Способ управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печи

 

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности, к способам управления процессом производства стекла и может быть использовано для комплексной диагностики процесса стекловарения, обнаружения технологических отклонений и своевременного их устранения. Сущность способа управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печи заключается в том, что измеряют температуру и вязкость стекломассы, дополнительно определяют коэффициент теплоотдачи стекломассы, а изменение количества подаваемого в печь тепла ведут таким образом, чтобы температура, вязкость и коэффициент теплоотдачи находились в заданных технологическими требованиями пределах. 2 ил.

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности, к способам управления процессом производства стекла и может быть использовано для комплексной диагностики процесса стекловарения, обнаружения технологических отклонений и своевременного их устранения.

Известен способ контроля процесса производства стекла, основанный на измерении температуры контактным способом [1] Недостатком способа является невозможность получения необходимой информации для комплексной оценки процесса производства стекла, что не позволяет вести целенаправленное воздействие на качество получаемой продукции, повышение экономических показателей производства и надежности работы стекловаренного оборудования.

Ограниченные функциональные возможности и невысокая точность контактных методов определяются тем, что высокая температура, характерная для процессов стекловарения, повышает агрессивность среды, окружающей термодатчик (термопару), и требует обязательного его армирования в специальный жаропрочный тепловоспринимающий элемент. Наличие защитного элемента у термодатчика приводит к увеличению его термической инерции и, следовательно, времени выдержки его в расплаве для получения установившихся значений температуры. Поэтому возрастает время, необходимое для проведения контроля протекающего процесса, что может привести к повышенным затратам производства.

Известен способ управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печке, заключающийся в измерении температуры стекломассы, определении поверхности стекломассы, вычислении отклонения теплового потока на поверхность стекломассы и коррекции подачи энергии на нагрева3 тельные элементы [2] Известный способ обладает тем недостатком, что он не обеспечивает получение необходимой информации для надежной диагностики процесса производства стекла и для стабилизации теплового режима, обусловленной погрешностью контактных измерений граничных температур с последующим пересчетом по результатам измерений, необходимой интенсивности внешних тепловых воздействий от нагревателей. Кроме этого, известный способ не учитывает в модели теплового взаимодействия стекломассы граничных условий, что также снижает точность известного способа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ автоматического управления стекловаренной печью, включающий измерение температуры и вязкости в печи и изменение по измеренным параметрам подаваемого в печь тепла [3] Целью изобретения является повышение качества стекла, улучшение экономических показателей производства и надежности работы стекловаренной печи за счет повышения точности контроля, учета свойств стекломассы и стабилизации теплового режима.

Это достигается тем, что в способе управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печи, включающем измерение температуры и вязкости стекломассы и изменение в зависимости от измеренных параметров количества подаваемого в печь тепла, дополнительно определяют коэффициент теплоотдачи стекломассы, а изменение количества подаваемого в печь тепла ведут таким образом, чтобы температура, вязкость и коэффициент теплоотдачи стекломассы находились в заданных технологическими требованиями пределах.

На фиг. 1 представлен пример реализации способа управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печи, на фиг. 2 устройство для определения коэффициента теплоотдачи стекломассы.

На фиг. 1 приведена система управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печи, содержащая ванную печь 1 со стекломассой 2, устройство 3 для определения коэффициента теплоотдачи и вязкости стекломассы, вычислительный блок 4, блок 5 управления, нагреватели 6 и блок 7 регистрации, причем выход устройства 3 для определения теплопроводности и вязкости стекломассы 2 соединен со входом вычислительного блока 4, один из выходов которого соединен с устройством 7 регистрации, а другой с входом блока 5 управления, выходы которого соединены с нагревателями 6.

На фиг. 2 приведено устройство для определения коэффициента теплоотдачи и вязкости стекломассы, содержащее теплоотводящие элементы 8, 9 и 10 с различными коэффициентами теплопроводности, вводимые в контролируемую зону стекломассы 2, термодатчики 11, причем теплоотводящие элементы 8, 9 и 10 помещены в теплозащитный материал 12.

Система работает следующим образом.

При взаимодействии стекломассы с поверхностью теплоотводящих элементов 8, 9 и 10, введенных в контролируемую зону стекломассы 2, тепловой поток от стекломассы 2 передается теплоотводящим элементам 8, 9 и 10 и далее путем теплопроводности проходит по ним. Ввиду того, что коэффициенты теплопроводности элементов 8, 9 и 10 различны, величины тепловых потоков q₁, q₂, q₃, отводимые по ним, будут также различны. Из-за различия величины тепловых потоков q₁, q₂, q₃ температуры T₁, T₂, T₃ рабочих поверхностей указанных элементов будут также различны.

Между теплоотводящими элементами 8, 9 и 10 и стекломассой 2 существует конвективный теплообмен, и при взаимодействии контактирующей со стекломассой поверхности одного из теплоотводящих элементов происходит поглощение или выделение тепла, и неизвестными являются температура стекломассы T₃ в контролируемой зоне, коэффициент теплоотдачи α₃ от стекломассы к контактирующим с ней поверхностям теплоотводящих элементов 8, 9 и 10 и тепловыделении Δq при взаимодействии стекломассы с материалом одного из теплоотводящих элементов, можно записать следующую систему уравнений для поверхности теплоотводящих элементов, введенных в контролируемую зону стекломассы: q₁= α₃(T₃-T₁), (1) q₂= α₃(T₃-T₂), (2) q₃= α₃(T₃-T₃), (3) где q₁, q₂, q₃ величины тепловых потоков через теплоотводящие элементы 8, 9 и 10; T₁, T₂, T₃ температуры наружной поверхности теплоотводящих элементов 8, 9 и 10 контактирующей со стекломассой 2.

В случае, когда процесс теплового взаимодействия между стекломассой и теплоотводящими элементами, введенными в локальную зону стекломассы, определяется не только конвективной оставляющей с одновременным выделением (поглощением) тепла, обусловленным физико-химическими процессами при взаимодействии с агрессивной средой, но и например, радиационной составляющей (при наличии газовых раковин и отсутствии непосредственного контакта между расплавом и поверхностью теплоотводящего элемента процесс теплообмена между ними определяется их взаимным переизлучением и естественной конвекцией газовой прослойки), используют дополнительные теплоотводящие элементы и соответствующим образом расширяют системы уравнений типа (1)-(3).

Система уравнений (1)-(3) представляет собой систему трех уравнений с тремя неизвестными α_з, T_з и Δq.

Решая системы уравнений (1)-(3) относительно неизвестных α_з, T_з и Δq, можно получить


С помощью установленных термодатчиков (на чертеже термодатчик 11) измеряют температуру по ходу теплового потока через теплоотводящие элементы. По результатам температурных измерений из решения обратной задачи теплопроводности по известным формулам независимо от характера нестационарности теплового режима определяют величины тепловых потоков q₁, q₂, q₃, отводимых по теплоотводящим элементам, температуры T₁, T₂, T₃ на наружной поверхности теплоотводящих элементов, (такие термопары могут измеряться непосредственно при установке термодатчиков в поверхностном слое). После чего с помощью зависимостей (4)-(6) определяют параметр, характеризующий процесс теплового взаимодействия контролируемых зон стекломассы коэффициент теплоотдачи от стекломассы к поверхности теплоотводящих элементов, по которому судят о ходе процесса производства стекла и проводят необходимую корректировку процесса. Таким образом, становится возможным получение информации для комплексной диагностики процесса производства стекла, проведение оперативного контроля процесса производства стекла, проведение оперативного контроля процесса стекловарения и теплового состояния стекловаренного оборудования. Одновременно поскольку температура контролируемых зон определяется совместно с параметрами, характеризующими процесс из их теплового взаимодействия, становится возможным исключить погрешность, присущую известным способам.

Формула изобретения

Способ управления тепловым режимом процесса стекловарения в ванной печи, включающий измерение температуры и вязкости стекломассы и изменение в зависимости от измеренных параметров количества подаваемого в печь тепла, отличающийся тем, что дополнительно определяют коэффициент теплоотдачи стекломассы, а изменение количества подаваемого в печь тепла ведут таким образом, чтобы температура, вязкость и коэффициент теплоотдачи находились в заданных технологическими требованиями пределах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2