Автоматизация производства керамзита

Аннотация. Данная статья посвящена изучению темы по автоматизации производства керамзита. Керамзит являет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия. Керамзит используют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок. Керамзит можно использовать в виде теплоизоляционной засыпки в тех случаях, когда возможно ее оседание.
Сами устройства автоматического управления технологическим процессом вспучивания керамзита не получили должного развития в наши дни, исходя из этого управление обжигом во вращающихся печах выполняется, в основном, оператором, что зачастую приводит к сбоям технологического процесса, появлению брака (в формате получения керамзита не той марки, спеканию керамзита в конгломераты), что приводит финансовым потерям предприятия.
Ключевые слова. Керамзит, автоматизация, производства, технологический процесс, управления.
Annotation. This article is devoted to the study of the topic of expanded clay production automation. Expanded clay is a lightweight porous material of a cellular structure in the form of gravel. Expanded clay is used as a porous aggregate for lightweight concrete, and also as a heat-insulating material in the form of backfill. Expanded clay can be used in the form of a heat-insulating backfill in cases where it may settle.
Automatic devices for controlling the technological process for expanded clay expansion have not been properly developed these days; therefore, the control of firing in rotary kilns is carried out mainly by the operator, which often leads to process malfunctions and the appearance of defects (in the expanded clay production format of the wrong brand, sintering expanded clay into conglomerates), which leads to financial losses of the enterprise.
Keywords. Expanded clay, automation, production, technological process, management.
Сейчас керамзит получил широкое применение в строительстве сооружений и зданий, что существенно улучшает их энергоэффективность, так как применение керамзита как наполнителя дает эффект по снижению теплопотерь в окружающую среду и существенно уменьшает вес сооружений и конструкций. Также сейчас, керамзит в широко применяется и в иных областях строительного производства, а именно - при строительстве автодорог, что снижает их стоимость и повышает их долговечность, особенно в тех случаях, если в месте выполнения строительства отсутствует добыча каменных наполнителей.
Керамзит являет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, который получается при обжиге легкоплавких глинистых пород, которые способны всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300°С в течение 25–45мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40мм, зерна менее 5мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20%.
Рисунок 1 - Семейство кривых обжига керамзита:
Керамзит используют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.
Керамзит можно использовать в виде теплоизоляционной засыпки в тех случаях, когда возможно ее оседание.
Так как сейчас керамзит изготовляют лишь путем обжига во вращающихся барабанных печах, он имеет более или менее окатанную форму.
Особенностью строения керамзита является наличие замкнутых пустот, которые являются ячейками с целыми и тонкими стенками. Ввиду этого керамзит отличается малым объемным весом при значительно более высокой прочности, чем другие пористые заполнители.
Благодаря замкнутости пустот и спекшейся наружной оболочке керамзит обладает небольшим водопоглощением, высокой морозостойкостью и низкой паропроницаемостью.
Малый объемный вес при наличии мелкоячеистого строения тонких стенок дает высокие теплозащитные свойства керамзита, из чего следует высокая эффективность его использования в конструкциях общественных, промышленных и жилых зданий.
В связи с возрастанием потребности на керамзит организациями строительной индустрии страны и повышаются требования к его производству. Во-первых, нужно существенное расширение диапазона его насыпной плотности, что обусловлено расширением области практического применения керамзита. Во-вторых, нужно решить задачи по снижению энергетических затрат на его производство.
Существенная масса керамзита (более 65%) производится во вращающихся однобарабанных печах, где главным технологическим процессом (и самым энергозатратным) есть обжиг и вспучивание гранул сырца в температурном поле печи. Вращающаяся печь является сложным агрегатом, представляющим собой одновременно физико-химический реактор и топочную камеру.
Зарубежное и отечественное оборудование по производству керамзита оснащается современными средствами и устройствами автоматики. Которые преследуют цель удаленного управления, мониторинга, контроля действий оператора, архивирования данных производственного процесса, информирования о внештатных ситуациях, контроля технического состояния вращающихся печей [6].
Сами устройства автоматического управления технологическим процессом вспучивания керамзита не получили должного развития в наши дни, исходя из этого управление обжигом во вращающихся печах выполняется, в основном, оператором, что зачастую приводит к сбоям технологического процесса, появлению брака (в формате получения керамзита не той марки, спеканию керамзита в конгломераты), что приводит финансовым потерям предприятия [1]. Также при производстве керамзита на предприятиях существует и другая актуальная задача -переналадка и дополнительная настройка режимов работы вращающейся печи для получения керамзита с требуемыми показателями по насыпной плотности и прочности. Для этого предъявляются жёсткие требования по стабильному значению прочности керамзита, уменьшения брака и снижению энергозатрат на предприятии. В имеющихся научных работах, в частности А.С. Фадеева [6], по автоматическому управлению производства керамзита предложено математическое описание и смоделирован этот технологический процесс как объект управления с распределёнными параметрами для производства лёгкого теплоизоляционного керамзита, однако автор в своей работе не рассматривал вопросы влияния регулирования скорости электропривода вращающейся печи на процесс обжига с целью производства высокопрочного конструкционного керамзита.
При широком диапазоне применения керамзита на практике (например, для теплоизолирующих конструкций нужно применять керамзит с малой величиной насыпной плотности, а для строительства автодорог, к примеру, аэродромных покрытий и несущих стен зданий и сооружений нужен керамзит с большой величиной прочности) его промышленное производство нужно выполнять с заданными физико-механическими характеристиками и, прежде всего, со стабильным значением требуемой прочности [1].
Рассматриваемые системы управления поставки вращающимися печами [2,4,6] дают положительный эффект поставки при обжиге керамзита, но не обеспечивают автоматическое поставки управление скоростью печи в поставки функции величины обжигаемого керамзита поставки и за счет этого не позволяют поставки получать высокопрочныйкерамзит. Сложность поставки синтеза систем подобного класса можно поставки объяснить тем, что отсутствует поставки математическая модель обжига керамзита поставки в печи с регулируемой поставки скоростью вращения. Созданная поставки математическая модель обжига керамзита поставки как многомерного объекта управления поставки с распределёнными параметрами [5] и поставки выполненные на ней исследования (поставки результаты которых представлены поставки в работах [3,5,6]) показали, что поставки введение в рассмотрение двух сечений по поставки длине печи с координатами ZC и ZA(поставки сечения C и A), температура керамзита в поставки которых может регулироваться двумя поставки управляющими воздействиями –мощностью поставки горелки Qги загрузкой печи qз, поставки позволяет обеспечить производство поставки керамзита со стабильным значением поставки насыпной плотности ρ (при этом поставки требуемое значение ρ может регулироваться поставки в области известных ограничений поставки) путём оснащения печи двумя поставки взаимосвязанными системами автоматического поставки управления. Одна из этих поставки систем осуществляет управление поставки температурой TA в сечении A, другая – поставки температурой TС в сечении С. С поставки помощью модели [3,6] определены функциональные поставки зависимости TA= f1(Qг, qз),TC= f2(Qг, qз), поставки получена структура печи как поставки двумерного объекта управления с поставки векторами выходных координат поставки X= [TA, TC] и управляющих воздействий поставки U= [Qг, qз], определены аналитические поставки выражения операторов этой поставки структуры. Для расширения области поставки управляемости процесса обжига и получения поставки керамзита с требуемой высокой поставки прочностью R произведена дальнейшая поставки разработка математической модели поставки обжига [4], которая поставки позволяет выявлять ещё одно характерное поставки сечение печи с координатой поставки ZF(сечение F), где температурный поставки режим керамзита регулируется поставки, главным образом, скоростью ωп вращения поставки печи и, соответственно, ввести в поставки рассмотрение в качестве дополнительного поставки элемента вектора X выходных поставки координат объекта управления поставки температуру TF, а вектор управляющих поставки воздействий U дополнить скоростью поставки ωп. Установлено [3,4], что значения поставки температуры керамзита в сечениях поставки F, A и C с достаточной поставки степенью точности находятся на экспериментальных поставки кривых обжига [1], а именно поставки: F –в конце зоны сушки, A –в конце поставки зоны нагрева, С –в середине поставки зоны вспучивания [5]. В связи с этим считаем поставки целесообразным при решении задачи поставки производства керамзита со стабильным значением поставки R реализовать управление печью в поставки функции температуры TF. Такой поставки подход представляет собой поставки развитие методов управления вращающейся поставки печью, предложенных в [1,3,6].
Рисунок 2 – Техническая реализация МСАУ ТПОК
Методика инженерного проектирования многомерной системы автоматического управления технологическим процессом обжига керамзита, позволяющая осуществлять управление сложным объектом с распределёнными параметрами при действии трёх управляющих воздействиях в характерных опорных сечениях. В методике используется алгоритм согласованного управления объёмной тепловой мощностью горелки, загрузкой печи сырцом и приводом вращения печи тремя каналами.
Для автоматического поставки управления вращающейся печью поставки и поддержания требуемого значения поставки прочности керамзитового гравия поставки в процессе обжига во вращающейся печи поставки требуется решить следующие задачи: – поставки создание математических моделей поставки теплофизических процессов обжига поставки керамзита во вращающейся печи поставки как объектов управления с поставки распределёнными (для уточнённых поставки расчетовпоставки) и сосредоточенными (для синтеза поставки многомерной системы автоматического поставки управления) параметрами; – поставки структурный синтез многомерной поставки системы автоматического управления поставки обжигом керамзита во вращающейся печи поставки обеспечивающей формирование поставки требуемой кривой обжига керамзита, поставки соответствующей заданной поставки прочности, где вектор выходных координат поставки включает в себя значения поставки температуры керамзита в трёх характерных поставки сечениях печи, компонентами поставки вектора управляющих воздействий поставки являются скорость вращения поставки ωп, печи величина загрузки поставки qз печи, объёмная тепловая поставки мощность Qг горелки; а в качестве поставки основного возмущения рассматривается поставки влажность w сырца керамзита; – поставки создание комплекса вычислительных моделей поставки, ориентированных на моделирование поставки процессов в объекте и многомерной поставки системы управления обжигом поставки керамзита, разработку методики поставки численного моделирования технологического поставки процесса обжига керамзита; – поставки разработка инженерной методики проектирования поставки многомерной системы автоматического поставки управления обжигом керамзита во поставки вращающейся печи и её техническая поставки реализация.
Выводы. В работе при проведении исследований и решении задач использовались методы математической физики, теплопередачи, теории автоматического управления, методы идентификации и аппроксимации моделей объектов управления.
Анализ требований к многомерной системе автоматического управления технологическим процессом обжига керамзита, заключающиеся в поддержании температуры в опорных сечениях F, A и C с отклонением ±5°С.
Структурный синтез многомерной системы автоматического управления технологическим процессом обжига керамзита (МСАУ ТПОК) за счёт автоматического согласованного управления скоростью ωп, загрузкой qз и объёмной тепловой мощностью Qг.
Список использованной литературы:
1. Галицков С.Я., Самохвалов поставки О.В., Фадеев А.С. Структурный поставки синтез многомерной системы поставки автоматического управления обжигом поставки керамзита во вращающейся печи поставки // Москва, 2013. - С. 204 - 208.
2. Горин В.М., Токарева поставки С.А., Кабанова М.К. Высокопрочный поставки керамзит и керамдор для поставки несущих конструкций и дорожного поставки строительства. // Строительные материалы поставки №1 (661) январь 2016г. ЗАО «Сорм» Москва 2016 С.9-11.
3. Отдельное технологическое поставки оборудование для производства поставки керамзита // strommash.ru / URL: поставки http://www.strommash.ru/catalog/otdelnoe-tekhnologicheskoe-oborudovanie-dlya-proizvodstva-keramzita (поставки дата обращения: 24.02.2020).
4. Онацкий, С.П. Производство поставки керамзита. - 3-е изд., перераб поставки. и доп. / С.П. Онацкий - М.: поставки Стройиздат, 1997. - 333 с., ил.
5. Рапопорт, Э.Я. Анализ поставки и синтез систем автоматического поставки управления с распределенными поставки параметрами: Учеб.пособие / Э.Я. поставки Рапопорт. - М.: Высш.шк., 2005. - 296 с.
6. Фадеев А.С. Автоматизация поставки технологического процесса поставки вспучивания керамзита во вращающейся поставки печи. Самара, 2011 - 137с.