Разработка системы управления процессом обжига кирпича в ТОО Силикат

Тип работы: Диссертация
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 54 страниц
В избранное:

НАО УНИАЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА горада СЕМЕЙ
Инженерно-технологический факультет
Кафедра Автоматизация, информационные технологии и градостроительство

Магистерская диссертация
по образовательной программе 7М07104 - Автоматизация и управление

Разработка системы управления процессом обжига кирпича в ТОО Силикат

Исполнитель ________Жакенбаев С.Т. ____ ____________2022 г.
(подпись)

Научный руковадитель ______к.т.н. Золотов А.Д. ___________2022 г.
(подпись)

Допущен к защите:__________PhD Кожахметова ___________2022 г.
(подпись)

Нормоконтроль_________к.т.н. Демьяненко А.И. ___________2022 г.
(подпись)

Семей - 2022 г.РЕФЕРАТ

В магистерской диссертации на тему Разработка системы управления процессом обжига кирпича в ТОО Силикат содержится: страниц - 61, таблиц - 1, рисунков - 31 , использованных источников - 46.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭЛЕКТРОПРИВОД, СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, МИКРОКЛИМАТ

Публикации. По теме диссертации опубликованы две печатные работа.
Целью диссертационной работы является разработка структуры построения систем автоматического адаптивного управления техноло - гическими процессами инженерных систем теплоснабжения и кондиционирова - ния промышленных предприятий на основе теоретического исследования математических моделей наиболее важных элементов системы кондиционирования.
Так как наиболее сложным с точки зрения динамики объектом регулирования в установке кондиционирования воздуха является камера орошения, то одним из основных моментов построения системы кондиционирования является разработка математической модели именно данной камеры на основе уравнений математического баланса.
Выявлено, что динамика камеры орошения не может описываться одним дифференциальным уравнением, и при определении настроечных параметров регулятора необходимо учитывать особенности камеры орошения как объекта с изменяющейся структурой.
На основании полученных зависимостей разработаны структурные схемы связанного регулирования параметров микроклимата и рассчитаны системы автоматического регулирования воздуха и влажности для производственного помещения, определяющие комфортные условия работы

РЕФЕРАТ
"Силикат" ЖШС-де Кірпішті күйдіру процесін басқару жүйесін әзірлеу " тақырыбындағы магистрлік диссертацияда: беттер - 61, кестелер - 1, суреттер - 31 , пайдаланылған көздер - 46.

ТҮЙІНДІ СӨЗДЕР: ЭЛЕКТР ЖЕТЕГІ, АУА БАПТАУ ЖҮЙЕСІ, МОДЕЛЬДЕУ, ӨТПЕЛІ ПРОЦЕСС, ЭНЕРГИЯ ҮНЕМДЕУ, АВТОМАТТЫ БАСҚАРУ, МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬ, ЖЫЛУМЕН ЖАБДЫҚТАУ, МИКРОКЛИМАТ

Жарияланымдар. Диссертация тақырыбы бойынша екі баспа жұмысы жарияланды.
Диссертациялық жұмыстың мақсаты-кондиционерлеу жүйесінің маңызды элементтерінің математикалық модельдерін теориялық зерттеу негізінде өнеркәсіптік кәсіпорындардың жылумен жабдықтау және кондиционерлеу инженерлік жүйелерінің технологиялық процестерін автоматты түрде бейімделетін басқару жүйелерін құру құрылымын жасау.
Ауа баптау қондырғысындағы динамика тұрғысынан ең күрделі реттеу объектісі суару камерасы болғандықтан, ауа баптау жүйесін құрудың негізгі сәттерінің бірі математикалық тепе-теңдік теңдеулеріне негізделген осы камераның математикалық моделін жасау болып табылады.
Суару камерасының динамикасын бір дифференциалдық теңдеумен сипаттауға болмайтындығы анықталды және реттегіштің баптау параметрлерін анықтау кезінде суару камерасының өзгеретін құрылымы бар объект ретіндегі ерекшеліктерін ескеру қажет.
Алынған тәуелділіктер негізінде микроклимат параметрлерін байланысты реттеудің құрылымдық схемалары жасалды және ыңғайлы жұмыс жағдайларын анықтайтын өндірістік бөлме үшін ауа мен ылғалдылықты автоматты реттеу жүйелері есептелді

Report
The master's thesis on the topic "Development of a control system for the brick firing process in Silicate LLP" contains: pages - 61, tables - 1, figures - 31 , sources used - 46.

keywords: ELECTRIC DRIVE, AIR CONDITIONING SYSTEM, MODELING, TRANSITION PROCESS, ENERGY SAVING, AUTOMATIC CONTROL, MATHEMATICAL MODEL, HEAT SUPPLY, MICROCLIMATE

Publications. Two printed papers have been published on the topic of the dissertation.
The purpose of the dissertation work is to develop a structure for constructing systems of automatic adaptive control of technological processes of engineering systems of heat supply and air conditioning of industrial enterprises on the basis of theoretical research of mathematical models of the most important elements of the air conditioning system.
Since the irrigation chamber is the most difficult object of regulation in terms of dynamics in an air conditioning installation, one of the main points of building an air conditioning system is the development of a mathematical model of this particular chamber based on mathematical balance equations.
It is revealed that the dynamics of the irrigation chamber cannot be described by a single differential equation, and when determining the adjustment parameters of the regulator, it is necessary to take into account the features of the irrigation chamber as an object with a changing structure.
Based on the obtained dependencies, structural schemes of the associated regulation of microclimate parameters have been developed and automatic air and humidity control systems for the production premises have been calculated, determining comfortable working conditions

Содержание
1НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 6
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 7
Введение 8
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 Способы производства кирпича 10
1.2 Типы печей для обжига кирпича 13
1.2.1 Кольцевая печь 13
1.2.2 Туннельная печь 14
1.3 Анализ работы туннельной печи как объекта управления 24
1.4 Анализ недостатков работы туннельных печей при обжиге керамического кирпича 28
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЖИГА В ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬИЫХ ПАРАМЕТРОВ 35
2.1 Математическое описание процесса обжига в туннельной печи как объекта автоматического управления по давлению газовоздушной смеси с учетом расходов газовоздушной смеси, дымовых и нагретых газов 35
2.2 Процесс обжига в туннельной печи по давлению газовоздушной смеси по давлению газовоздушной смеси с учетом расхода нагретого газа 39
2.2.1. Решение уравнения теплового баланса 43
2.2.2. Решение уравнения теплопроводности 44
2.3 Алгоритм решения задачи 45
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ 51
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЖИГА В ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ 51
3.1 Характеристика разработанной автоматизированной системы управления процессом обжига в туннельной печи 51
3.2 Моделирование процесса обжига в среде MatLab 54
Заключение 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 59

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При выполнении данной магистерской диссертации руководствовались требованиями и рекомендациями следующих документов:
1. Положение о магистерской диссертации II 042-1.11- 2021
2. ГОСТ 2.001-93 ЕСКД. Общие положения
3. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов па печатающих и графических устройствах вывода
4. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
5. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи
6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
7. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
8. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
9. ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль
10. ГОСТ 2.114-95 ЕСКД. Технические условия
11. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
12. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
13. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии
14. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
15. ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц
16. ГОСТ 2.319-81 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
17. ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные
18. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей
19. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
20. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
21. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
22. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
23. ГОСТ 7.32 - 2001 Правила оформления текстовых документов
24. ГОСТ 7.32-91 Оформление списка литературы.
25. ГОСТ 2.316-68 Перечень допускаемых сокращений слов для основных надписей, технических требований, таблиц, чертежей и спецификаций
26. ГОСТ 2.109-73 Оформление иллюстраций.
27. ГОСТ 7.32-81 Правильность нумерации страниц, разделов, подразделов, иллюстраций, таблиц, приложений, формул

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
АРМ - автоматизированное рабочее место
АСУ - автоматизированная система управления
АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами
АУ - автоматическое управление
БЛВ - блок логического вывода
ГВС - газовоздушная смесь
Д - дискретные входные и выходные переменные
ДГ - дымовые газы
ДНФ - дизъюнктивная нормальная форма
ДФ - дефаззификатор
ПЛК - программированный логический контроллер
МВА - модуль аналогового ввода
МВУ - модуль вывода управляющий
МДВВ - модуль дискретного вводавывода
НГ - нагретые газы
ПИД - регулятор - пропорционально-интегрально-диффере нциальный регулятор
ПК - персональный компьютер
УСО - устройство сопряжения с объектом
Ф - фаззификатор

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одна из программ, принятой правительством Республики Казахстан является Государственной программой жилищно-коммунального развития "Нұрлы жер" на 2020 - 2025 годы. Основной целью программы является увеличение ежегодного объема ввода жилья за счет всех источников финансирования до 20,7 млн. кв. метров к 2025 году[1].
Это привело к росту спроса и объема производства строительных материалов. Одним из основных строительных материалов для возведения жилых домов, зданий, сооружений является керамический кирпич, поэтому для достижения цели программы необходимо увеличить производство и качество кирпичей.
Наиболее энергоемким и трудоемким процессом при производстве кирпичаявляетсяобжиг,таккакприэтомф ормируютсясвойствакирпича,регламент ирующие качество получаемого продукта.
Обжиг кирпича проводят преимущественно (до 60%) в тунельных печах и характеризуется распределением температуры газовой среды, нестабильностью свойств полуфабриката, а также невозможностью контроля свойств керамического материала в период его длительного (до 100 часов) пребывания в печи.
Одним из основных процессов характеризующих не только качество кирпича, но и уменьшение энергозатрат является обжиг кирпича в печи. Туннельные печи позволяют создать поточность производства и полностью автоматизировать весь технологический процесс по обжигу кирпича [2].
Цель работы. Разработать систему автоматического регулирования процесса сушки керамического кирпича на основе математической модели процесса, обеспечивающую качественную регулировку для повышения качества готовой продукции и уменьшения энергоемкости.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:
:: анализ объекта исследования и технологий производства керамического кирпича;
:: анализ и формализованное описание методов и моделей технологического процесса обжига керамического кирпича;
Разработка и исследование математической модели процесса сушки керамического кирпича с использованием современных информационных технологий
:: разработка имитационной модели технологического процесса обжига керамического кирпича на основе математической модели;
:: разработка алгоритма управления технологическим процессом обжига керамического кирпича.
Научная новизна. На основе системного анализа работы печей по обжигу керамического кирпича в диссертационной работе получены:
- математическая модель расчета оптимальных параметров и эффективного управления процессом обжига кирпича в туннельных печах;
- эффективный алгоритм вычисления температурного режима в туннельной печи;
- разработан синтез автоматического управления, исследованы структурные модели управления, позволяющие управлять САУ при критических режимах
методы, модели и алгоритмы автоматизации технологического процесса обжига керамического кирпича

Практическая значимость на основе расчетов предложены рекомендации по улучшению управления процессом обжига по температурному режиму, газовому составу и введению в него корректировок с целью обеспечения максимального КПД печи и качества кирпича.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Способы производства кирпича
Производство керамического кирпича представляет собой непрерывный технологический процесс, включающий несколько стадий (компоновка шихты, переработка шихты, формование бруса, нарезание бруса, сушка кирпича-сырца, обжиг кирпича-сырца). Основным сырьем для приготовления кирпича являются легкоплавкие глины (лёссовидная глина) - горные землистые породы, способные при затворении водой образовывать пластическое тесто, превращающееся после обжига при 950 -1100°С в камнеподобный материал. Для улучшения природных свойства глины - уменьшения общей усадки, чувствительности к сушке и обжигу, улучшения формовочных свойств - широко применяют добавки (до 30%).
При производстве керамического кирпича используется способ полусухого формования (прессования) и способ пластического формования, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Способы формования различаются по количеству влаги, содержащейся в формовочной массе. Для глин рыхлых и средней плотности с влажностью не выше 23-25% применяют пластический способ; для глин плотных, п лохо поддающихся увлажнению и обработке с низкой карьерной влажностью менее 14-16%- полусухой способ.
Способ полусухого прессования предусматривает предварительное высушивание сырья, последующее измельчение его в порошок, прессование сырца в пресс-формах при удельных давлениях, в десятки раз превышающих давление прессование на ленточных прессах. За счет малой начальной влажности и поштучного формования кирпич полусухого прессования имеет более правильную форму и размеры. Преимущества полусухой технологии заключаются в том, что прессованный кирпич-сырец укладывается непосредственно на печные вагонетки и на них высушивается в туннельных сушилках, или же, минуя предварительную досушку, непосредственно поступает на обжиг.
Комплексная механизация производства осуществляется проще, чем при методе пластического формования. Однако технология полусухого прессования требует более совершенной системы аспирации на трактах приготовления и транспортирования. Отличие полусухой технологии от пластической заключается в упрощенной схеме приготовления сырьевой смеси. Полусухое прессование облегчает одну из наиболее сложных и длительных стадий технологического процесса - сушку. Получаемый кирпич имеет более четкие грани и углы, что позволяет использовать его как облицовочный материал.
Характерные недостатки технологии полусухого прессования -повышенное пылеобразование и как следствие, необходимость в системе пылеулавливания. Кроме того, при этом не обеспечивается гомогенизация сырья, что может снизить прочность и морозостойкость изделий. Способ пластического формования - это классический способ производства кирпича, основанный на формовании при влажности 23 -25%. Технологическая схема такого производства, несмотря на большую сложность и длительность, более распространена в промышленности стеновой керамики. При пластическом формовании в глину вводится значительное количество влаги, в результате чего, масса приобретает пластические свойства. Обобщенная схема технологических этапов способа пластического формования показана на рисунке 1. Технология пластического формования является наиболее широко применяемой и обладает такими преимуществами как отсутствие пылеобразования и высокое качество керамических изделий. Качественный кирпич пластического формования прочен, износостоек. долговечен и экологически безопасен. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия.в широком ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья. А также при пластическом способе подготовка сырья несколько проще и экономичней, меньше энергоемкость, оборудование более надежно и просто в обслуживании[3,4].

Рисунок 1- Технологические этапы способа пластического формования

Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого. Большая усадка материала при сушке затрудняет возможность механизации.
К основным свойствам керамических стеновых материалов относятся прочность, плотность, водопоглощение (водостойкость) и морозостойкость. Эти свойства в значительной степени зависят от организации тепловых процессов.
Основными видами тепловых процессов, связанных с значительной частью затрат производства, являются сушка и обжиг, при этом наиболее существенные затраты приходятся на тепловое оборудование и топливо для обжига при высоких температурах (950-1100°С).
Обжиг -- это последний и самый ответственный процесс в технологии производства кирпича, так как именно во время него окончательно формируются свойства, определяющие качество кирпича. К таковым принято относит как измеряемые механические и гидрофизические показатели - прочность, плотность, морозостойкость и водостойкость и т.п., так и визуальные дефекты - трещины, оплавление, пережог и др.
При обжиге изделия формируется структура материала, происходит спекание керамики, в результате чего кирпич - сырец превращается в твердое и прочное тело, стойкое против механических, физических и химических воздействий.
Обжиг производится в основном в печах непрерывного действия (кольцевые и туннельные); печи периодического действия используются лишь на заводах малой мощности.
В настоящее время процесс производства керамических изделий в туннельных печах имеет значительные преимущества перед печами периодического действия и кольцевыми [3,5,6].
Технологическая схема производства керамического кирпича представлена на рисунке 2.

Сырьевые склады - 1,2,3; дробилка - 4; ленточные транспортеры - 5-9,20,21,26; вальцы грубого и тонкого помола - 10,11; мельница - 12; вода - 13; труба - 14; глиномешалки - 15,16; вакуумный пресс - 17; мундштук - 18; однострунный резательный полуавтомат - 19; рельсы - 22; вагонетка - 23; электролафет - 24; сушильная камера - 25; обжиговая платформа - 27; туннельная печь - 28; склад готовой продукции - 29; бункер отходов - 30

Рисунок 2 - Технологическая схема производства керамического кирпича

1.2 Типы печей для обжига кирпича
Обжигается кирпич в печах периодического и непрерывного действия. Печи обжига керамического кирпича делятся на: горные и камерные печи периодической работы, кольцевые и туннельные печи непрерывной работы. Камерные и горные печи отличаются от других печей большой неравномерностью температур по высоте печи и значительной трудоемкостью обслуживания, именно поэтому они не получили широкое применение в производстве.
Очень много зависит от масштабов планируемого производства, а также наличия той или иной энергетической основы. Ведь можно производить обжиг кирпичей газом, электричеством, углем или дровами. От этого будет зависеть конструкция печи[7].

1.2.1 Кольцевая печь

Печь кольцевая для обжига кирпича относится к конструкциям непрерывного действия и, представляют из себя замкнутый канал для обжига. Этот сложный механизм используется не только для отжига кирпича, но также, для термической обработки различных изделий из металла, в технологии производства труб, колес и бандажей железнодорожного транспорта.
Как правило, такие устройства обладают высокой производительностью и экономичностью.

Рисунок 3 - Промышленная кольцевая печь.

Конструкция кольцевой печи заключается в том, что кирпич-сырец стоит на месте, а зона огня постоянно передвигается.
Камера обжига таких печей имеет форму эллипса, по бокам которой расположены окна, предназначенные для загрузки и выгрузки изделия.
Технология обжига сводится к очередности процессов, следующих один за другим, от одного окна к другому.
Каждое окно представляет отдельно сконструированную камеру. Как только огонь перейдет через всю камеру, значит процесс обжига кирпича в этой камере закончен и начинается отжиг кирпича, находящегося в следующей камере.
Процесс обжига в таких печах может занимать от 3-х до 4-х суток, не смотря на экономичность. К сожалению, процесс загрузки и выгрузки камер достаточно трудоемкий.
В таких печах возможно применение различных видов энергоносителей, в том числе и низкосортных, такие как фрезерный торф, антрацитовый штыб, различные топливные отходы, при этом, можно без проблем переходить от одного вида топлива к другому.

Принцип работы кольцевой печи.
В таких печах огонь попадает непосредственно на кирпич, предназначенный для обжига. Печь оборудована центральным дымовым каналом, который проходит по периметру кольцевой печи и подходит непосредственно в зону обжига.
Камера обжига, не имеет постоянной и явно выраженной перегородки, поэтому, печь обжига делится на камеры, весьма условно.
Конструкция печи позволяет подключить в любой момент необходимый канал обжига к центральному дымовому каналу, путем переориентации перекидного металлического короба.
Раскаленные дымовые газы из камеры обжига, прежде чем попасть в центральный дымоотвод, проходят через камеры с кирпичом-сырцом и досушивают его. В центральную дымовую трубу газы поступают охлажденными до 120-150ºС. Такая технология позволяет эффективно использовать температуру теплоносителя: кроме обжига кирпича удается досушить кирпич-сырец.
В таких печах эффективно используется температура остывающего кирпича. Это происходит следующим образом: воздух, который поступает в камеру обжига, проходит через камеры с остывающим кирпичом. Таким образом, воздух поступает уже подогретым, а значит экономиться часть энергии, которая непременно затрачивалась бы на подогрев входящего воздуха.
Современные производители отдают предпочтение туннельным печам, которые позволяют автоматизировать основные процессы загр узки и выгрузки кирпича.

1.2.2 Туннельная печь
Печами такого типа оборудовано большинство кирпичных заводов, выпускающих одинарный полнотелый кирпич и керамические камни. Они представляют собой тоннель, по которому передвигаются вагонетки или конвейерная лента с сырцом. Их рабочее пространство может иметь один или два канала, расположенных на прямой линии или имеющих замкнутую, кольцеобразную форму.
Принцип работы печи.
В отличие от кольцевых установок, здесь все происходит наоборот: материал продвигается сквозь остающиеся неподвижными, четко разграниченные зоны подогрева, отжига и охлаждения. Материал последовательно передвигается из зоны в зону. В такой печи лишь один вход и одна зона выгрузки. Они размещаются в противоположных торцах туннеля и оснащены механизмами, герметически закрывающими внутреннее пространство печи во время загрузки и выгрузки материала. Герметизация происходит автоматически, что позволяет избежать перерасхода теплоносителя. Пространство над полом, под конвейером или дном вагонеток, также не прогревается, так как отгорожено песчаным затвором. В качестве теплоносителя используется природный газ. Иногда их модифицируют для работы на мазуте, солярке, печном топливе, электрической энергии. Возможно совмещение вариантов. Печь работает круглосуточно. Газовые горелки направляют факелы горящего газа на массив кирпича напрямую (в печах открытой конструкции) или через защитные экраны (в муфельных). Вдоль всего канала установлены вентиляторы и уловители дыма, направляющие необходимое количество разогретого воздуха и дымовые газы в нужные зоны печи по специальным циркуляционным каналам. Эти устройства работают независимо друг от друга и управляются оператором дистанционно. Загрузка печи осуществляется рабочими вручную, а выгрузка механизирована[8,9,10].

Рисунок 4- Туннельная печь.

Технология обжига максимально автоматизирована. Специальные компьютерные программы с помощью многочисленных датчиков следят за технологическим процессом и дают команды по регулированию:
температурного режима во всех зонах,
давления воздуха,
скорости движения вагонеток.
Выбор режима работы печи осуществляется автоматически и зависит от исходных параметров кирпича -- сырца (вид, форма, размер, уровень влажности, вид садки). Контроллер хранит в памяти все возможные режимы и выбирает наиболее оптимальный. Контроль качества готовой продукции также автоматизирован. Длительность технологического цикла для полнотелых изделий от 36 до 40 часов, пустотелые камни готовы уже через сутки.
Достоинства и недостатки
Важнейшее преимущество туннельных установок -- возможность минимизировать ручной труд и автоматизировать процесс управления. Все рабочие, загружающие печь и разгружающие продукцию находятся в удалении от максимально раскаленной зоны обжига. Они трудятся в хороших санитарно- гигиеничных условиях (приемлемая температура воздуха, хорошее освещение). Автоматизированная система управления позволяет отрегулировать установку под выпуск продукции максимально высокого качества. Недостатки туннельных печей:
- работа преимущественно на дорогостоящих теплоносителях,
-большие различия температур в соседних зонах, грозящие появлением дефектов материала,
- загрязнение изделий золой при использовании угля в печах открытого типа,
- большая стоимость некоторого производственного оборудования (защитных муфт, излучающих панелей) и системы автоматизации ,
- быстрый выход их строя подвижного состава.

Хороший кирпич можно получить в печи любого из этих типов. В кольцевых установках высокое качество продукции обеспечивается тяжелым трудом и мастерством обжигателей, вручную подающих топливо и регулирующих процесс по своему усмотрению. В более современных туннельных сооружениях часто даже совершенная автоматика не может уберечь товар от деформаций, трещин, несоответствия заданным параметрам. Выбирая кирпич, не стоит уделять много внимания способу его обжига. Просто внимательнее рассмотрите материал.
Конструкции, предназначенные для обжига кирпича, работают по следующему принципу. Каждый участок, по которому следует продукция, имеет свою определённую температуру, исходя из чего, условно внутреннее пространство можно разделить на зоны.
Для начала кирпич следует в зону нагрева, после чего перемещается далее для обжига, на третьем участке партия остывает до необходимой температуры или полностью.
Такие параметры как скорость продвижения и интенсивность нагрева кирпича в каждой зоне, может регулироваться. В результате каждая зона должна в полной мере выполнить возложенную на неё обязанность, успеть при выбранной скорости продвижения выполнить прогрев, обжиг или остывание продукции.
Заготовки имеющие прессованную форму. Для удобства обжига, перемещаются по туннелю на специальных тележках. Длина внутреннего участка может варьироваться в пределах от 30 до 500 метров.

Садка (укладка)
Складывать в печь можно только хорошо высушенный сырец, иначе при обжиге потребуется много топлива. Кроме того, недостаточно высохший сырец дает до 80% брака. Главная причина брака заключается в том, что излишняя влага, превращаясь в пар, ищет выход и приводит к растрескиванию кирпича. Укладку сырца в печь (рисунок 4) производят так, чтобы в первых 3-4 рядах уложенного кирпича просветы между ними были (для кирпичей, расположенных непосредственно вблизи топки) 10-15 мм, а по мере удаления (от топки дальше) увеличивались до 25 мм. Ряды можно укладывать любым способом, например, решеткой или елочкой. Способы можно чередовать. Нужно помнить главное: каждый кирпич должен быть доступен обтеканию его дымовым газам. Расстояние между кирпичами садка и стенками печи должно быть в пределах 20-25 мм. Самодельная печь для обжига керамики вполне может конкурировать с заводскими изделиями. Если подобрать горелки с разной мощностью, то, меняя интенсивность пламени, добиваются нужной температуры.

а - одного ряда, б - второго ряда, в - третьего ряда, г - решеткой, д - елочкой
Рисунок 5 - Укладка рядов кирпича в печь.

Рисунок 6 - Туннельная печь.

Туннельная печь состоит из тоннеля длиной от 5 до 150 метров и высотой до 2,7 метров, с проложенным внутри рельсовым полотном.
По рельсам двигается состав с вагонетками, загруженный кирпичом. Механизм перемещения может быть различным: гидравлические и винтовые толкатели, перемещенные посредством систем тросов и т.д. Вагонетки сделаны из толстого металла, и имеют специальную огнеупорную футеровку, на которую укладываются кирпичи, предназначенные для обжига.
Печь для обжига имеет один вход и один выход, размещенный по концам тоннеля. На входе и на выходе установлен специальный механизм, обеспечивающий герметичность печи в моменты закатывания и выкатывания вагонеток. Механизм действует автоматически, что позволяет экономить часть средств, затрачиваемых на энергоносители.
Кроме этого, по всей длине тоннеля расположен песчаный затвор, предотвращающий проникновение продуктов горения в пространство под вагонетками.
Туннельные печи отличаются от кольцевых тем, что позволяют создать поточность производства и полностью механизировать и автоматизировать весь технологический процесс по обжигу кирпича. Они относятся к печам с подвижным составом и работают по принципу противотока: обжигаемые изделия перемещаются на вагонетках по сквозному туннелю навстречу теплоносителю. Вагонетки с изделиями по рельсовому пути подаются гидравлическим толкателем через определенные промежутки времени. Каждая вагонетка, пройдя всю длину туннеля, выдается из печи с другого конца при каждом проталкивании. Таким образом, создается непрерывное перемещение вагонеток в печи, постепенный подогрев, обжиг и охлаждение изделий, находящихся на поду вагонетки.
Цикл обжига состоит из периодов нагревания, выдержки при высокой температуре (спекания) и охлаждения, каждый из этих периодов 8 характеризуется определенными физико-химическими процессами в керамической массе.
Рабочее пространство печи можно разделить на три основные зоны (рисунок 7): подогрева (подготовки), обжига и охлаждения.

Рисунок 7 - Схема технологии обжига в туннельной печи

Составляющие процесса обжига: выделение механической и адсорбированной воды; окисление органических примесей; дегидратация глинистьк минералов; разложение карбонатов, сульфатов; реакции в твердой фазе с образованием новых. соединений; реакции с участием жидкой фазы и образованием после охлаждения стекловидной фазы; полиморфные превращения кварца; спекание.
Протекающие реакции:
:: окисление органических примесей (t = 300 - 400°С);

C+О2--СО2

:: дегидратация глинистых минералов (t = 450 - 900°С);

Al2Si2O5OH4--Al2Si2O5OH2+2H2O

:: декарбонизация и десульфуризация (t = 650 - 900°С);

СаСОз СаО + СО2
МgСОз Мg0 + СО2
СаS04СаО + S0з

:: образование новых кристаллических фаз (t = 920°С);

2Al2Si2O5O2--Si3Al4O2+SiO2

С учетом протекающих процессов, связанных с выделением газообразных продуктов, изменением объема заготовок и т. п., формируется режим обжига:
1) удаление воды - досушка (до 200°С);
2) дегидратация - на дыму (200 - 700°С), полиморфные превращения ;
3) основной - взвар (700 - 950 - 1000°С), спекание;
4) охлаждение - закал.
Регулирование распределения продуктов горения и воздуха позволяет применять широкую автоматизацию процессов подогрева, обжига и охлаждения изделий, обеспечивающую получение наилучших технико-экономических показателей работы этих видов печей.
Тепловой процесс обжига керамического кирпича в туннельной печи, по температурному режиму, разделен на три периода: подготовки, обжига, охлаждения.
Каждый период в туннельной печи описывается определенным физико-химическим процессом, который происходит в керамическом изделии. Необходимо придерживаться четких требований к температурному режиму и продолжительности обжига на каждой позиции печи, так как качество полученных изделий зависит от правильности протекания этих процессов.
Основной характеристикой обжига керамического кирпича является температурный режим, т.е. зависимость между температурой обжига и его временем (длительностью), а графически представляет температурную кривую или кривую обжига.
Процесс нагрева, обжига и охлаждения керамических изделий требует определенного времени, так как протекают многочисленные физико-химические процессы, от которых напрямую зависит их качество. Для производственных процессов важно учитывать значение температуры массы самих керамических изделий. В практических условиях определить эти температуры не представляется возможным и приходится применять температуру среды, в которой происходят процессы нагрева, обжига и охлаждения. Режим термической обработки изделий зависит от температуры среды (печного пространства), где происходят тепловые процессы в печи. В зоне охлаждения температура керамического изделия будет горячее, чем продукты горения, а в зоне нагрева - холоднее. Температурой печи в зоне обжига является не температура собственного пламени газовых горелок, расположенных по зоне обжига, а средняя температура продуктов сгорания видимого топлива. Рассмотрим рисунок 8, где представлен температурный график процесса производства керамического кирпича[11,12,13].

Рисунок 8 - Температурный график процесса производства керамического кирпича в туннельной печи

Туннельная печь работает на газообразном топливе (природный газ). Воздух подается и регулируется вентиляторами, расположенными в зоне обжига. В зоне подготовки температура повышается до 600 [0]С. Температура в зоне обжига поддерживается в пределах от 950 [0]C до 1000 [0]C. В зоне охлаждения температура составляет от 60 [0]C до 80 [0]C. Технологический цикл производства кирпича в туннельной печи составляет до 36 часов.

Принцип загрузки в туннельных печах
Для создания газовых печей для обжига кирпича надо рассчитать определенное количество изделий за необходимое время. В основном в таких печах находится камера больших размеров, где размещается сырье. Эти камеры похожи на туннель, а в середине расположен элемент для их нагревания. Благодаря этим устройствам начинает работать вся система. Каждая из них поделена на отделы, которые во время изготовления кирпича имеют определенную температуру. Схема печей для обжига кирпича меняется от самой конструкции, которая имеет в каждой секции специальные толкатели. Они же, в свою очередь, не могут работать без тележек, а для их передвижения надо положить рельсы. Чтобы ускорить процесс работы необходимо все автоматизировать, это позволит значительно сэкономить финансовые вливания, а это заветное желание для каждого предпринимателя, который решил заняться этим производством.

Рисунок 9 - Схема тоннельной печи.

Чтобы сконструировать туннельную печь для обжига кирпича, надо за чертежом обратиться к специалисту, так как она может иметь разную форму. На тот момент, когда кирпич загружается, он серого цвета, а при выходе становится оранжевым, который можно увидеть в строймаркетах и на рынках. В процессе изготовления изделия печь работает по определенному принципу:
На 1-ю тележку, у которой есть поддон, загружают сырой кирпич в пару рядов. При его загрузке надо соблюдать высоту. Она должна быть не больше 1 м., если превысить этот порог, то кирпич станет бракованным:
Для того чтобы туннельная печь для обжига кирпича заработала, надо включить автоматические устройства и толкатели. Тележка активизируется загруженная материалом. Как только она заезжает внутрь печки, сырые кирпичи попадают в 1-ю камеру. Несведущий человек может задаться вопросом: Как же положить кирпичи на вагонетку, чтобы они после процедуры приобрели определенную форму?: Следующим шагом в обычной технологии считается промежуточная сушка сырого изделия. Схема печи для обжига кирпича в домашних условиях совсем другая, чем производственный объект.

1-цокольные, 2,3 - стеновые, 4-сводовые, 5-песочный затвор
Рисунок 10 - Конструкция тоннельной печи

Чтобы постепенно перемещать сырое изделие, используют камерные печи для обжига кирпича. Когда кирпич подъезжает к камере, там уже температура достигает около 900 градусов по Цельсию, а может быть, и выше. Каждый материал находится в этом отделе определенное время. По истечении отпущенного периода, поступает другая партия, а эта переходит в следующую стадию обработки. Если внедрить на предприятии вот такую туннельную конструкцию, то за короткий промежуток времени можно получить очень хороший результат.
Следующий шаг при проектировании печей обжига кирпича подразумевает под собой соединение всех частиц изделия. Когда влага, которая находится между кристалликами, полностью испаряется, то сырье напоминает чем-то керамику. Самое интересное, что изделия из керамики производится именно таким же способом.
На этом, в общем-то, обжиг и заканчивается и будущий стройматериал переходит в следующую камеру для остывания. Этот процесс тоже должен быть постепенным, а не резким. Тем временем автоматический конвейер продолжает свою работу и почти готовый строительный материал попадает в последний отдел. Перед продажей изделие отлеживается в мобильной туннельной печи для обжига кирпича в последнем отделе, в котором поддерживается самая маленькая температура.
На заключительном этапе, толкатели как бы выпихивают вагонетку, и кирпич без физического или механического вмешательства, а также без резкой разницы температуры окончательно остывает. После того как он остынет, его перевозят на склад.
По завершении процесса обжига электролафетом платформа с кирпичом подается на площадку или в склад. Готовый кирпич хранится на складе от 3 до 7 суток, а затем осуществляется его отгрузка. На складе кирпич укладывают на поддоны (металлические площадки) и загружают автокраном на автотранспорт перед продажей к потребителю. Качество кирпича определяется маркой. Испытания производятся в лаборатории. Изделия соответствующего качества на поддонах с помощью электропогрузчика отгружаются потребителю, а брак отправляется на переработку в производство.
Кирпич-сырец укладывается на футеровку вагонетки слоем, толщиной около 1 метра, что предотвратит деформацию обжигаемых изделий. При движении, вагонетки с кирпичом медленно проходят через 3 основных зоны туннельной печи: зоны прогрева, зоны обжига, зоны остывания. Скорость движения выбрана таким образом, чтобы обжиг кирпичей происходил согласно технологии.
Таким образом, сравнительный анализ работы туннельной и кольцевой печи показал, что туннельные печи обладают таким преимуществом, как возможность полной автоматизации технологических процессов от стадии подготовки до охлаждения.
Полная автоматизация облегчает труд обслуживающего персонала и уменьшает время всех технологических процессов производства керамического кирпича. Также исследуя работу туннельных печей, можно сделать следующий вывод, что основным процессом работы печи является процесс обжига, который на данный момент не полностью автоматизирован.
Технология обжига контролируется с помощью компьютерных технологий, которые позволяют:
1. Отслеживать режим обжига.
2. Контролировать температурный режим во всех трех зонах.
3. Следить за давлением воздуха.
4. Выбирать режим обжига в зависимости от качества кирпича-сырца.
5. Возможность контролировать готовую продукцию в автоматическом режиме.
Воздух ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.