Производство листового стекла флоат-способом

Необходимо сказать, что каждый метод измерения параметров качества листового стекла указанные и не вошедшие в ГОСТ 111-2001, требует для проведения определенного промежутка времени и отбора отдельных проб, что приводит к увеличению персонала, производственной площади предприятия, а, следовательно, к увеличению финансовых затрат.

В настоящее время из десятка параметров качества листового стекла, получаемого флоат-способом, которые предусмотрены ГОСТ 111-2001, только толщина и геометрические размеры контролируются непрерывно действующими датчиками. Но толщиномеры (индукционные или лазерные) не включены в системы автоматики, используются только как средства контроля при ручном управлении процессом выработки стекла.

В данной научно-практической работе предлагается осуществить автоматизацию методов контроля качества параметров листового стекла непосредственно на производственном конвейере - ленте стекла.

В качестве непрерывно-определяющих параметров ленты стекла можно предложить: толщина и разнотолщинность; длина и ширины отрезанных листов; прочность ленты стекла на изгиб.

Толщину и разнотолщинность предлагается измерять автоматизированной пятиканальной системой технологического контроля толщины ленты флоат-стекла в режиме реального времени в горячей зоне печи отжига.

Данный метод носит название низко-когерентная тандемная интерферометрия.

Схема системы приведена на рис. 11. Тандем интерферометров реализован следующим образом. Свет от суперлюминесцентного диода подается на вход прецизионного интерферометра, находящегося внутри оптоэлектронного блока. Интерферометр собран с возможностью прецизионного и контролируемого изменения разности длин плеч. На выходе из интерферометра свет попадает на оптоволоконный светоделитель, в котором он делится по числу измерительных каналов. От делителя свет поступает независимо в каждый канал по своему кабелю на оптические головки, которые представляют собой систему проецирования излучения из оптического волокна на ленту, а также сбора отраженного от ленты света обратно в волокно. Затем свет попадает на фотоприемные устройства, независимые для каждого канала. При сканировании разности длин плеч измерительного интерферометра на выходе каждого фотоприемного устройства появляется сигнал, соответствующий оптической толщине ленты стекла (т. е. произведению геометрической толщины на показатель преломления) в указанном канале. В результате получаем данные независимых одновременных измерений толщины стекла в нескольких каналах. При этом точность измерений по всем каналам одинакова и определяется измерительным интерферометром. В принципе, число каналов измерений может быть любым, однако, как показал опыт эксплуатации систем, оптимально иметь пять каналов, равномерно распределенных по ширине ленты.

К АСУ ТП 1

RS-232

2

3

4

5

6

7

Рис. 12 Общая схема пятиканальной системы контроля толщины ленты

1-индикатор; 2-измерительно-управляющий оптико-электронный прибор; 3-волоконно-оптический кабель; 4-оптические головки; 5-свод печи отжига; 6-зондирующий пучок; 7-лента стекла.

Очевидные достоинства предложенного метода заключаются в простоте конструкции оптических головок, которые не содержат движущихся и электронных компонентов. Следовательно, оптические головки и вся система в целом не нуждаются в специальном охлаждении и обслуживании. Кроме того, зондирование ленты может осуществляться с достаточно большого расстояния (расстояние до ленты стекла 1,0 - 1,5 м), в результате чего не требуется защиты системы при аварийных ситуациях на линии. Таким образом, наиболее удобным и целесообразным местом крепления оптических головок является свод печи отжига как можно ближе к флоат-ванне, что значительно увеличивает оперативность управления технологическим процессом.

Отметим, что для максимально эффективного использования системы операторам и технологам флоат-линии необходимо (помимо текущего контроля) иметь возможность просмотра поведения толщины ленты за прошедший период. В первых моделях системы ведение базы данных измерений и ее визуализация проводились силами потребителя системы. В настоящее время нами разработано собственное программное обеспечение, предлагаемое как дополнительная опция к системе.

Еще одна важная информация, которую можно получить с помощью системы, -- разнотолщинность по ширине ленты. Учитывая все более ужесточающиеся требования к разнотолщинйости как автомобильных стекол, так и стекол, применяемых в стекло пакетах, непрерывный контроль толщины способен обеспечить дополнительные преимущества в конкурентной борьбе с другими производителями стекла благодаря более высокому качеству выпускаемой продукции.

Калибровка и метрологическая аттестация системы. Измеряемой величиной при работе системы является оптическая толщина ленты стекла. Она определяется как

D = nd

где D -- оптическая толщина ленты стекла; n -- эффективный показатель преломления; d -- геометрическая толщина ленты стекла.

Кроме того, следует учитывать температурное расширение ленты в зоне измерения.

Таким образом, для определения геометрической толщины ленты стекла после охлаждения необходимо измеренную системой оптическую толщину разделить на эффективный показатель преломления, который зависит от различных параметров, таких как температура в зоне измерений, состав шихты. Однако накопленный опыт свидетельствует о том, что при отлаженном технологическом процессе разброс показаний, связанный с нестабильностью температуры и состава шихты, не превышает 5 мкм. Поэтому система не требует непрерывной проверки, а достаточно проделать процедуру калибровки один раз при пусконаладочных работах.

К основным достоинствам системы можно отнести ее простоту и небольшие затраты на обслуживание. Система не требует дополнительного охлаждения и потребляет не более 300 Вт электрической мощности, что сравнимо с потреблением современного персонального компьютера. Кроме того, удачное расположение оптических головок на своде печи отжига позволяет полностью обезопасить систему от повреждения при аварийных ситуациях, таких как обрыв ленты.

При этом есть возможность, совместив данные по толщине, ширине ленты стекла, скорости её выработки, получать в автоматическом режиме сведения о производительности линии. Автоматизированные системы отрезки листов от ленты стекла и отбортовки, также как и автоматические столы раскроя листов стекла, системы стабилизации уровня стекломассы, давления, температуры в стекловаренной печи, система автоматического перевода пламени работают как локальные системы и не представляют собой единой автоматической системы управления производством листового стекла. Вероятно создание таковой дело несколько отдалённого будущего. Пока же следует наращивать количество локально действующих автоматических средств контроля технологического процесса и систем стабилизации отдельных технологических параметров и параметров качества готовой продукции.

Длину и ширину отрезанных листов можно так же производить в режиме реального времени с помощью измерительных роликов, подключенных к электронно-вычислительной системе, которая в свою очередь подает сигнал на монитор компьютера и фиксируется в виде графиков, показывая время произведенного замера и параметры измеренного листа стекла. Для измерения длины отрезанного листа, данные ролики в количестве 2^х штук устанавливаются на участке конвейера после постов раскроя ленты и обломки бортов. Данные ролики устанавливаются по 2^м параллельным сторонам листа стекла по его продвижению по конвейеру. Для измерения ширины отрезанного листа, данные ролики так же в количестве 2^х штук устанавливаются на участке конвейера после ротатора, который поворачивает отрезанный лист стекла на 90^о.

Принцип действия данных измерительных роликов заключается в следующем: отрезанный лист стекла, двигаясь по конвейеру, захватывает лопасти измерительного ролика, приводя его во вращающее движение. Вращающий ролик подает сигнал на электронно-измерительное устройство, которое по числу оборотов ролика вычислят длину листа, после чего данные выводятся на монитор компьютера и регистрируются в виде графиков.

1

2 5

3 4

К АСУ ТП

Рис. 13 Общая схеме измерительных валков

1-отрезанный лист стекла; 2-измерительный валок с лопастями; 3-электронно-вычислительное устройство; 4-индикатор; 5-ленточный конвейер

Одним из перспективных направлений в производстве многих видов продукции в последнее время становится переход от выборочного контроля качества изделий к сплошному.

Этот подход возможен и в производстве листового стекла.

Выше мы уже показали, что механическая прочность стекла является собирательным (комплексным) показателем качества. Входящие в этот показатель компоненты (свойства стекла и отформованной ленты) определяются в лабораторных условиях, медленно, с разрушением образцов, в общем, не так как нужно для автоматического управления производством.

А почему бы не оценивать прочность ленты стекла в процессе её непрерывной выработки? Задав на таком устройстве оптимальную нагрузку на ленту, мы будем выпускать стекло с гарантированной минимальной прочностью. Лента стекла с прочностью ниже заданной будет автоматически отбраковываться путем её разрушения и возвращения в стекловаренную печь.

Информация о том, что выпускаемое стекло имеет гарантированную прочность не ниже некоторой величины, будет полезно для потребителей, может явиться сравнительным показателем для разных линий, выявляя наиболее конкурентно способного производителя. Стекло, выпускаемое с наибольшим показателем прочности, существенно добавит имиджа производителю.

Оценка прочности листового стекла проводится только в лабораторных условиях, зависит от интересов исследователя и определяется характером прилагаемой к образцу нагрузки. Определяют прочность стекла сосредоточенной или равномерно распределённой нагрузкой на растяжение, изгиб, сжатие, удар; в каждом случае при этом используют соответствующее испытательное оборудование. Все виды оценки прочности относятся к разрушающим методам. Поэтому контроль прочности имеет два противостоящих аспекта. Во-первых, чем больше формат листа, используемого в строительстве, тем более дорогостоящим становится определение прочности стекла. Во-вторых, чем дальше мы уходим от натуральных размеров листов (и соответственно стоимости анализа) к небольшим размерам образцов стекла, которые совсем не жалко разрушить при анализе, тем меньше становятся напряжения, определяющие прочность образца и тем хуже они отражают истинное состояние напряжений в большом исходном листе. Кроме того, чем меньше размеры образцов, которые мы вырезаем из большого листа стекла, тем этих образцов больше, и тем больше разброс экспериментальных данных. Так например, при нестабильном производстве ленты стекла в ней возникает столь неоднородное поле напряжений, что при испытании 200 образцов размером 10х10 см, вырезанных из одного листа размером в 2 м², разница между максимальным и минимальным показателями предела прочности может достигать 20-30% от среднего значения выборки.

Для непрерывного контроля прочности ленты стекла в режиме реального времени не разрушая при этом саму ленту стекла предлагается использовать установку следующего типа: на непрерывно движущуюся ленту стекла по конвейеру будет действовать рабочий орган с определенным - заранее установленным давлением. Общая схема установки представлена на рис.6.

1

3 3

4 2

5 Р(МПа)

Рис.13 Общая схема установки измерения прочности при изгибе листового флоат-стекла

Принцип работы данной установки заключается в следующем: на непрерывно движущуюся ленту стекла по конвейеру будет действовать рабочий орган с определенным - заранее установленным давлением, которое в дальнейшем будет характеризовать прочность стекла.

Рабочий орган представляет собой вал (ролик) выполненный из того же материала, что и ролики конвейера. Внутри рабочего ролика находится металлический стержень, опирающийся на подшипники. На данный стержень по средствам привода прилагается усилие, которое воздействует на ленту стекла, образуя заранее установленное давление.

Одним из вариантов устройства для нагружения непрерывно вырабатываемой ленты, устанавливаемого до порезки ленты на листы, может быть металлический валок, подвешиваемый на пружинах в 20-30 мм над лентой. Валок подвешивается между двумя опорными валками рольганга, образующими расчётную базу. Оба конца валка снабжены штоками, входящими в индукционные катушки. При пропускании тока через катушки в них создаётся магнитное поле, которое втягивает штоки и, преодолевая сопротивление пружин, осуществляет нажим валиком на ленту стекла. Регулируя напряжение тока в индукционных катушках, можно осуществлять регулируемую нагрузку на ленту.

Экспериментально можно найти такую минимальную нагрузку, которая только в случае нежелательного снижения прочности ленты, вызовет её разрушение. То есть устройство не будет пропускать дефектную ленту стекла. При разрушении ленты валок провалится ниже ленты и отключит подачу тока в индукционные катушки, за счёт пружин он тут же поднимется выше уровня ленты, не мешая концу ленты пройти под валок. Затем лента включит индукционные катушки и валок снова «нагрузит» ленту. При этом нагружение должно производиться постепенно, либо вручную регулятором напряжения на индукционных катушках до заданной величины, либо автоматически соответствующим программным командоаппаратом.

Возможен вариант поворотного устройства, в котором валок закреплён с одной стороны рольганга на оси, а индукционная катушка устанавливается с другой стороны рольганга.

Вместо электроиндукционного нагружения ленты возможны варианты устройства с механическим, пневматическим или гидравлическим нагружением. Однако эти варианты будут более сложны по конструкции и менее стабильны в работе.

Установка нагружаемого валка сверху ленты предпочтительнее по двум причинам: во-первых, куски разрушаемой ленты не будут вредить устройству, во-вторых, как известно, нижняя сторона ленты, контактировавшая при формовании с оловом, имеет меньшую прочность, чем верхняя сторона. Таким образом, устройство ориентировано на минимальную прочность ленты стекла.

В качестве выводов можно сказать: в ходе научно-практической работы было проанализировано состояние автоматического контроля качества и управления производством листового стекла и разработаны способы и устройства автоматического непрерывного контроля ленты и листов стекла, а именно, устройство для измерения длины и ширины отрезанных листов, установка для измерения прочности при изгибе листового флоат-стекла в режиме реального времени, а также предложено совместив данные по толщине и ширине ленты стекла, скорости ее выработки получить в автоматическом режиме сведения о производительности линии.

Список использованной литературы

1. Методические указания по разработке дипломных проектов. Технологическая и архитектурно-строительная части. Сабуренков П.Н., Крамаров Е.А. Саратов. 1986.

2. Методические указания по разработке дипломных проектов. Архитектурно-строительная часть. Социально-экономическая эффективность. Краюхин В.И., Крамаров Е.А. Саратов. 1986

3. Бутт Л.М. Полляк В.В. Технология стекла. Стройиздат М. 1971г. 368 с.

4. Будов В.М., Саркисов П.Д. “Производство строительного стекла и стеклоизделий”: учебник для средних проф.-техн. училищ - М.: “Высшая школа”, 1978.-224с., ил.

5. Химическая технология стекла и ситаллов. Под ред. Павлушкина. Н.М. - М. Стройиздат, 1983. - 432 с., ил.

6. Зубанов В.А. Механическое оборудование стекольных и ситалловых заводов. М. Машиностроение. 1975. - 408 с.

7. Разработка оборудования для раскроя стекла. В.А. Литвинов, В.В. Сурков, Л.А. Шитова, Г.Г. Попов; Стекло и керамика. 1999 № 9.

8. ГОСТ 111- 2001 «Стекло оконное. Технические условия».

9. М.И. Роговой, М.Н. Кондакова, М.Н. Сагановский. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1975 . - с. 243 - 253.

10. Справочник по производству стекла / под ред. И.И. Китайчародского и С.И. Сильвестровича. - М.: Стройиздат, 1963. - т. 2. - с. 643 - 655.

11. М.А.Матвеев, Г.М. Матвеев, Б.Н.Френкель. Расчеты по химии и технологии стекла. - М.: Стройиздат ,1972. - 240 с.

12. ГОСТ Р ИСО 9001: 2001 "Системы менеджмента качества. Требования".

13. Руководство по качеству ОАО «Саратовский институт стекла».

14. Автоматика и автоматизация производственных процессов. Повитков Г.Ф. учебное пособие. - Саратов, 2003.

15. Шерешевский И.А. « Конструирование промышленных зданий и сооружений» : Учебн. Пособие для студентов строит. Специальностей вузов.-3-е изд., перераб. И доп. -Л.: Стройиздат, Ленингр. Отд-ние, 1970.-168с.,ил.

16. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций: учеб. Пособие для техникумов. - М.: Стройиздат, 1989. - 506 с.

17. Байков В.Н., Сигайлов Э.Е. Железобетонные конструкции: учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1985. - 728 с., ил.

18. Тенденции развития мирового и российского рынков стекла. М.А. Кощеева. Стеклопрогресс - XXI: научные доклады. Сб. - Саратов: ООО «Три А», 2002. - 208 с.

19. Рынок листового стекла: проблемы, перспективы. В.И. Осипов. Стеклопрогресс - XXI: научные доклады. Сб. - Саратов: ООО «Три А», 2002. 208 с.

20. Пчелинцев В.А., Виноградов Д.В., Коптев Д.В. «Охрана труда в производстве строительных изделий и конструкций» учебник для вузов. М.: Высш.шк., 1986. 311 с., ил.

21. Средства защиты в машиностроении: расчет и проектирование: Справочник под ред. С.В. Белова. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru