Медяник Н.Л. Современное стеклотарное производство - файл n1.doc

приобрести
Медяник Н.Л. Современное стеклотарное производство
скачать (6340 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc6340kb.06.07.2012 23:16скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7
Химические способы интенсификации можно разделить по стадиям технологического процесса приготовления шихты и варки стекла. На стадии приготовления шихты интенсификация стекловарения может быть обеспечена путем замены одного из компонентов шихты более активным, уплотнения шихты (гранулированием или брикетированием), предварительной термической обработки сырьевых материалов. Замена части карбоната натрия раствором гидроксида натрия (NaOH) ускоряет процесс стекловарения благодаря тому, что силикатообразование начинается при более низких температурах, чем при использовании только одного карбоната натрия. Ускорение процесса варки при использовании гранулированной или брикетированной шихты объясняется увеличением поверхности соприкосновения между частицами сырьевых материалов, повышенной теплопроводностью шихты по сравнению с обычной.

Интенсификация стекловарения достигается путем раздельной загрузки в стекловаренную печь шихты и стеклобоя (загрузка шихты на подслой боя). При раздельной подаче в печь шихты и боя повышенная температура варки ускоряет процесс стеклова­рения. Интенсифицировать процесс стекловарения можно также путем ввода в состав шихты химических ускорителей. Они понижают температуру протекания реакций силикатообразования, способствуют их более быстрому протеканию.

Скорость протекания процессов силикатообразования и стеклообразования во многом зависит от того, насколько интенсивно получают теплоту отдельные частички шихты. Поэтому большое значение приобретает то, каким образом шихта загружается в печь и как она распределяется на поверхности. При тонком распределении шихты ее частицы получают теплоту конвекцией и излучением сверху и теп­лопроводностью снизу. Кроме того, тонкослойная варка стекла препятствует проникновению непроваренных частиц шихты в глубинные слои, что способствует ускоренному протеканию процессов стекловарения.

Термические и гидродинамические способы интенсификации. Интенсивность технологических процессов, осуществляемых в стекловаренных печах, в значительной степени определяется их тепловой работой. Вследствие эндотермического характера реакций стекловарения теплогенерация в самой ванне практически исключена, если не используется дополнительный электроподогрев стекломассы непосредственно в бассейне. Следовательно, температурный уровень процесса будет зависеть только от количества теплоты, поглощенной поверхностью расплава в результате теплообмена с высокотемпературными газами и огнеупорной кладкой пламенного пространства. Поэтому интенсификация внешнего теплообмена в стекловаренных печах – один из основных и наиболее эффективных факторов повышения их производительности и снижения удельных расходов топлива.

Основным фактором интенсификации процесса стекловарения является обеспечение высокой температуры варки. При повышении температуры варки от 1450 до 1620С время стеклообразования сокращается почти в 5 раз. Влияние температуры сказывается наиболее сильно в интервале температур стекломассы от 1500 до 1600 С, в котором кварц переходит в аморфную форму.

Пути интенсификации процесса теплообмена заключаются прежде всего в совершенствовании методов сжигания топлива и конструкции горелочных устройств для создания равномерного по ширине печи направленного излучения на шихту и стекломассу, в повышении излучательной способности и температуры факелов.

Во многих отраслях стекольной промышленности выбрано кислородно- топливное горение для достижения более высокого качества варки. Задача будущего расширить применение этой технологии в производстве плоского и тарного стекол. Около 30% стекла, производимого США, варится с использованием кислородно- топливного горения, в Европе- более 10%, в Азии- примерно 5%.

Будущее за печами с кислородными горелками, и для этого есть несколько причин:

- решается проблема выброса NOx;

- появляется возможность расположения горелок как на боковых или торцевых стенах, так и на своде;

- расширяются возможности размещения различных по конфигурации и расположению вытяжных отверстий;

- появляется возможность уменьшить размер, а следовательно, и стоимость систем утилизации тепла и осаждения пыли.

Конструкция современных печей с кислородным дутьём по сути является лишь модификацией печей с воздушным дутьём и не обеспечивает полной реализации преимуществ кислородного сжигания топлива. Для более рационального применения кислородного дутья потребуется дальнейшее совершенствования конструкции печей, улучшение теплоизоляции, огнеупоров и снижение стоимости кислорода. Однако,несмотря на существующие недостатки, печи с кислородным дутьём уже имеют характеристики, превосходящии показатели традиционных печей.

Лабораторные исследования и испытания на производственных объектах (флоат- стекло) показали, что вертикальные горелки с кислородным дутьём имеют ряд преимуществ. К ним относятся:

- повышение скорости теплопередачи, что ускоряет провар шихты;

- повышение производительности, по крайней мере на 5%;кислородно- топливные горелки позволяют повысить удельный съем стекломассы без увеличения общего выброса диоксида азота, избежать ухудшения качества стекла и повреждения огнеупоров печи;

- повышения качества стекла за счет сокращения мошки и сведения к минимуму деффектов;

- повышение эффективности использования топлива за счет улучшения управления профилем температуры и возможного сокращения подачи топлива к горелкам;

- снижение уноса компонентов шихты, приводящее к уменьшению разъедания стен бассейна вследствие абразивного воздействия на них шихты или химического взаимодействия шихты с огнеупорами стен;

- установка кислородно- топливных горелок может обеспечить требуемые температуры в стекловаренной печи; это способствует правильной организации конвективных потоков стекломассы и оптимизации длительности варки, что сводит к минимуму возможность образования камней и свилей.

Однако нагревание происходит только на поверхности шихты, вследствие чего возникает необходимость в перемешивании посредством бурления или «погруженного горения». Эти методы перемешивания позволяют увеличить скорость провара шихты. «Погружное горение» обеспечивает необходимую степень перемешивание шихты, но требует решения ряда технических вопросов, таких как применение металлических кожухов с водяныи охлаждением. Такой способ сжигания топлива (внутри расплава) в комплексе с вертикальными кислородными горелками обеспечивает оптимальную степень перемешивания. При этом используются горелки меньшего размера, расположенные далеко от боковых стен. Отсюда появляется возможность использования стандартных печных огнеупоров. Применение вспомогательного барботажа может послужить хорошим подспорьем в развитии данной технологии варки. Данный подход уже применяется в известных технологиях, хотя ещё не готовых для повсеместного внедрения. Например, печь для варки бесцветного тарного стекла с 20% стеклобоя без дополнительного электроподогрева будет работать со следующими показателями:

-съем в варочном бассейне- 0,5 т стекла /фут (5,35 т/м );

-съем в зоне осветления 10,76 т/м ;

-расход энергии 806,4 ккал/кг или 3376 кДж/кг.

Печь новой конструкции со съемом 300т/сут будет иметь габариты 1,8-2,1 м в ширину и 6,7-7,6 м в длину. Такая компактность позволит изготовить печь полностью из плавленолитых огнеупоров, что решит проблему ограниченного срока службы свода, типичную при кислородном дутье. Поскольку в зоне осветления может применяться воздушное дутьё, срок службы этой части печи, по сравнению с варочным бассейном, будет выше. Обычно причиной остановки такой системы на ремонт является выход из строя варочного бассейна. Время простоя и стоимости ремонтных работ можно снизить, собрав отдельно бассейн, который будет устанавливаться на место действующего бассейна во время краткой установки производства для ремонта.

Подобные технические решения позволяют повысить производительность, особенно при условии применения прогрессивных технологий осветления (например, вакуумного или ультразвукового).

Коллективом ОАО «Научно- исследовательский институт технического стекла» предложен способ варки стекла, при использовании которого может быть получена однородная бездефектная стекломасса в прямом монооднородном тонком потоке. Сущность способа заключается в том, что шихта из традиционно подготовленных и смешанных компонентов, в том числе и стеклобоя, поступает на дальнейшее супертонкое измельчение с добавкой специальных реагентов. Такая подготовка шихты обеспечивает её гомогенность и протекание начальных стадий реакции силикатообразования уже при смешивании, т.е. вне печи, и быстрое их завершение в начальной зоне варочного устройства. Расчитаны тепловая мощность, подаваемая на 1м2 зоны плавления шихты и реакционно- осветлительной зоны в зависимости от шихтовой загрузки, соотношение между шириной фронта загрузки и длиной реакционно- осветлительной зоны. Проведены эксперименты, подтверждающие расчеты.

Расчеты, модельно- стендовые испытания варочного устройства, экспериментальные варки с использованием специально подготовленной шихты показали преимущества новой технологии:

• отсутствие в печи зоны гомогенизации стекломассы;

• снижение тепловой инерционности и энергоемкости процесса за счет уменьшения общей массы расплава и повышения удельной массы его активной части, участвующей в процессах стекловарения;

• снижение температуры высокотемпературных стадий процесса на 150- 200С ;

• ускорение всех стадий процесса вследствие организации единого выработочного потока и ликвидации самопроизвольных обратных потоков стекломассы;

• интенсификация процесса стекловарения благодаря двухстороннему подводу теплоты к расплаву (газовый нагрев сверху и электрический снизу);

• возможность локальной тепловой регулировки на каждой стадии поточного процесса;

• возможность регулирования состава окислительно- восстановительной атмосферы в пределах варочного пространства;

• возможность облегченной перекладки агрегата при изменении толщины и ширины ленты стекла или его химического состава.

Возможность получения стекла на основе предложенной технологии изменяет и развивает существующие представления о стадиях стекловарения и их последовательности. В частности стадия силикатообразования разделяется на два этапа. Предварительный этап осуществляется вне стекловаренной печи при тонком измельчении, механической активации компонентов, смешивании и увлажнении шихты, что обеспечивает протекание твердофазных реакций силикатообразования. Заключительный этап силикатообразования протекает уже в расплаве. То же относится и к стадии гомогенизации, так как тщательное перемешивание шихтовых компонентов уже на первом (внепечном) этапе обеспечивает однородность будущего расплава, окончательно достигаемую в печи.

Высокая стоимость современных стекловаренных печей предусматривает кардинальное совершенствование методов проектирования, повышающих качество и надежность проектов. Расчетные методики, основанные на тепловых балансах, не дают полного представления о работе печи и могут использоваться лишь на начальном этапе проектирования. Ведущие зарубежные фирмы при проектировании применяют математическое моделирование печей. Этот метод анализа позволяет не только оценить геометрию печи, но и дает детальное представление о характере тепловых нагрузок на все элементы кладки. Это дает возможность провести дифференцированный подбор огнеупоров для наиболее ответственных частей печи и тем самым снизить затраты не её сооружение.

Современное проектирование немыслимо без применения САПР. Несомненно, разработка автоматизированной системы проектирование стекловаренных печей – это сложнейшая научно- техническая проблема. В основу САПР должна быть положена математическая модель процесса стекловарения. Адекватность этой модели в значительной степени определяется корректностью формализации основных процессов, происходящих при варке стекла. Процесс стекловарения в настоящее время не может быть формализован в полном объеме. Но даже приближенное матиматическое моделирование стекловаренной печи на порядок повышает качество проектных решений.

В будущем для процесса варки стекла будут применены:

• стекловаренные печи модульного типа;

• комбинированные технологии, такие как вертикальные кислородные горелки с «погруженным горением» или барботажем;

• технические системы для осветления стекла традиционной или новой конструкции (например, вакуумные);

• комплексный подход к процессам варки, экономии энергии, теплоизоляции и охраны окружающей среды.

Мощным средством интенсификации процесса стекловарения является электрический подогрев стекломассы в зоне варки. Электроподогрев наиболее эффективен при варке стекол малой теплопрозрачности, а при варке бесцветных стекол — при большой относительной длине зоны варки.


    1. Совершенствование конструкций

стекловарных печей
Производство стекла связано с большими энергетическими и материальными затратами, поэтому на современном этапе развития стекольной промышленности требуется создание энергосберегающих, экономически выгодных и экологически чистых технологий. В технологической цепочке производства стеклоизделий основной потребитель энергетических и материальных ресурсов – стекловарная печь, на которую приходится 40 – 70% энергозатрат всего производства в зависимости от вида выпускаемой продукции, а материалоемкость достигает 20 – 30%.

КПД стекловарных печей в значительной степени зависит от затрат энергетических ресурсов (в основном газообразного и жидкого топлива) на единицу выпускаемой продукции. По существующим данным, КПД печей в производстве тарного и сортового стекла – 20 – 25%.

Перспективным направлением экономии энергетических и материальных затрат, продления срока службы стекловарных печей является модернизация их отдельных элементов и печи в целом.

В производстве стеклянной тары и сортовой посуды преимущественно применяют ванные печи непрерывного действия с протоком. Протоки позволяют отбирать более охлажденную и лучше проваренную стекломассу, повысить производительность печи. Протоки располагают чаще всего на уровне дна варочной части. Для устранения возвратного потока и лучшего охлаждения стекломассы протоки заглубляют и устраивают пороги.

Ванные стекловаренные печи подразделяют на печи с пламенным и электрическим способом отопления. Печи с пламенным отоплением по способу использования тепла отходящих газов делят на рекуперативные, регенеративные и прямого нагрева, а по направлению пламени – с поперечным, подковообразным, продольным и смешанным.

При механизированной выработке изделий обычно применяют ванные печи с поперечным направлением пламени. Мировой опыт свидетельствует о том, что для варки тарных стекол с производительностью до 450 т в сутки наиболее эффективна конструкция печи с подковообразным направлением пламени 93). За счет меньшего объема огнеупорной кладки, количества горелочных устройств и загрузчиков шихты, датчиков контроля и локальных систем автоматического управления температурным режимом ее стоимостью на 25 – 30% ниже стоимости печи с поперечным направлением пламени. При прочих равных условиях удельный расход топлива на печах с подковообразным направлением пламени на 10 – 15% ниже, чем при поперечной схеме отопления. Это связано с меньшими тепловыми потерями через арки влетов и загрузочные карманы (в 3 раза) и большей подвижностью зоны теплоообмена между продуктами сгорания и поверхностью ванны (минимум в 2 раза).

При механизированном производстве изделий используют печи, в которых выработочный бассейн традиционной и полукруглой формы заменяют канальной системой подвода стекломассы к питателям стеклоформирующих машин. Применения таких печей объясняется следующим. Выработочные бассейны традиционной формы не могут обеспечить охлаждение стекломассы без нарушения ее термической однородности. Из варочного бассейна стекломасса поступает к питателям восходящим потоком относительно небольшого сечения, который пронизывает более холодную стекломассу и частично увлекает за собой. нарушая ее термическую однородность. Чем больше разность температур стекломассы в варочном и выработочном бассейнах, тем сильнее нарушается ее однородность. Уменьшая размеры выработанного бассейна, применяя канальную систему подвода стекломассы можно уменьшить ее неоднородность, избежать кристаллизации.

В последнее время в производстве сортовой посуды стали применять секционные ванные печи, которые позволяют вырабатывать на одной печи стекла различных составов. Особенно удобны такие печи для варки и выработки цветных стекол.

Для эффективного осуществления процесса стекловарения в пламенных печах важно правильно сжигать топливо: факел должен быть энергетически плотным и достаточно изотермичным по длине и ширине, что достигается конструкцией горелок и способом подачи топлива. Наиболее прогрессивным считается нижний подвод топлива.

Интенсивность технологических процессов, осуществляемых в стекловарных печах, в значительной степени определяется их тепловой работой. Вследствие эндотермического характера реакций стекловарения теплогенерация в самой ванне практически исключена, если не используется дополнительный электроподогрев стекломассы непосредственно в бассейне. Следовательно, температурный уровень процесса будет зависеть только от количества, поглощенной поверхностью расплава в результате теплообмена с высокотемпературными газами и огнеупорной кладкой пламенного пространства. Поэтому интнсификация внешнего теплообмена в стекловаренных печах - один из основных факторов повышения их производительности и снижения удельных расходов топлива.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, тепловая изоляция варочных бассейнов стекловаренных печей не только обеспечивает значительную экономию топлива, но и способствует продлению их кампании, а также повышению качества вырабатываемого стекла. Однако до последнего времени в отечественной стекольной промышленности полная теплоизоляция варочного бассейна осуществлялась только при выработке специального стекла. В Саратовском институте стекла (4) была выполнена полная изоляция варочного бассейна опытно – промышленной стекловаренной печи ЭПКС – 4000. Печь имела четыре пары горелок. Общая площадь поверхности дна печи 174 кв.м., площадь поверхности отапливаемой части 96,5 кв.м. Длина варочного бассейна 17,4 м, ширина - 7,2 м. глубина 1,3 м.

Теплоизоляция варочного бассейна выполнена следующим образом: свод – первая секция герметизирована огнеупорной фосфатной обмазкой толщиной 5 – 7 мм; вторая, третья и четвертая секции герметизированы обмазкой; затем уложен слой кварцевого песка (25 – 30 мм), шамотно – волокнистые плиты (100 мм) и алюминиевый лист (1,5 мм). Стены варочного бассейна изолированы алюмохромофосфатными газобетонными блоками. Дно варочного бассейна (снизу вверх): на стальной лист толщиной 10 мм уложен алюмохромофосфатный газобетон толщиной 300 мм, а на него алюмохромофосфатными огнеупор толщиной 300 мм, затем на мертеле коршитовая плитка толщиной 100 мм и последний слой – на мертеле бакоровая плитка толщиной 100 мм.

Известно, что при температуре ниже 1200єС резко возрастает вязкость стекломассы, что приводит к образованию в бассейнах печей придонных слоев малоподвижного расплава. Вследствие этого уменьшается активный объем печей, ухудшаются условия гамогенизации стекломассы. Кроме того, при колебаниях температур в варочном бассейне происходят кратковременный прогрев малоподвижных слоев, их активизация и вовлечение в производственный поток стекломассы, что снижает ее однородность и качество вырабатываемой продукции по оптическим показателям и газовым включениям.

Тепловая изоляция варочного бассейна позволила повысить температуру стекломассы в природных частях печи и устранить малоподвижный ее слой, при этом в районе квельпункта температура возросла на 95єС, в конце варочного бассейна на 60єС. Повысилась температурная однородность стекломассы как по всей глубине бассейна, так и по глубине выработочного канала.

Комплексная тепловая изоляция крупной стекловаренной печи мини – флоат – линии с проектной производительностью 80т/сутки была осуществлена на заводе «Автостекло».

С целью сокращения потерь теплоты в окружающую среду свод варочной части печи загерметизирован уплотнительной обмазкой и теплоизолирован кварцевым песком и шамотноволокнистыми плитами ШПГТ – 450. Теплоизоляция стен пламенного пространства варочной части печи выполнена в два слоя из огнеупоров – шамота легковеса ШЛ 13, и плитами ШПГТ – 450.

Стены варочного бассейна теплоизолированы шамотным кирпичом, плитами ШПГТ и снаружи обшиты стальным листом толщиной 3 мм. Загрузочный карман закрытого типа теплоизолирован также шамотными плитами.

Применение тепловой изоляции указанных элементов ванной печи позволило теплопотери сократить через загрузочный карман на 0,5%, в варочной части: через свод – до 7,1% через стены бассейна – до 5,7%, через подвесные стены – до 0,25%. Общее снижение теплопотерь составило 13,5%. Расход топлива на 1 т сваренной стекломассы снижен на 9,5% по сравнению с частично изолированной печью.

Таким образом, полная тепловая изоляция варочных бассейнов стекловаренных печей значительно повышает эффективность их работы и при соблюдении инструкций по кладке и выводке выдерживает длительную безаварийную эксплуатацию.

Большое значение для повышения эффективности стекловарения имеет рациональное применение огнеупорных материалов. Известно, что в большинстве случаев ванные стекловаренные печи останавливают на холодный ремонт не из-за общего неудовлетворительного состояния огнеупорной кладки, а вследствие разрушений отдельных конструктивных элементов бассейна или верхнего строения. Как правило, это связано с выполнением таких элементов без учета свойств огнеупорных материалов, неудовлетворительными условиями по эксплуатации и конструктивным исполнением.

Существуют различные способы повышения эксплуатационной надежности печей. В частности, для снижения износа огнеупорной кладки применяется воздушный обдув стен печи вентиляторным воздухом водяное охлаждение. Оба метода недостаточно эффективны и следующим шагом в усовершенствовании работы стекловарнных печей стало применение испарительного охлаждения.

Сущность испарительного охлаждения состоит в том, что идущая на охлаждение техническая вода за счет саморегенерации превращается в химически чистую и отбирает теплоту от стен бассейна в результате кипения. При этом обеспечивается безнакипный режим работы и используется теряемая с охлаждением теплота, путем утилизации пара, регенерируемого установками испарительного охлаждения. Впервые испарительное охлаждение стен бассейна небольшой ванной печи было применено на Константиновском заводе «Автостекло».

На заводе «Красное пламя» несколько лет эксплуатировалась ванная регенеративная печь с подковообразным направлением пламени, отапливаемая мазутом, для варки бесцветного стекла. Продолжительность кампании не превышала 9 месяцев из-за разрушения огнеупорных элементов, особенно стен бассейна. Воздушное охлаждение было малоэффективным и, после очередной утечки стекла через стену, печь была оборудована системой испарительной охлаждения. На испарительное охлаждение были переведены холодильники боновых стен бассейна, загрузочного кармана и протока. Паропроизводительность испарительной установки увеличилась 0,5 т/ч в начале кампании до 1,5т/ч к ее концу. Пар был использован для нужд предприятия.

Испарительное охлаждение стекловаренных печей эффективно, так как обеспечивает надежный безнакипный режим охлаждения. Нормальные условия труда и использование теряемой от охлаждения печи теплоты. При испарительном охлаждении пар заводских котельных замещается паром установок, благодаря чему, соответственно снижается расход топлива в котельных. В настоящее время разработано несколько вариантов конструкций для охлаждения стен стекловаренных печей, оборудованных испарительным охлаждением, что обеспечивает продление срока службы огнеупорной кладки.

В последние годы в России и за рубежом успешно используют так называемые хромоокисные огнеупоры. Содержащие 94% и 4% и обладающие исключительно высокой стеклоустойчивостью, в 5 – 10 раз превышающей аналогичную характеристику любого из известных огнеупорных материалов. УГТУ (г. Екатеринбург) было проведено балансовое исследование в целях сравнения основных технико – экономических показателей одной и той же печи выполненной в двух вариантах: с испарительным охлаждением стен бассейна и из хромоокисных огнеупоров, не нуждающихся в дополнительном охлаждении.

Так, удельный расход топлива на 1 т готовых стеклоизделий должен снизится на 20%, ожидаемое повышение производительности печи может составить 18%, а расчетный срок окупаемости затрат не превышает 3 мес.

С повышением удельных съемов стекломассы в традиционных ванных печах увеличивается покрытие зеркала стекломассы шихтой и пеной, в связи с чем уменьшается площадь зоны осветления. Поэтому требуется более точное регулирование температуры и конвекционных потоков.
Таблица 6


Показатель

Печь А

Печь Б

Статьи прихода

Теплота топлива, %:

химическая

физическая


75,05

24,95


75,07

24,93

Статьи расхода

Потери теплопроводностью через

кладку гзового пространства, %


5,68


9,09

Потери теплоты, %

с отходящими газами

38,34

38,26

с испарительным охлаждением стен бассейна

26,52

-

через кладку стен бассейна (вместо СИО)

-

4,92

теплопроводностью через дно бассейна

4,11

6,62

излучением через отверстия

0,03

0,06

на нагрев шихты и процессы стекловарения

25,51

41,04


Характер технологических и конвекционных потоков расплава стекла определяется особенностями стекловаренной печи, длительностью пребывания расплава в зонах высоких температур и тем самым качеством плавления и гомогенизации расплава. От характера конвекционных потоков существенно зависит ряд дефектов стекла, начиная с микроструктурных негомогенных областей Гриффита и кончая макроскопическими нерастворимыми включениями. Основной способ устранения дефектов стекла – это правильная организация траекторий потоков расплава в продольном и поперечном направлениях в бассейне печи. Расплав должен иметь достаточную продолжительность пребывания в зонах плавления компонентов шихты, осветления и гомогенизации расплава, что необходимо для полного прохождения всех стадий варки стекла. При этом важную роль для обеспечения нужного характера движения конвекционных потоков играет пространственная фиксация квельпункта. Это может быть достигнуто путем установки порога из огнеупорных материалов устройством, линий барботажа или дополнительного электрического подогрева нижних слоев расплава в зоне квельпункта. Целесообразна установка по оси бассейна двух донных электродов перед протоком, которые создают спиральные потоки стекломассы, задерживающие непровар и отводящие его к боковым стенам. Уменьшение глубины ванны в зоне осветления печи позволяет ускорить выход пузырей из стекломассы. Важно для интенсификации стекловарения, особенно при высокой температуре, регулируемое охлаждение стекломассы до температуры выработки. В связи с этим целесообразно использовать проток с водяным регулируемым охлаждением. Установлено, что при отборе стекломассы на выработку через два протока вместо одного производительность зоны тонкослойного осветления возрастает. Эксплуатация двух протоков способствует выравниванию поля скоростей стекломассы в зоне осветления и повышению изотермичности стекломассы в выработочном бассейне.
1.7. Подготовка стекломассы к формованию
Подготовка стекломассы к формованию – один из важных и сложных процессов стекольного производства. Основная цель этой стадии технологического процесса – подача на формование термически однородной стекломассы с определенной вязкостью. Особенно актуальна эта задача для высокопроизводительного формования стеклянной тары.

Процессы охлаждения и температурного усреднения стекломассы, протекающие после того, как стекломасса покидает варочный бассейн печи определяют термином кондиционирование.

Для большинства типов стекол и способов выработки температура стекломассы в варочном бассейне существенно выше, чем температура выработки, и стекло необходимо охлаждать до нужной температуры, прежде чем оно попадает на формование. Охлаждение может быть естественным или принудительным. Термическая неоднородность стекломассы, поступающей на формование, как правило, является следствием нарушения нормального процесса кондиционирования в зоне выработки и в каналах.

В мире работают тысячи различных устройств кондиционирования стекла различной конструкции. Но все эти устройства созданы на общих технологических принципах:

• выработочные каналы и каналы питателей следует рассматривать как единую систему кондиционирования стекломассы; входные условия канала питателя зависят от работы выработочного канала, но степень этой зависимости определяется конструкцией обоих устройств, поэтому этот принцип кондиционирования следует применять на стадии подготовки проекта реконструкции или строительства печи;

• кондиционирование стекломассы следует начинать в зоне выработки печи.

Многие стекольные производства, особенно тарные, работают в напряженных, в техническом отношении, условиях. Необходимость интенсификации производства привела к созданию очень мощных машин и печей со съемом 350- 400 тн/сутки. Есть определенная связь между производительностью печи и температурой стекломассы на выходе из неё, и в крупных печах стекло в начале зоны выработки может иметь температуру до 1400С. Температура формования в зависимости от вида продукции может состовлять 1050- 1350С. Следовательно стекломассу в наиболее трудном случае необходимо охладит на 350С. Ситуация усугубляется при выработки массивных изделий, для которых необходимо более холодное стекло при общем увеличении объема. Для теплопередачи требуется время, поэтому необходимо начать кондиционирование стекломассы (особенно охлаждение) как можно раньше, т.е. устройства для охлаждения распологать уже в выработочной зоне вблизи протока. Это имеет смысл даже при менее напряженных условиях выработки, чтобы улучшить условия для гомогенизации стекломассы в канале питателя.

• процессы охлаждения и гомогенизации стекломассы следует отделять друг от друга.

Следует разделять процессы теплопередачи от системы в целом и теплопередачи внутри системы ( в объеме стекломассы). Первый из них заключается в том, чтобы отвести тепло от стекла путем прямой или косвенной теплопередачи во внешнюю среду. Большая часть внешней теплопередачи осуществляется излучением, остальное- конвекцией. Теплопередача в ванной печи также происходит главным образом путем излучения. Интенсивность теплопередачи зависит от температурного градиента. Теплопередача в объеме стекломассы происходит гораздо медленнее, тем теплоотдача от поверхности стекла и, как правило, является лимитирующей стадией теплообмена. Следовательно, для ускорения охлаждения стекломассы важно интенсифицировать теплообмен в объеме стекла. Здесь и возникает противоречие между оптимальными условиями охлаждения и гомогенизации, так как первое требует повышения температурного градиента, а второе – его снижения. Чтобы обеспечить оптимальные условия, рекомендуется физически разделить эти два процесса.

• На стадии охлаждения стекломассы следует применять мощные системы охлаждения.

Охлаждение стекломассы протекает при различных условиях. Оно начинается в устье протока, где температура ещё высокая и стекломасса сохраняет высокую текучесть. Возникновение по какой-либо причине температурной неоднородности в стекломассе в этой зоне неопасно, так как предстоит проделать длинный путь до питателя. Даже наоборот, обеспечение значительного температурного градиента ускоряет охлаждение глубинных слоев стекломассы, а значит является конструктивным преимуществом. По мере продвижения стекла к выработке снижается его температура и растет вязкость, соответственно, появляется опасность застоя в углах канала. Здесь наличие высокой неоднородности по температуре уже опасно, т.к. до поступления на выработку гомогенизация стекла может не завершиться. Для охлаждения стекломассы реально применяются три способа.

Радиационное охлаждение. Тепловое излучение от стекломассы свободно уходит через открытые «окна» в перекрытии канала. Этот процесс дает наибольшую скорость отвода тепла. Высокая скорость теплоотдачи – главное преимущество этого способа. А основные недостатки – это сложность выполнения больших отверстий в огнеупорном перекрытии канала и вероятность перегрева деталей, оказавшихся в зоне действия теплового излучения из такого отверстия.

Прямое конвективное охлаждение. В такой конструкции воздух подается в пламенное пространство канала и охлаждает огнеупоры перекрытия. К недостаткам этой системы относится, во-первых, то что воздух, нагреваясь, быстро теряет охлаждающую способность по мере продвижения вдоль секции канала. Простое увеличение подачи воздуха не решает проблемы, т.к. в канале может возникнуть вертикальная конвекция, сопряженная с опасностью локального переохлаждения стекломассы. Во-вторых, конвективное охлаждение не так эффективно, как радиационное (примерно 38%). Важным преимуществом системы является возможность отвода горячего воздуха во внецеховое пространство, чтобы избежать перегрева близколежащих конструкций.

Косвенное конвективное охлаждение. Система подобна прямому конвективному охлаждению, но охлаждающий воздух направляется не прямо под перекрытие канала, а в специальный туннель, образованный перекрывными блоками, причем обращенная к зеркалу стенка этого «туннеля» выполнена тонкой для ускорения теплопередачи.

Эта система ещё менее эффективна (18% от варианта 1). С другой стороны косвенный характер охлаждения делает систему очень стабильной – в том числе при нарушении режима эксплуатации.

Поскольку охлаждение стекломассы следует завершить как можно быстрее, то лучше выбрать радиационную систему охлаждения. Однако эту систему нельзя применять в центральной части выработочного канала, где сверху проходят стальные конструкции, поэтому сюда рекомендуется подавать охлаждающий воздух. Высокая температура стекла, выходящего из протока, делает переохлаждение его маловероятным даже при неправильном использовании системы.

Радиационное охлаждение, наиболее распространенное в первой секции охлаждения канала питателя, не очень подходит для второй секции. Если температура стекломассы в этой зоне ещё слишком высока, лучше выбрать косвенное воздушное охлаждение. Эта секция расположена вблизи от чаши питателя, поэтому относительно слабое, но хорошо контролируемое температурное воздействие наиболее соответствует концепции подготовки стекломассы к выработке.

Канал питателя следует использовать для гомогенизации, а не для охлаждения стекломассы.

Тепловая неоднородность стекломассы устраняется в процессе гомогенизации, скорость которой также определяется скоростью теплопередачи в расплаве. Теплопередача зависит от градиента температур в стекломассе и происходит достаточно медленно. При гомогенизации нельзя увеличивать градиент температуры в расплаве, поэтому единственным рычагом управления остается время – продолжительность стадии гомогенизации. Однородность температуры достижима только в том случае, если на заключительной стадии кондиционирования стекломассы (т,е в конце канала питателя) расплав не будет охлаждаться принудительно. Поэтому типичные конструкции питателя не имеют отверстий в зоне гомогенизаций, длина которой обычно составляет 1,2 -1,8 м. При высоком съеме время прибывания расплава в этой зоне составляет всего несколько минут, что явно не достаточно для полной гомогенизации. Решением этой проблемы может быть увеличение длины секции гомогенизации, но при этом секция становится меньше «управляемой» с точки зрения контроля температуры. Поэтому лучше иметь не одну длинную, а две коротких секции гомогенизации. Важно также как можно раньше завершить охлаждение стекломассы до нужной температуры, чтобы оставить больше времени для гомогенизации.

Пять принципов кондиционирования применимы к любым устройствам кондиционирования независимо от размера и производительности.

Для обеспечения термической однородности стекломассы применяется электроподогрев в секции выравнивания температуры питателя. Система обеспечивает локальный подогрев застойных участков канала и – в силу низкой инерционности – способна быстро перестраиваться при смене режима. Систему электроподогрева можно предусмотреть при проектировании канала питателя или установить на уже работающем канале при обнаружении проблемы термической неоднородности стекломассы.

Для обеспечения термической однородности стекломассы используется также система дифферинциального регулирования для двух сторон питателя и система регулировки подачи газа.

В случае дифферинциальной регулировки подачи газа сохраняется «классический» вариант единого газоснабжения горелок, но в тракт подачи газовоздушной смеси встраивается заслонка, позволяющая при необходимости уменьшать или увеличивать подачу смеси на одну из сторон канала с соответствующим изменением подачи на вторую сторону. Общая схема автоматического регулирования канала при этом остается неизменной, что оправдывает себя в тех случаях, когда перепад температур между сторонами канала невелик и постоянен.

В пртивном случае приходится полностью разделять систему регулирования по сторонам питателя, т.е. две независимые параллельные зоны регулирования. Такая система может «справиться» и со значительной ассиметрией температуры по сечению канала.

1.8. Автоматизированная выработка

стеклянной тары
Стеклянная тара может изготовляться на высокопроизводительных стеклоформующих автоматах, которые в зависимости от вида стеклоизделий могут иметь различные принципы действия, конструкцию и производительность. Стеклоформующие автоматы работают совместно с питателями.
1.8.1. Питатели
Питатели представляют собой отапливаемые огнеупорные желоба со встроенными системами охлаждения и обогрева.


В зависимости от вида и способа изготовления стеклянной тары пита­тели могут подавать стекломассу в виде порций или капель равной массы через равные интервалы времени.

Наибольшее распространение получили капельные питатели (рис. 16). Питатели изготавливают с газовым, жидкостным, электрическим и комбинированным отоплением. По числу подаваемых за один цикл работы капель различают одно-, двух-, трех и четырехкапельные питатели. Длина питателей зависит от съема стекломассы (2,5—8 м). Канал пита­теля состоит из зон охлаждения и кондиционирования (выравнивания) с чашей.

Рис. 16. Процесс формирования капли в капельном питателе при движении плунжера: вверх (в), останове (б),

равномерном вниз (в), ускоренном вниз (г),

ускорен­ном вверх (д)
В чаше питате­ля рекомендуется лишь незначительный (25—ЗО°С) подогрев стекломас­сы до рабочей температуры, чтобы избежать пороков, связанных с вторич­ным подогревом. При незначительном расходе стекломассы (мелкие изделия) температура изменяется незначительно (кривая приближается к прямой линии).

При движении по каналу и в чаше питателя температура стекломассы должна быть однородной. Это достигается путем комбинации отопления и теплоизоляции канала и чаши. Однако достичь температурной одно­родности окрашенной стекломассы (например, зеленой стекломассы, окрашенной оксидами железа), обычно имеющей малую теплопрозрач­ность, довольно сложно. Хорошую теплопрозрачность имеют стекла, окрашенные оксидами хрома. Внедрение таких стекол на заводах вместо стекол, окрашенных оксидами железа, улучшило процесс формования, о чем свидетельствует опыт работы ряда стекольных заводов. В связи с повышением требований к качеству изделий повышаются требования и к однородности стекломассы в питателе, для чего ее усредняют с по­мощью перемешивающих устройств, электроподогрева.

Когда капля имеет неравномерную температуру, из нее нельзя получить изделия с хорошим распределением стекла. Обычный брак изделий в этом случае - продутость и залив. Значительное количество брака получается при отклонении температуры капли от оптимальной. Горячая капля вытянута, при падении в черновую форму образует складки, что неблаго­приятно отражается на формовании. Формы, принимая слишком горячие капли, перегреваются, в результате приходится уменьшать скорость работы автоматов. Кроме того, стеклоформующие автоматы дают много брака из-за прилипания стекла к форме, деформаций изделий и т.д.Влияет на работу стеклоформующих автоматов и порождает специфический брак также и холодная капля. Появляется кованость на поверхности изделий, увеличивается количество посечек и возрастает возможность появления других видов брака.

Большое значение для формования изделий, особенно выдувных, имеет форма капли, которая регулируется в достаточно широких пре­делах.

Питатели у выработочной части печи располагаются обычно веерообраз­но. При канальной Системе распределения стекломассы расположение питателей может быть параллельным.

Создание стеклоформующих автоматов высокой производительности с двух- и трехместными формами, тенденция к уменьшению массы изде­лий предъявляют к питателям новые технические требования. Для получе­ния двух и трех капель стекломассы за один цикл работы питателя и для их одновременной подачи в заданный момент в формы автомата необ­ходим строгий технологический режим работы питателя. Последнее обсто­ятельство особенно важно при подаче двух капель в стеклоформующие автоматы *)роторного типа с непрерывным вращением столов. В таких условиях для получения однородной стекломассы целесообразно приме­нять питатели с комбинированным газоэлектрическим подогревом. В последнее время созданы трех- и четырехкапельные питатели для секционных стеклоформующих автоматов и струйно-порционные пита­тели для конвейерных автоматов.

При вакуумном питании в стекломассу, находящуюся в выработочной части печи или в специальных устройствах, погружается черновая форма. Благодаря разрежению в полость черновой формы засасывается стекло­масса. По сравнению с капельным питанием при вакуумном литании до­вольно сильно меняется перепад температур к середине (в продольном направлении) черновой формы. Одним из условий выработки изделий высокого качества на вакуумно-выдувных автоматах является темпе­ратурная однородность всасываемой стекломассы. В результате погруже­ния относительно холодной черновой формы в стекломассу последняя в месте всасывания значительно охлаждается, ее температурная неодно­родность' увеличивается при падении в ванну холодного жгута стекло­массы, отрезаемого при подъеме и удалении формы от зеркала стекло­массы. Поэтому для обеспечения температурной однородности при наборе стекломассы применяют специальные устройства: керамическую лодоч­ку для предотвращения попадания холодного жгута в место набора; керамическую мешалку в виде плоского диска, погруженную ниже уровня стекломассы; вращающуюся обогреваемую чашу со стекломассой.

Окрашивание стекломассы в питателе. В удлиненных питателях особой конструкции можно окрашивать сваренную стекломассу с периодической сменой цвета. Окрашивание в канале включает в себя два компонента : красящее вещество и систему перемешивания, причем качество окрашивания зависит от полноты и равномерности перемешивания красителя и стекла в канале питателя.

Система перемешивания стекломассы должна удовлетворять двум условиям: во-первых, распределять частицы красителя для увеличения площади контакта, во-вторых, усреднять скорость потока стекломассы по сечению канала и в целом замедлять его для увеличения продолжительности контакта.

Изготовители огнеупоров разработали ряд конструкций мешалок, которые можно разделить на два типа: спиральный и лопастные.

Спиральные мешалки перемещают слой стекломассы вниз или вверх в зависимости от направления вращения. Они создают лишь небольшие напряжения сдвига в расплаве. Такие мешалки устанавливают, как правило, по нескольку в ряд поперек канала с небольшими зазорами между ними. Конкретное число мешалок зависит от ширины, а качество пермешивания – от правильности выбора их числа и размеров.

Модельные испытания показали, что главное преимущество данной конструкции заключается в возможности сильного влияния на характер течения стекломассы. Активное вертикальное перемешивание снижает градиент скорости между поверхностными и донными слоями, а наличие ряда мешалок обеспечивает усреднение скорости потока в горизонтальном направлении. При правильном применении спиральные мешалки эффективно увеличивают продолжительность пребывания стекломассы в канале питателя.

Лопастные мешалки. За счет градиента скорости вдоль лопасти эти мешалки создают значительные усилия сдвига в стекломассе и таким путем влияют на величину диффузионной поверхности. Для усиления эффекта применяют двухлопостные мешалки с наклонными лопастями, траектории вращения которых пересекаются. Главным недостатком лопастных мешалок является их ускоряющие действие на слой стекломассы, расположенный перед лопастью. Следовательно, продолжительность контакта стекломассы с мешалкой не велика, в том числе и при наличии нескольких однотипных мешалок.

Традиционная система для перемешивания стекломассы в канале питателя – это несколько рядов спиральных мешалок, установленных вдоль канала. Каждый ряд включает в себя 3-5 мешалок в зависимости от ширины канала. Число зависит от требуемого съема стекломассы и также составляет от 3 до 5. Спиральные мешалки эффективно повышают время прибывания стекломассы в канале, но вместе с тем не создают достаточных сдвиговых усилий. Таким образом, эта система основана на использовании лишь одного из двух главных факторов ускорения диффузии.

Разработанная фирмой «Sorg» система окрашивания в канале питателя основана на использовании принципа создания вертикального потока стекломассы в зоне перемешивания. Вертикальный компонент создается за счет наличия ряда барьеров на пути стекломассы. Первым из них является заградительный брус, расположенный в начале канала и «отсекающий» верхние слои расплава. Затем в дне канала установлен невысокий порог, а потом – ещё один верхний заградительный брус. Такое сочетание преград как бы делит канал питателя на два «отсека», в первом из которых расплав напрвляется снизу вверх, а во втором – сверху вниз. В каждом из «отсеков» установленно по одной огнеупорной четырехлопастной мешалки, которые распределяют краситель в стекломассе и перемешивают ее в горизонтальном направлении. Далее по ходу канала располагается несколько рядов спиральных мешалок, замедляющих течение расплава и усредняющих стекломассу в вертикальном направлении.

Сочетание мешалок разных типов позволяет максимально использовать преимущества каждого из них и добиться наиболее полной диффузии красителя в расплаве.

Одной из типичных проблем, связанных с технологией окрашивания в канале, является необходимость увеличения длины канала, что не всегда допустимо в действующем производстве (при одинаковом съеме стекломассы окрашивающий питатель всегда длинее обычного) «Sorg» решила эту проблему за счет изгиба канала питателя, т. е. часть канала совмещена с выработочным бассейном, а остальная часть, повернутая под углом до 90 , по длине соответствует обычным питателям.

Ещё более эффективным решением является установка дополнительного ряда спиральных мешалок перед лопастными, повышающая продолжительность пребывания расплава в зоне добавления красителя.

Прежде чем предложить промышленную конструкцию питателя, инженера фирмы «Sorg» провели множество модельных испытаний, показавших очевидное преимущество данной системы перемешивания перед традиционной. К настоящему времени новая система окрашивания уже завоевала прочную репутацию и применяется для выпуска обычных бутылок, высококачественных парфюмерных флаконов, бокалов и стеклоблоков.

Традиционно система перемешивания красителя в канале питателя предполагает установку мешалки на горизонтальном участке канала. Фирма «Sorg» создала свою конструкцию окрашивающего питателя, основанную на идее вертикального движения потока стекломассы. Изменение направления достигается установкой барьеров. Такой питатель обеспечивает намного более равномерное окрашивание стекломассы. Фирма в окрашивающем питателе реализовала и другие свои технологические достижения: систему управления горения газа в зоне введения красителя (в том числе, контроль подачи воздуха на горение), и высокоэффективную систему охлаждения.

Способы повышения эффективности подготовки стекломассы к выработке. Для повышения эффективности подготовки стекломассы к выработке, в выработанных каналах и питателях применяются современные средства измерения температуры, вязкости, оценки и регулирования параметров капли.

Компания Purkinson-Spencer разработала серию систем для контроля температуры в питателях.

Одноконтурное управление. Система основана на одноконтурном регулирующем приборе Eurotherm 940 EPC. Она включает инфракрасные термометры Land для измерения температуры стекломассы в конце каждой контрольной зоны. Регуляторы следят за температурой каждой зоны, а самописец непрерывно фиксирует температуру по зонам. В секции усреднения применяется регулятор с одним выходным параметром (только нагрев) для регулирования температуры путем изменения скорости горения. Каждая из секций охлаждения оснащена регулятором с двумя выходными характеристиками (нагрев/охлаждение). Изменяемыми параметрами в этом случае служат скорость горения и расход воздуха на охлаждение, а также положение заслонок воздуховода и дымохода. Выходные сигналы от регуляторов температуры подаются прямо на электродвигатели привода систем обогрева и охлаждения.

Каскадное управление. В усовершенствованной системе управления модели 940 температура секции усреднения измеряется и контролируется по показаниям тройной термопары. Тройные термопары имеют три горячих спая, расположенных на расстоянии 25мм от дна канала – нижний спай, на середине высоты слоя стекломассы – средний спай, и на 25мм под поверхностью стекла – верхний спай. Термопары измеряют температуру в девяти точках: одна расположена в центре, две – по бокам на расстоянии одной трети ширины канала от средней линии. Термопары должны быть установлены как можно ближе к фидеру, но не напротив горелок, чтобы защитить их от прямого воздействия пламени. Многопозиционный самописец регистрирует все показания термопар. Он также рассчитывает и непрерывно записывает эффективное значение термической однородности. Каскадное управление особенно полезно для управления такими каналами питателей, которые должны работать в широком диапазоне температур и съемов стекломассы, при частой смене изделий или должны поддерживать особенно высокую термическую однородность стекла.

Температурная однородность стекломассы достигается в канале питателя, причем на степень однородности сказываются как конструкция канала, так и работа системы управления. По обоим направлениям фирмой SiliTec предложены новые технические решения. Используя как основу традиционную конструкцию канала, фирма дополнительно усилила теплоизоляцию боковых стен и установила новые горелки с повышенной излучающей способностью в верхнем ряду кладки. Оптимизировали расположение измерительных элементов для контроля температуры и разработали алгоритм Delta Control, быстро реагирующий на изменение температурного состояния системы. Основным элементом является вискозиметр, применяемый для непосредственного контроля стекломассы в канале. Непрерывное измерение вязкости в канале питателя является перспективным инструментом технологического контроля в производстве тары. Оно позволяет судить о реальном состоянии стекломассы и, являясь независимым показателем, может служить критерием выявления ошибок измерения температуры. В случае критического снижения или повышения вязкости датчик может просто подать сигнал оповещения оператору или передать соответствующий входной сигнал на центральный микропроцессор системы управления. Дальнейшие действия системы управления или оператора зависят от степени отклонения вязкости. При малом отклонении достаточно немного изменить параметры настройки установки, при значительном – скорректировать режим работы системы отопления канала. Вискозиметрические измерения могут быть также полезным дополнением к уже работающим системам управления.

Контроль вязкости стекломассы позволяет значительно улучшить процесс образования капли стекла. В настоящее время непосредственное измерение вязкости стекломассы заменяют, как правило, измерением ее температуры, хотя это не всегда достаточно. Часто вязкость может зависеть и от других факторов, не связанных с температурой – таких, например, как окислительно-восстановительный потенциал или содержание H2O и SO3. Эти факторы не зависят от температуры и их влияние на вязкость не может быть измерено непосредственно.

Только прямое измерение вязкости стекла в процессе формования капли позволяет решить поставленную проблему. Объем стекла, необходимого для формования бутылки или иного изделия, может быть значительно снижен за счет контроля вязкости стекломассы. В конечном счете, применение разработанной технологии позволяет производить больше капель и, как следствие, больше облегченной продукции, из того же объема стекломассы.

Система измерения вязкости, разработанная португальской фирмой «Servotrol LD», предлагается в двух вариантах:

• система «Viscoglass I» оснащена одним датчиком, выдает токовый сигнал 4-20мА в зависимости от уровня стекломассы;

• система «Viscoglass L» оснащена двумя датчиками с вутренней компенсацией уровня и измеряет значение вязкости, а также уровень стекломассы. Данная модификация системы одновременно измеряет два основных параметра – вязкость и уровень стекла – и превращает их в пропорциональные электрические сигналы.

Обе системы используют механизм вибрации. Данные, получаемые в процессе работы системы «Viscoglass» достаточно надежны, чтобы, опираясь на них, вносить изменения в параметры работы печи для достижения оптимальной вязкости стекла. Кроме того, система позволяет следить за уровнем стекломассы, что также очень важно.

Состояние капли стекла отслеживается системой GJA на протяжении всего процесса формования. Система отслеживает такие параметры капли, как форма, скорость, масса, температура и плотность, а также степень деформации (изгиба) капли, ее длину, диаметр и частоту отбраковки капель. Две системы, GJA и «Viscoglass», вместе обеспечивают достаточный объем информации, чтобы персонал имел возможность оперативно и точно осуществлять наблюдение и корректировку работы всей системы выработки стеклоизделий.

Современные питатели могут быть оборудованы системами слива придонных слоев стекломассы из канала для предотвращения появления алюмо-циркониевой свили на изделиях. Циркониевые свили - достаточно распространенный, хотя не всегда опасный, порок стекла – возникают из-за обогащения стекломассы цирконом при растворении огнеупоров печи. Системы слива стекла из канала питателя прошли свой путь эволюции. Первые системы предусматривали установку донного сливного блока при кладке или ремонте канала. Однако на работающих каналах такая операция вызывает остановку производства на несколько суток. Для уменьшения простоев была разработана новая система слива, предусматривающая сверление отверстий в дне без охлаждения канала и замены донного блока.


1.8.2. Стеклоформующие автоматы
В стекольной промышленности имеется много типов стеклоформующих автоматических машин для выработки тары. Необ­ходимым условием для хорошей работы этих машин является точная дозировка подаваемой в черновую форму стекломассы.

По способу питания стекломассой формующие машины делятся на машины с капельным и вакуумным питанием.

По характеру источника движения машины бывают пневматические, в которых привод машины и ее основных рабочих ор­ганов осуществляется сжатым воздухом, и механические, рабо­тающие от электродвигателей и механических устройств (рыча­гов, слайдеров и т. д.).

По способу изготовления изделий машины делятся на прессовые, вырабатывающие изделия в один прием — прессованием, прессовыдувные, в которых пулька оформляется прессованием, а изделие из нее — выдуванием, выдувные, в которых пулька и изделие из нее выдуваются сжатым воздухом.

По расположению и направлению технологического процесса выработки машины бывают трех типов: карусельные, секционные и конвейерные.

Карусельные автоматы могут быть цикличными - с прерывистым вращением столов и роторными – с непрерывным вращением столов. Особенность карусельных автоматов – подача порции стекломассы непосредственно под очком питателя. Благодаря вращению столов под очко питателя подходят последовательно все формы автоматов. Это обстоятельство делает конструкцию автоматов сравнительно компактной и даёт возможность применять её в низких зданиях машинованных цехов. Карусельные автоматы могут иметь 6, 7, 8,10 и 12 форм. Формовые комплекты выпоняются одно- или двухместными. Существенным недостатком карусельных автоматов является необходимость полного останова при неисправности одного из узлов. К стеклоформующим кару­сельным автоматам относятся 2ЛАМ, АБ-6, ВВ-7, ВВ-12, 2ПВМ-12А, ПВМ-12А, 2ПВМ-3, 2-ЛАМ, АБ-6 (Россия), "Линч-10" и "Линч-16В" (США), "Руаран"-R-7 и S-10 (Бельгия).

На карусельных цикличных автоматах впервые стали изготовлять бутылки. Эти автоматы эксплуатируются и сейчас (2ЛАМ, АБ-6, "Линч-10", ПВМ-12). Автоматы данного типа могут работать при одно - или двухкапельном питании с 6 или 12 формами.

Последовательность операций в выдувных автоматах 2ЛАМ и АБ-6 показана на рис. 17. Капля 1, отрезанная ножницами питателя, падает в закрытую черновую форму, состоящую из двух половинок и установ­ленную горлом вниз. Стекломасса не может сама заполнить пространство между внутренней поверхностью горлового кольца 2 и металлическим керном 3. Для оформления горла изделия на стекломассу в форме давят сжатым воздухом с помощью прессующей головки 4, которая опускается на черновую форму после подачи капли (позиция Г). Затем стол автомата поворачивается на 60є , в результате черновая форма на пути от пози­ции / до позиции // поворачивается на 180є, т.е. устанавливается горлом вверх. На позиции // производится предварительное выдувание с помощью дутьевой головки 5 пульки со стороны горла через углубление в стекло­массе, сделанное керном на предыдущей позиции.

На позиции /// пулька передается из черновой формы в чистовую. При раскрывании черновой формы пулька удерживается в горловом кольце. Пока пулька еще висит в горловом кольце, половинки черновой формы открываются настолько, что открытые половинки чистовой фор­мы могут ее обхватить. Одновременно с закрыванием чистовой формы открывается горловое кольцо и освобождает пульку. В чистовой форме на позициях чистового стола IV- VII готовое изделие выдувается и выда­ется на конвейер для подачи к печи отжига. На свободных позициях чернового и чистового столов происходит охлаждение, очистка и смазка форм.



Рис. 17. Схема технологического процесса на карусельных машинах цикличного действия типа АБ-6:

/ — заполнение черновой формы и прессование горла; // — поворот черновой формы и предварительное выдувание пульки; /// — передача пульки в чистовую форму; IVVI — выдувание изделия; VIIсъем изделия; 1— капля стекломассы; 2керн; 3 — горловое кольцо; 4 — прессующая головка; 5 — дутьевая головка


Автомат "Линч-10" формует изделия подобным же способом, но имеет следующие отличия и особенности:

• приём капли начинается на позицию раньше, чем на автоматах 2ЛАМ и АБ-6;

• выдувание пульки происходит в положении горлом вниз;

• черновая форма приоткрывается сразу после ее переворачивания, что улучшает условия вторичного разогревания пульки (поверхностных затвердевших слоев);

• изделия выдуваются проточным воздухом, что ускоряет фиксацию их формы;

• формование горла возможно сжатым воздухом и с помощью вакуума.

Несмотря на ряд усовершенствований, производительность карусель­ных машин цикличного действия недостаточна. Основным препятствием на пути увеличения производитель­ности является необходимость оста­новов стола для приема капли. Технологические операции выполня­ются в основном во время пауз. Вследствие прерывистого вращения столов возникают значительные инерционные нагрузки, отрицательно влияющие на долговечность и надежность оборудования.

На прессовыдувных машинах вы­рабатывают широкогорлую стеклянную тару. Эти машины изго­товляют изделия в два приема: сначала впрессовывают предварительную заготовку (пульку) и окончательно оформляют горло тары, а затем пульку раздувают сжатым воздухом до раз­меров и формы готового изделия.

На стекольных заводах работают автоматы ПВМ-12, 2ПВМ-12, 2ПВМ-3 и ЗПВМ-12 левого и правого вращения.

В черновую форму из питателя капля может подаваться свободным падением и по лотку. На позиции 1 (рис. 18) капля стекломассы посту­пает в черновую форму. Из капли после прессования в черновой форме получается пулька и оформляется горло тары (позиция 2). На позиции 3 пулька из черновой формы передается в чистовую. Уже на пути к пози­ции 3 Черновая форма опускается по наклонной направляющей, освобож­дая корпус пульки. Начиная с позиции 3, черновая форма идет понизу без стекла вплоть да позиции 12, где она поднимается для того, чтобы вступить в следующий цикл работы.

Пулька остается висеть в горловом кольце, держась в нем выступами горла. На пути между позициями 3 и 4 вокруг пульки закрывается чисто­вая форма. На позициях 4-6 происходит окончательное выдувание из пульки готового изделия с помощью трех дутьевых головок, которые в момент останова столов опускаются на горловые кольца и вдувают воздух в изделие. На позициях 7 и 8 закрепляется форма изделия — через открытое горло дополнительно вентилятором вдувается воздух. Между этими позициями специальная направляющая раскрывает горловое коль­цо, обнажая горло изделия для охлаждения. На позиции 9 чистовая форма полностью открывается (предварительное открывание чистовой формы происходит между позициями 8 и 9).



Рис. 18. Схема последовательности технологических операций на машине ПВМ-12А правого вращения

(заштрихованной линией показан путь черновой формы,

сплошной линией — чистовой формы)


Начиная с позиции 9, чистовая форма движется раскрытой до позиции 3 следующего цикла работы. На позиции 9 изделие вынимают из раскры­той чистовой формы отставителем и переносят на конвейер, ведущий к печи отжига.

На позициях 10—12 формы охлаждаются и автоматически смазыва­ются, здесь их проверяют и очищают от стекла.

Для выработки банок вместимостью 0,2-2 л используют автоматы 2ПВМ-12 двухъячейкового исполнения, для изготовления консервной тары вместимостью 1-3 л в двухместных формах - автомат ЗПВМ-12, который работает по тому же принципу, что и автомат 2ПВМ-12, и отли­чается от него большими размерами и конструктивным исполнением отдельных узлов.

В роторных непрерывно вращающихся автоматах для выработки бутылок в отличие от автоматов цикличного действия предусмотрено двухэтажное размещение черновых и чистовых форм. Выдувные карусельные автоматы роторного типа R-7 и созданные на их базе автоматы ВВ-7 имеют по семь черновых и чистовых комплектов (рис. 19).


Рис. 19. Схема изготовления бутылки на автоматах R-7 иВВ-7:

0 -1 - подача капли в черновую форму;

2 - оформление горла с помощью вакуума; 3 - выду­вание пульки;

4 - 5 - передачи в чистовую форму; 5-6 - вы­дувание бутылки;

7 — выдача готового изделия на охлаждаю­щий стол

Процесс формования изделий заключается в следующем. Перед прие­мом капли черновую форму смазывают с помощью двух форсунок высо­кого давления. В момент подачи капли в горловой части черновой формы создается вакуум. Действие вакуума прекращается после выхода из горловой части металлического плунжера. За это время направляющая воронка отводится в сторону, а обращенную дном вверх черновую форму замыкает сверху донный затвор. Происходит выдувание пульки снизу вверх. Затем черновая форма открывается и пулька, повернувшись с гор­ловыми кольцами на 180є, переходит на чистовой стол, где после раскры­вания горловых колец производится выдувание изделия. Перед раскрыва­нием чистовой формы действие вакуума прекращается, отставитель захватывает изделие за горловую часть и устанавливает его на охлаждаю­щий столик.

Охлаждающий столик с решеткой снизу предназначен для охлаждения изделий снаружи. В отличие от автомата он совершает прерывистое дви­жение. На столике можно устанавливать устройства для внутреннего охлаждения изделий или для оплавления горла.

Формы автомата охлаждаются воздухом, который поступает от венти­лятора в полую центральную колонну, а затем через специальные каналы подводится к регулируемым воздушным патрубкам.

По принципу действия автоматы S-10 и ВВ;12 аналогичны автоматам ВВ-7 и R-7. Они, имеют механический привод и соответственно по 10 и 12 черновых и чистовых форм. Четные числа секций позволяют вырабатывать на автомате одновременно два вида изделий одинаковой массы, в том числе и изделия, имеющие разные высоту или диаметр горловой части. Автоматы предназначены главным образом для выработки бутылок средней вместимости (0,2—0,7 л).

Роторный шестипозиционный автомат ВВ-6 с вакуумным питанием предназначен для изготовления мелкой (вместимостью 0,01—0,1 л) стеклянной тары. Автоматы выпускаются с правым и левым вращением стола.

Формование изделий на автомате (рис. 20) начинается с опускания черновой формы 1 с горловым кольцом в выработочную часть ванной печи. При контакте заборной части формы с расплавленной стекломассой под действием вакуума она засасывается в черновую форму. Одновре­менно керном выдувной головки оформляется горло изделия (пози­ция I). После подъема черновой формы "хвост" стекломассы отсекается ножом (позицияII) и в нее подается сжатый воздух для предваритель­ного выдувания пульки. При раскрывании черновой формы пулька удер­живается в горловом кольце (позиция III). Раскрытая чистовая форма 2 с поддоном 3 поднимается (позиция IV) и закрывается вокруг пульки, а через выдувную головку подается сжатый воздух (позиции V-VI). Затем горловые кольца раскрываются и готовое изделие в чистовой фор­ме опускается для окончательного охлаждения. При раскрывании и подъ­еме чистовой формы готовое изделие попадает на приемный конвейер.

Рис. 20. Схема работы автома­та ВВ-6
Секционные автоматы. Секционные автоматы, состоят из отдельных секций, которые работают независимо друг от друга и представляют собой самостоятельные стеклоформующие автоматы. К ним относятся автоматы АВ-6 (СССР), "Гартфорд IS" (США) с 6,8 и 10 секциями, причем каждая

секция может иметь одно-, двух,- трех- или четырехместные формы; AL-106 (Чехословакия).

Преимущества секционных автоматов перед карусельными:

• более высокий коэффициент использования: каждая секция может включаться и выключаться независимо от работы других секций;

• универсальность: при небольшой переналадке на них можно выра­батывать узко - и широкогорлую стеклянную тару, а также мелкие прес­сованные изделия;

• возможность одновременной выработки в каждой секции различных видов изделий одинаковой массы и с одинаковой продолжительностью формования; при этом время технологических операций в каждой сек­ции можно регулировать в относительно широком диапазоне;

• отсутствие вращающихся столов с формами и, следовательно, исклю­чение необходимости применения больших усилий на их вращение и тор­можение;

• минимальное число быстроизнашивающихся деталей;

• легкость и относительная безопасность обслуживания;

• возможность параллельной установки под одним питателем двух автоматов, что резко повышает производительность линий.

Недостатком, затрудняющим применение секционных стеклоформующих автоматов, является их большая высота. Для установки шестисекционного автомата необходимо, чтобы расстояние от пола машинного участка до уровня зеркала стекломассы в питателе составляло 3810— 4110 мм.

Движением отдельных механизмов секционных автоматов и регу­лированием продолжительности отдельных операций управляют с по­мощью пневматических или электронных синхронизирующих устройств.

Способом двойного выдувания (рис. 21) вырабатывают узко­горлые изделия. В черновую форму, установленную горловой частью вниз, через направляющую воронку подается капля стекломассы (пози­ция I). Горловую часть формы в этот момент замыкают горловые формы и металлический плунжер. Капля стекломассы запрессовывается в гор­ловую часть формы подаваемом сверху сжатым воздухом — происходит уплотнение пульки и формование горла (позиция II). В период выхода металлического плунжера из отверстия для начального дутья внутренняя часть горла разогревается теплом стекломассы. Подаваемый в отверстие сжатый воздух (позиция III) выдувает пульку и одновременно охлажда­ет металлический плунжер. После раздувания пульки черновая форма открывается и пулька, которую поддерживают закрытые горловые коль­ца, повернувшись на 180° (из положения горлом вниз в положение гор­лом вверх), подается в открытую чистовую форму (позиция IV). С мо­мента открывания черновой формы и до момента начала выдувания в чистовой форме наружная часть пульки подогревается за счет тепла внутренних слоев стекломассы (позиции IV- V). В чистовой форме про­исходит окончательное чистовое выдувание изделия (возможно' приме­нение системы вакуумного формования -позиция VI). Дутьевая головка чистового стола машины имеет устройство, которое позволяет совмещать процесс выдувания с процессом охлаждения изделия изнутри – продуванием (позиция VI). По данным некоторых зарубежных фирм, с помощью такого устройства можно повысить производительность машины на 10%. По окончании выдувания чистовая форма открывается, и отставитель хватками устанавливает изделие сначала на охлаждающий столик (позиция VII), а потом — на конвейер.


Рис. 21. Схема изготовления стеклянной тары на секционных автоматах
Прессовыдувным способом на секционных машинах изготовляют широкогорлую тару. В этом случае после подачи капли стекломассы (позиция I) прессуется баночка или пулька и оформляется горло (позиции //, III). Далее следует переворот пульки на 180°, перенос ее в чистовую форму (позиции IV- V) и окончательное выдувание изделия (позиции VI- VII) аналогично описанному выше.

В последнее время прессовыдувной способ используют также и для формования узкогорлой стеклянной тары (по разработкам фирмы "Хайе Глас", ФРГ). На секционных машинах можно также получать небольшие прессованные парфюмерные и аптекарские баночки. В этом случае опера­ция выдувания отсутствует.

Конвейерные автоматы. Конвейерные автоматы относятся к новому типу высокопроизводительных машин со струйным и струйно-порционным питанием. Такие стеклоформующие автоматы создают и испыты­вают зарубежные фирмы. Наиболее перспективны разработки фирмы "Хайе Глас" (ФРГ), которая создала принципиально новый конвейерный автомат для высокопроизводительной выработки стеклянной тары.

В основу этой машины положены следующие принципы:

• прессовыдувное формование узкогорлой стеклянной тары;

• подача порции стекломассы непосредственно в черновую форму (без направляющих воронок и лотков);

• широкая возможность использования регулирования повторного пригрева чернового изделия (регулируемая длиной конвейера);

• конвейерная организация технологического процесса и передачи заго­товок от стола черновых форм к столу чистовых форм;

• новые конструкции черновых форм, состоящих из цельной донной и разъемной верхней частей;

• струйно-порционное питание черновых форм.

Стеклоформующий автомат Н.6-12, разработанный на основе указан­ных принципов, может иметь одно-, двух и трехместные формы. Он со­стоит из двух столов для черновых и чистовых форм. На первом из них шесть черновых, на втором — 12 чистовых форм. При многокапельном питании число форм в одном блоке соответственно увеличивается. Авто­мат может работать в трех основных режимах: нормальном, ускоренном и замедленном. В соответствии с режимом изменяется расстояние между столами за счет изменения длины конвейерной цепи горловых колец.

Формование изделий производится следующим образом. На позиции 1 (рис. 22, а) порция стекломассы подается в неразъемный стакан-поддон черновой формы. В позиции 2 закрываются половинки верхней части черновой формы, служащие для, формования плечиков пульки, и начинается прессование длинным плунжером, продолжающееся на позиции 3. К позиции 4 прессование пульки заканчивается, верхние по­ловинки формы разводятся, и стакан-поддон опускается. Удерживае­мая горловым кольцом пулька (позиция 5 к 6) переносится конвейером к столу чистовых форм. При движении пульки от стола черновых форм и столу чистовых форм происходят оттяжка и вторичный подо­грев пульки. В зависимости от массы и вида вырабатываемых изделий этот путm можно удлинить или укоротить, передвигая стол чистовых форм относительно неподвижного стола черновых форм и меняя число горло­вых колец. На позициях 7 и 8 пулька охватывается половинками чистовой формы, после чего начинается выдувание изделия. На позиции 9 чисто­вая форма раскрывается, и готовое изделие переносится (позиция 10) до установки его на конвейере (позиция 11).


Рис. 22. Схемы технологических процессов получения узкогорлых из­делий прессовыдувным способом

на машинах: а-Н.6-12; б-Н.1-2

Скорость выработки на автомате составляет 200—600 шт./мин. Наибольшая эффективность автомата достигается при выработке легковесных и сверхлегковесных изделий. Однако в большинстве стран (кроме США) принято многоразовое использование наиболее употреби­тельной стеклянной тары, и в нашей стране оно (как экономически эф­фективное) является обязательным. Поэтому производство и примене­ние легковесной стеклянной тары может иметь успех в преобладающем большинстве ютран только при условии сохранения прочности и эксплу­атационной надежности тары, обеспечивающей целостность ее при мно­гократном использовании.

Несмотря на высокую производительность автоматов, еще не обес­печена их длительная и стабильная работа, не найдена оптимальная но­менклатура изделий, автоматы сложны и громоздки.

Стремление повысить компактность машины при сохранении основ­ных принципов формования привело к созданию роторного двухстольного автомата Н.1-2, который можно рассматривать как модификацию конвейерной машины (сближение столов, ликвидация конвейера), схема работы которого приведена на рис. 22, б.

Формование изделий осуществляется на обоих вращающихся столах машины Н.1-2. Позиции подачи капли О и прессования пульки 1 общие для двух столов. Далее в процессе передачи (позиции 2 и 3) пульки на чистовое формование проводится ее вторичный разогрев и при необхо­димости дополнительные операции (ограничение вытягивания пульки, подача воздуха и т.п.). На позиции 4 происходит выдувание изделий в чистовой форме, на позиции 5 изделия, и особенно их дно, охлаждаются. На позиции б готовые изделия выдаются на вращающийся диск, который передает их на конвейер подачи к печи отжига.

Следует отметить, что прессовыдувной способ изготовления узко­горлой тары может быть применен и на секционных стёклоформующих автоматах, для чего необходима специальная конструкция узла чернового формования.

1.8.3. Технологические линии в производстве стеклянной тары


Стеклянную тару производят на механизированных технологических линиях, оборудование на которых расставлено в следующем порядке: стекловаренная печь, питатель стекломассы, стеклоформующая машина, пластинчатый конвейер, переставитель изделий в печь отжига, съемник изделий, участок контроля, установка для упаковки изделий. Участок технологической линии питатель – печь отжтга полностью автоматизирован.

Следует отметить, что на стеклотарных заводах еще недостаточно механизированными являются конечные операции: участки контроля, упаковки и транспортировки готовых изделий. На ряде стеклотарных заводов на этих участках занято до 30% цехового персонала, поэтому важными и актуальными являются задачи механизации и автоматизации конечных операций.

В зависимости от ассортимента вырабатываемых изделий и требований к ним в состав механизированной технологической линии включают, например, установки для упрочнения изделий. Обычно у стекловаренной печи располагается несколько линий, на каждой из которых можно изго­товлять изделия, различные по массе, вместимости и конфигурации.

Для технического перевооружения отечественных стеклотарных заво­дов созданы автоматические линии:

• с вакуумно-выдувными роторными автоматами ВВ-7 и ВВ-12 для производства узкогорлой стеклянной тары (рис. 23), в состав линии могут входить установки для упрочнения изделий оксидно-металлически­ми покрытиями;

• с секционными выдувными автоматами для производства в двухмест­ных формах узко- и широкогорлой стеклянной тары (рис. 24);

• с карусельными прессовыдувными автоматами для производства в двухместных формах широкогорлой стеклянной тары (рис. 25).


Рис. 23. Схема установки автоматических линий с роторными машинами у стек­ловаренной печи

1 — питатель; 2 — стеклоформующая машина; 3 — горячий конвейер;

4 — переставитель; 5 — печь отжига




Рис. 24. Схема установки автоматических линий с секционными машинами у стекловаренной печи

1 — питатель; 2 — стеклоформующая машина; 3 — переставитель;

4 — печь отжига; 5 — переставитель отожженных стеклоизделий;

6 — контрольный пост




Рис. 25. Схема установки автоматических линий с карусельными автоматами для выработки консервной стеклотары у стекловаренной печи

1 — питатель; 2 — стеклоформующая машина;

3 — горячий конвейер; 4 — пере­ставитель; 5 — печь отжига





Рис. 26. Схема Централизо­ванного автоматического конт­роля и управления линией по производству стеклянной тары

1 — датчики контроля и управ­ления; 2 — места операторов;

3 — стеклоформующие машины; 4 — питатели;

5 - контрольно-диспетчерский пульт; 6 — стек­ловаренная печь;

7 — печи от­жига


Высокое качество и производительность полностью автоматизиро­ванных технологических линий, включающих контроль и упаковку гото­вых изделий, будут достигаться применением высокопроизводительных электрических стекловаренных печей, питателей и печей отжига, авто­матически управляемых с помощью ЭВМ. Управление работой всех участ­ков технологических линий будут производиться с централизованного контрольно-диспетчерского пульта. Возможная схема такого контроля и управления представлена на рис. 26.

1   2   3   4   5   6   7


Химические способы интенсификации
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации