры в конце зоны сушки, выход которого соединен с входом привода вращения печи, выход датчика температуры в конце зоны сушки соединен с инверсным входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны сушки.

Для достижения требуемой прочности керамзитового гравия необходимо обеспечить в условиях известных технологических и конструктивных ограничений требуемый закон изменения температуры керамзита во вращающейся печи в зонах нагрева и вспучивания путем изменения угловой скорости вращения печи, загрузки сырца керамзита в печь и расхода газа горелки. Заявленная группа изобретений позволяет значительно стабилизировать насыпную плотность и прочностные свойства керамзита при его обжиге во вращающейся печи, за счет достижения требуемых значений температурного режима в печи путем управления температурой в определенных точках печи в соответствующие моменты времени. Дополнительный датчик температуры устанавливается на расстоянии не менее 11 м от начала печи в конце зоны сушки, когда из сырца керамзита испаряется практически вся влага [4].

На фиг.1 изображена структурная схема системы автоматической стабилизации прочности керамзита, где приняты следующие обозначения: задатчик требуемого значения температуры в конце зоны сушки 1, устройство сравнения значения температуры в конце зоны сушки 2, регулятор значения температуры в конце зоны сушки 3, привод вращающейся печи 4, датчик температуры в конце зоны сушки 5, задатчик требуемого значения температуры в середине зоны вспучивания 6, устройство сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания 7, регулятор значения температуры в середине зоны вспучивания 8, блок управления горелкой 9, датчик температуры в середине зоны вспучивания 10, задатчик требуемого значения температуры в конце зоны нагрева 11, устройство сравнения значения температуры в конце зоны нагрева 12, регулятор значения температуры в конце зоны нагрева 13, привод ленточного питателя 14, датчик температуры в конце зоны нагрева 15, горелка 16, вращающаяся печь 17.

На фиг.2 изображено семейство кривых обжига керамзита, соответствующее области допустимых изменений режима работы горелки, загрузки печи сырцом и скорости вращения печи, здесь приняты следующие обозначения: A - точка измерения температуры в конце зоны нагрева, C - точка измерения температуры в середине зоны вспучивания, F - точка измерения температуры в конце зоны сушки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением указанного технического результата.

В соответствии с технологическим заданием на производство керамзита с требуемыми значениями насыпной плотности ρ и прочности R с помощью блока задатчика требуемого значения температуры в конце зоны сушки 1 задается требуемое значение температуры Т_Fтреб, далее в блоке устройстве сравнения значения температуры в конце зоны сушки 2, это значение сравнивается с сигналом обратной связи T_ОС1 с датчика температуры в конце зоны сушки 5 - температурой в точке измерения температуры в конце зоны сушки F, затем это вычисленное значение ΔT₁ поступает на регулятор значения температуры в конце зоны сушки 3, с которого сигнал в виде напряжения U подается на привод вращающейся печи 4, с выхода привода вращающейся печи 4 частота вращения ω_п подается на объект управления - вращающуюся печь 17. В блоке задатчика требуемого значения температуры в середине зоны вспучивания 6 задается требуемая температура материала в точке измерения температуры в середине зоны вспучивания С-Т_Стреб, далее этот сигнал подается в устройство сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания 7, на выходе которого получается сигнал ошибки ΔТ₂ между сигналом с задатчика Т_Стреб и датчика температуры в середине зоны вспучивания 10 Т_ОС2. После чего сигнал ошибки ΔТ₂ поступает в регулятор значения температуры в середине зоны вспучивания 8, который в функции отклонения ΔТ₂ подает сигнал на блок управления горелкой 9, его выходной сигнал Т_П изменяет температуру керамзита во вращающейся печи 17, температуру в зоне вспучивания в точке Т_С, которая измеряется датчиком температуры в середине зоны вспучивания 10. В блоке задатчика требуемого значения температуры в конце зоны нагрева 11 задается температура в конце зоны нагрева Т_Атреб, которая подается в устройство сравнения значения температуры в конце зоны нагрева 12, на выходе которого получается сигнал ошибки ΔТ₃ между сигналом с устройства сравнения значения температуры в конце зоны нагрева 12 Т_Атреб и датчика температуры в конце зоны нагрева 15 Т_ОС3 - температурой в точке измерения температуры в конце зоны нагрева А, затем сигнал ошибки ΔТ₃ поступает в регулятор значения температуры в конце зоны нагрева 13, с которого сигнал в виде напряжения U подается на привод ленточного питателя 14, за счет которого изменяется значение расхода загрузки сырца Q_зс, подаваемого во вращающуюся печь 17.

Выход задатчика требуемого значения температуры в конце зоны сушки 1 соединен с прямым входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны сушки 2, выход которого соединен со входом регулятора значения температуры в конце зоны сушки 3, выход которого соединен со входом привода вращающейся печи 4, выход датчика температуры в конце зоны сушки 5 соединен с инверсным входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны сушки 2; выход задатчика требуемого значения температуры в середине зоны вспучивания 6 соединен с прямым входом устройства сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания 7, выход которого соединен со входом регулятора значения температуры в середине зоны вспучивания 8, выход которого соединен с блоком управления горелкой 9, выход которого соединен со входом горелки 16, выход которой соединен с вращающейся печью 17, выход датчика температуры в середине зоны вспучивания 10 соединен с инверсным входом устройства сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания 7; выход задатчика требуемого значения температуры в конце зоны нагрева 11 соединен с прямым входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны нагрева 12, выход которого соединен со входом регулятора значения температуры в конце зоны нагрева 13, выход которого соединен со входом привода ленточного питателя 14, выход которого соединен со входом вращающейся печи 17, выход датчика температуры в конце зоны нагрева 15 соединен с инверсным входом устройства сравнения значения температуры в конце зоны нагрева 12.

Задатчик требуемого значения температуры в конце зоны сушки 1, устройство сравнения значения температуры в конце зоны сушки 2, регулятор значения температуры в конце зоны сушки 3, задатчик требуемого значения температуры в середине зоны вспучивания 6, устройство сравнения значения температуры в середине зоны вспучивания 7, регулятор значения температуры в середине зоны вспучивания 8, задатчик требуемого значения температуры в конце зоны нагрева 11, устройство сравнения значения температуры в конце зоны нагрева 12, регулятор значения температуры в конце зоны нагрева 13 могут быть реализованы, например, на универсальном программируемом контроллере SIMATIC S7-300 / Simatic. Комплекты для комплексной автоматизации. Каталог ST70-2005. Каталог продукции Siemens. СПб:, 2005. / [5]. Блок управления горелкой 9 состоит из устройства сравнения, реле, двигателя постоянного тока, датчика угла поворота, которые могут быть реализованы, например, в устройстве сравнения и реле на универсальном программируемом контроллере SIMATIC S7-300 / Simatic. Комплекты для комплексной автоматизации. Каталог ST70-2005. Каталог продукции Siemens. СПб:, 2005. / [5]. В качестве двигателя постоянного тока может быть взят, например, двигатель ПИ 6.04, датчик угла поворота может быть представлен, например, инкрементальным энкодером E40S. Привод вращающейся печи 4 может быть реализован на базе двигателя, например, АК 2-91-8 и редуктора, например, 1ЦЗУ-200 / Альбом рабочих чертежей запасных частей основного технологического оборудования для керамзитового цеха балаклейского цементно-шиферного комбината, г. Балаклея. НИИКерамзит, Куйбышев, 1979. / [6]. Привод ленточного питателя 14 может быть реализован, например, на базе двигателя АК 2-91-8 и редуктора, например редуктора 1ЦЗУ-200. Датчик температуры в конце зоны сушки 5, датчик температуры в середине зоны вспучивания 10 и датчик температуры в конце зоны нагрева 15 могут быть реализованы на базе следующих устройств, например: термоэлектрические преобразователи ТХА Метран-261 / Датчики температуры. Метран. Выпуск 6/2007. Каталог продукции ПГ «Метран» и Emerson Process Management. Челябинск, 2007. - 312 с. / [7], промышленные радиомодули, например Rosemount 648 / Беспроводные приборы Rosemount. Каталог продукции Emerson Process Management. М:, 2007. / [8], предназначенные для оцифровки сигналов с термопар и передачи их по радиоканалу, приемник - беспроводной шлюз 1420 / Беспроводные приборы Rosemount. Каталог продукции Emerson Process Management. М:, 2007. / [8].

При производстве керамзита имеет место непостоянство свойств исходной глиняной массы, таких как влажность и однородность, а также, ввиду ряда причин, неравномерный прогрев и порообразование. Эти факторы не позволяют получать керамзит требуемой прочности. Путем применения многомерной системы автоматического управления температурой под факелом горелки, скоростью вращающейся печи, загрузкой сырца керамзита в печь, каждая из которых замкнута по температуре сырца керамзита в соответствующих точках зон вращающейся печи, становится возможным обеспечить требуемые показатели прочности при минимальном расходе энергоресурсов.

Заявленное устройство позволяет автоматически обеспечить требуемое значение прочности керамзита в процессе его обжига при изменении характеристик сырья. С применением заявленного устройства стабилизируется процесс обжига и порообразования, в результате чего повышается качество и прочность готовых изделий.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Галицков С.Я., Фадеев А.С. Структурный синтез системы управления вспучиванием керамзита во вращающейся печи // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №1.

2. Онацкий С.П. Производство керамзита. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1987. - 333 с.

3. Патент на полезную модель №117593. Устройство для обжига керамзита в двухсекционной вращающейся печи. / Галицков С.Я., Фадеев А.С. // БИ - 2012. - №18).

4. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей: учебник для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1983. - 416 с., ил.

5. Simatic. Комплекты для комплексной автоматизации. Каталог ST70-2005. Каталог продукции Siemens. СПб:, 2005.

6. Альбом рабочих чертежей запасных частей основного технологического оборудования для керамзитового цеха балаклейского цементно-шиферного комбината, г. Балаклея. НИИКерамзит, Куйбышев, 1979.

7. Датчики температуры. Метран. Выпуск 6/2007. Каталог продукции ПГ «Метран» и Emerson Process Management. Челябинск, 2007. - 312 с.

8. Беспроводные приборы Rosemount. Каталог продукции Emerson Process Management. М:, 2007.