СПОСОБ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ШИХТЫ И СТЕКЛОБОЯ В СТЕКЛОВАРЕННУЮ ПЕЧЬ
METHOD OF DOSED SUPPLY OF CHARGE AND CULLET TO GLASS MELTING FURNACE

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано в процессах, связанных с загрузкой шихты и стеклобоя в стекловаренные печи в производстве стеклянной тары и других изделий из стекла.
Известно, что существенную роль в интенсификации процесса стекловарения и снижения себестоимости изделий из стекла играет стеклобой. Традиционно содержание стеклобоя в шихте, используемой для варки бесцветного стекла в производстве стеклянной тары, варьируется от 20 до 30%, что обусловлено нехваткой покупного бесцветного стеклобоя высокого качества. По этой причине некоторые стекольные предприятия переходят на работу только с собственным стеклобоем. При этом количество стеклобоя в сырьевой смеси, загружаемой в стекловаренную печь, может снижаться до 10-15%. Но в некоторых случаях при накоплении больших запасов собственного стеклобоя (например, во время смены ассортимента), или при задержках поставок на завод каких-либо сырьевых материалов (особенно часто это касается кальцинированной соды) содержание стеклобоя в шихте увеличивают до 70-80%. Подобное увеличение количество стеклобоя в смеси с шихтой используется и при периодических перекрашиваниях в стекловаренной печи бесцветной стекломассы в зеленую или коричневую, что осуществить значительно легче, так как цветного стеклобоя собирается в несколько раз больше, чем бесцветного.
Однако значительное увеличение содержания стеклобоя в смеси с шихтой с обеспечением процентного соотношения шихта/стеклобой (20-30):(80-70) на многих действующих линиях дозированной подачи шихты к стекловаренным печам реализовать достаточно сложно. Это обусловлено особенностью построения этих линий, в которых исходной и не меняющейся в зависимости от соотношения шихта/стеклобой дозой шихты является порция шихты, выгружаемая из смесителя. Масса этой порции в зависимости от объема смесителя может находиться в пределах от 400 кг до 4000 кг, а масса порции стеклобоя, которую можно выгрузить из дискретного дозатора на указанную порцию шихты во время ее транспортирования, как правило, составляет 25-50% от массы шихты. Например, если в смесителе емкостью 1875 литров приготавливается порция шихты массой 2000 кг, объем дискретного дозатора стеклобоя выбирается не более 1000 литров. Такое соотношение объемов смесителя и дозатора стеклобоя позволяет обеспечить процентное соотношение шихта/стеклобой в пределах (70-80):(30-20) и является наиболее распространенным.
Очевидно, что для увеличения количество стеклобоя в смеси с шихтой до 70-80% при существующих схемах дискретного дозирования шихты (в качестве дозатора выступает смеситель) и стеклобоя дозатор стеклобоя при емкости смесителя 1875 литров должен иметь объем 7500 литров, а это нереально. А если смеситель имеет объем 4500 литров то при дискретном дозировании объем дозатора должен быть 18000 литров, что вообще неосуществимо. В этих случаях, особенно при больших объемах смесителя, равномерную выгрузку требуемой порции стеклобоя на шихту выполнить нельзя, а всю порцию стеклобоя придется выгружать за несколько циклов работы дискретного дозатора стеклобоя. При такой работе, когда порция шихты, выгружаемая из смесителя, имеет массу в 4 раза меньше общей массы дозируемого за несколько циклов стеклобоя, дискретная подача шихты в стекловаренную печь завершится значительно быстрее стеклобоя. Все это приводит к неравномерной (как при кюбельной подаче) загрузке данных сырьевых материалов в печь и в конечном счете - к термической неоднородности стекломассы.
Таким образом, в существующих линиях дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренные печи, построенных на основе дискретного дозирования, оптимально реализовать изменение процентного соотношения шихта/стеклобой в широких пределах от (70-80):(30-20) до (20-30):(80-70) проблематично. Поэтому в некоторых подобных линиях данная задача решается с помощью весовых дозаторов непрерывного действия.
Известны технологическая линия и способ дозированной подачи шихты и стеклобоя, которые используются в способе управления загрузкой сырьевых материалов в стекловаренную печь [1]. В данном способе изменеие расходов шихты и стеклобоя, подаваемых в стекловаренную печь, осуществляется с помощью непрерывного пропорционального дозатора, позволяющего изменять пропорцию в ту или иную в сторону в достаточно широких пределах. Недостатком данного способа является необходимость использования промежуточного бункера запаса шихты, из которого выполняется дозирование шихты. Так как при промежуточном хранении шихта теряет свои кондиционные качества (однородность, температура, влажность), в современных составных цехах такое хранение не используется, а свежеприготовленная шихта сразу отправляется в бункера запаса стекловаренной печи. Другим недостатком всех систем непрерывного дозирования по сравнению с системами дискретного взвешивания сырьевых материалов является их более низкая точность и более сложная система калибровки, а также меньшая производительность.
Наиболее близким способом дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь с помощью дискретного дозирования стеклобоя является способ, который реализуется в схеме дозирования стеклобоя, использующей два дискретных весовых дозатора стеклобоя [2]. В этом способе на заданную порцию шихты, выгружаемой из смесителя и транспортируемой с помощью ленточного конвейера, подаются две порции стеклобоя из двух дискретных весовых дозаторов стеклобоя. Наличие двух дозаторов стеклобоя позволяет при необходимости увеличить в 2 раза количество стеклобоя в смеси с шихтой, но для обеспечения процентного соотношения шихта/стеклобой (20-30):(80-70) этого недостаточно, так как объем каждого дозатора стеклобоя должен быть в 2 раза больше объема смесителя (при емкости смесителя 4000 л - объем дозатора стеклобоя 8000 л). Естественно, если на такой линии варьируется количество стеклобоя от 20 до 80%, то при малых расходах стеклобоя типоразмер дозатора стеклобоя будет переразмерен, а его полезный объем избыточным.
Решаемая задача - оптимизация работы линий дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь и расширение пределов соотношения шихта/стеклобой в сторону повышения содержания стеклобоя в шихте при использовании дискретных весовых дозаторов стеклобоя, имеющих ограниченный объем меньше объема смесителя.
Этот технический результат достигается тем, что в способе дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь, включающием перемешивание заданной порции шихты в смесителе и выгрузку ее по окончании времени перемешивания в приемный бункер, оборудованный питателем разгрузки, подачу выгруженной порции шихты из приемного бункера с помощью питателя разгрузки на ленточный конвейер линии подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь, набор в дискретном весовом дозаторе стеклобоя заданной дозы стеклобоя с массой в 2-4 раза меньше массы приготовленной в смесителе порции шихты, выгрузку набранной порции стеклобоя на шихту, транспортируемую ленточным конвейером линии подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь, осуществляют с образованием на нем смеси шихты и стеклобоя в процентном соотношении (70-80):(30-20). При использовании повышенного количества стеклобоя, подаваемого в стекловаренную печь, и изменении процентного соотношения шихта/стеклобой до значения (20-30):(80-70), масса выгружаемой порции стеклобоя из дискретного весового дозатора стеклобоя остается в 2-4 раза меньше массы порции приготавливаемой в смесителе шихты, при этом выгрузку шихты из приемного бункера смесителя в каждом цикле дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь осуществляют частичными порциями, масса которых кратна ив 2-8 раз меньше массы порции шихты, выгружаемой из смесителя в приемный бункер. Причем контроль за массой каждой частичной порции шихты, выгружаемой из приемного бункера, производится с помощью тензометрических весовых датчиков, на которые установлен приемный бункер, а производительность питателя разгрузки шихты из приемного бункера уменьшают в 2-8 раза по сравнению с его исходной производительностью.
Преимуществом предлагаемого способа дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь является то, что при использовании дискретного дозатора стеклобоя, имеющего объем меньше объема смесителя как минимум в 2раза, возможно увеличение процентного содержания стеклобоя в шихте с 30% до 80%. При этом масса дозируемой порции стеклобоя, которая не увеличивается выше номинального значения как при минимальном, так и при максимальном процентном содержании стеклобоя, будет превышать массу частичной порции шихты в 2 - 4 раза, что достигается за счет кратного разделения порции шихты, выгружаемой из смесителя в приемный бункер, на частичные дозы. Другим преимуществом является выравнивание времени разгрузки частичных доз шихты на ленточный конвейер подачи сырьевой смеси в стекловаренную печь с временем разгрузки стеклобоя, масса которого при разных соотношениях шихта/стеклобой может варьироваться в широких пределах. Все это позволяет повысить эффективность многих существующих линий загрузки шихты и боя в стекловаренные печи, оснащенных дискретными дозаторами стеклобоя, и повышает однородность смеси шихты и стеклобоя.
Реализация способа поясняется чертежом Фиг. 1, на котором показан фрагмент линии дозированной подачи шихты и стеклобоя, включающей в себя: смеситель 1 шихты; приемный бункер 2, установленный на тензометрические весовые датчики 3; питатель 4 разгрузки шихты из приемного бункера; ленточный конвейер 5 подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь (не показана); расходный бункер 6 стеклобоя; дискретный дозатор 7 стеклобоя, оснащенный вибрационными питателями 8, 9 загрузки и разгрузки.
После дозированной подачи сырьевых компонентов с весовой линии (не показана) в смесителе 1 начинается перемешивание и увлажнение стекольной шихты, которая после заданного времени (2,5-4 минуты) выгружается в приемный бункер 2, установленный непосредственно под смесителем на тензометрические весовые датчики 3. Обычно эти датчики контролируют заполнение приемного бункера 2 шихтой с целью предотвращения его переполнения и подачи второй порции выгружаемой из смесителя сырьевой смеси, если по какой-либо причине выгрузка предыдущей порции шихты не произошла из приемного бункера 2.
Одновременно с приготовлением шихты начинается заполнение стеклобоем дискретного весового дозатора 7, которое производится с помощью вибрационного питателя 8 загрузки, осуществляющего подачу стеклобоя из расходного бункера 6. После выгрузки шихты из смесителя в приемный бункер 2 и набора заданной дозы стеклобоя в дискретном весовом дозаторе 7 система управления (не показана) формирует команду на включение ленточного конвейера 5 линии дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь и команды на выгрузку шихты из приемного бункера 2 и стеклобоя из дискретного весового дозатора 7. Шихта из приемного бункера 2 выгружается на ленточный конвейер 5 питателем 4 разгрузки (это может быть ленточный, винтовой или вибрационный питатель), а стеклобой из дискретного весового дозатора 7 подается на этот конвейер поверх шихты с учетом транспортного запаздывания и выгружается вибрационным питателем 9 разгрузки. При этом производительность питателей 4 и 9 настраивается из расчета одинакового времени разгрузки шихты и стеклобоя. Учитывая то, что при процентном соотношении шихта/стеклобой (70-80):(30-20), которое в основном используется при варке бесцветного стекла, количество стеклобоя в шихте в 2-4 раза меньше количества шихты, производительность вибрационного питателя 9 разгрузки должна быть в такое же количество раз ниже производительности питателя разгрузки 4. Такое условие необходимо для получения равномерной смеси шихты и стеклобоя в виде так называемого «слоеного пирога». В противном случае на ленте конвейера 5 образуются «хвосты» либо из шихты, либо из стеклобоя.
По окончании выгрузки шихты и стеклобоя на ленточный конвейер 5 система управления (не показана) формирует разрешение на очередное заполнение дискретного весового дозатора 7 стеклобоя и выгрузку очередной порции приготовленной шихты из смесителя 1 в приемный бункер 2 при условии, что он полностью разгрузился. Контроль за полной разгрузкой приемного бункера, объем которого обычно на 20-30% больше полезного объема смесителя, осуществляется с помощью тензометрических весовых датчиков 3.
Если в процессе приготовления стекольной шихты для варки бесцветного стекла используется 20% стеклобоя, то масса набираемой дозы данного сырьевого материала должна быть в 4 раза меньше массы порции шихты, приготавливаемой в смесителе, а при соотношении шихта/стеклобой 70:30 - меньше в 2,33 раза. Так, например, при емкости смесителя в 3000 литров (это наиболее оптимальный объем для приготовления шихты в составном цехе производительностью 400-600 тонн шихты в сутки) и емкости дискретного весового дозатора 1200 литров максимальная масса порции шихты - 3000 тонны, а масса дозируемой порции стеклобоя может варьироваться от 750 кг до 1500 кг, что позволяет изменять процентное соотношение шихта/стеклобой в пределах (70-80):(30-20).
При увеличении количества стеклобоя в шихте от 30% до 70-80% алгоритм работы линии дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь меняется, что поясняется следующими примерами.
Пример №1. Объем смесителя 3000 литров. Порция приготавливаемой шихты - 3000 кг. Масса дозируемой порции стеклобоя - 1500 кг (определяется полезным объемом типового дозатора стеклобоя в 1200 литров). При таких порциях шихты и стеклобоя получается следующее процентное отношение шихта/стеклобой - 66,6:33,3.
Чтобы при заданной массе дозируемой порции стеклобоя, которая не может быть больше из-за конструктивных параметров используемого дискретного весового дозатора, обеспечить большее содержание стеклобоя в смеси с шихтой, необходимо уменьшать порцию шихты, выгружаемую из смесителя в приемный бункер. Но уменьшать массу порции перемешиваемой в смесителе шихты не рекомендуется более, чем на 20-30% из-за снижения качества перемешивания смеси. В предлагаемом способе уменьшение массы порции шихты, выгружаемой на ленточный конвейер подачи смеси шихты и стеклобоя в стекловаренную печь, достигается за счет разделения порции шихты, находящейся в приемном бункере, на несколько частичных доз в процессе работы питателя 4 разгрузки.
Для обеспечения процентного соотношения шихта/стеклобой 20:80 при массе порции дозируемого стеклобоя, равной 1500 кг, масса частичной порции шихты должна быть равна 1500 кг:4 = 375 кг. При выгрузке 375 кг шихты из приемного бункера (контроль за массой выгруженной частичной порции шихты осуществляется с помощью весовых тензометрических датчиков 3) и соответствующей ей порции стеклобоя в 1500 кг обеспечивается требуемое соотношение. Очевидно, что исходная производительность питателя 4 разгрузки шихты, обеспечивающая примерно за 1,5 - 2 минуты разгрузку 3000 кг из приемного бункера 2, при дозе в 375 кг должна быть в 8 раза меньше (3000:375 = 8), чтобы обеспечить равномерное послойное распределение стеклобоя по шихте на ленточном конвейере 5.
После выгрузки из приемного бункера 2 первой частичной дозы шихты в нем остается еще 2625 кг шихты или 7 частичных доз, которые разгружаются в семи последующих циклах дозирования стеклобоя. Поскольку длительность одного цикла загрузки и разгрузки дозатора стеклобоя при массе дозируемой порции 1500 кг составляет примерно 5 минут, количество общих циклов дозированной подачи шихты и стеклобоя в сутки не превышает (60:5)×24 = 288. При этом максимальная масса смеси шихты и стеклобоя, подаваемой за 24 часа к стекловаренной печи, будет равна (1500 кг+375 кг)×288 = 540, что позволяет в таком ритме загрузке обеспечить шихтой любую стекловаренную печь в производстве стеклянной тары.
Пример №2. Объем смесителя 3000 литров. Порция приготавливаемой шихты - 3000 кг. Масса дозируемой порции стеклобоя - 1400 кг и уменьшается относительно своего максимального значения (масса дозы задается оператором персонального компьютера системы управления).
Для обеспечения процентного соотношения шихта/стеклобой 30:70 при массе порции дозируемого стеклобоя, равной 1400 кг, масса частичной порции шихты должна быть равна 600 кг. При выгрузке 600 кг шихты из приемного бункера (контроль за массой выгруженной частичной порции шихты осуществляется с помощью весовых тензометрических датчиков 3) и соответствующей ей порции стеклобоя в 1400 кг обеспечивается требуемое соотношение. Очевидно, что исходная производительность питателя 4 разгрузки шихты, обеспечивающая примерно за 1,5-2 минуты разгрузку 3000 кг из приемного бункера 2, при дозе в 600 кг должна быть в 5 раз меньше (3000:600 = 5), чтобы обеспечить равномерное послойное распределение стеклобоя по шихте на ленточном конвейере 5.
После выгрузки из приемного бункера 2 первой частичной дозы шихты в нем остается еще 2400 кг шихты или 4 частичных дозы, которые разгружаются в следующих циклах дозирования стеклобоя.
Пример №3.. Объем смесителя 3000 литров. Порция приготавливаемой шихты - 3000 кг. Масса дозируемой порции стеклобоя - 1500 кг (определяется полезным объемом типового дозатора стеклобоя в 1200 литров).
Для обеспечения процентного соотношения шихта/стеклобой 40:60 при массе порции дозируемого стеклобоя, равной 1500 кг, масса частичной порции шихты должна быть равна 1000 кг. При выгрузке 1000 кг шихты из приемного бункера (контроль за массой выгруженной частичной порции шихты осуществляется с помощью весовых тензометрических датчиков 3) и соответствующей ей порции стеклобоя в 1500 кг обеспечивается требуемое соотношение. Очевидно, что исходная производительность питателя 4 разгрузки шихты, обеспечивающая примерно за 1,5-2 минуты разгрузку 3000 кг из приемного бункера 2, при дозе в 1000 кг должна быть в 3 раза меньше (3000:1000 = 3), чтобы обеспечить равномерное послойное распределение стеклобоя по шихте на ленточном конвейере 5.
После выгрузки из приемного бункера 2 первой частичной дозы шихты в нем остается еще 2000 кг шихты или 2 частичных дозы, которые разгружаются в следующих циклах дозирования стеклобоя.
Пример №4. Объем смесителя 3000 литров. Порция приготавливаемой шихты - 3000 кг. Масса дозируемой порции стеклобоя - 1500 кг (определяется полезным объемом типового дозатора стеклобоя в 1200 литров).
Для обеспечения процентного соотношения шихта/стеклобой 50:50 при массе порции дозируемого стеклобоя, равной 1500 кг, масса частичной порции шихты должна быть равна 1500 кг. При выгрузке 1500 кг шихты из приемного бункера (контроль за массой выгруженной частичной порции шихты осуществляется с помощью весовых тензометрических датчиков 3) и соответствующей ей порции стеклобоя в 1500 кг обеспечивается требуемое соотношение. Очевидно, что исходная производительность питателя 4 разгрузки шихты, обеспечивающая примерно за 1,5-2 минуты разгрузку 3000 кг из приемного бункера 2, при дозе в 1500 кг должна быть в 2 раза меньше (3000:1500 = 2), чтобы обеспечить равномерное послойное распределение стеклобоя по шихте на ленточном конвейере 5.
После выгрузки из приемного бункера 2 первой частичной дозы шихты в нем остается еще 1500 кг шихты или 1 частичная доза, которая разгружаются в следующем цикле дозирования стеклобоя.
Пример №5. Объем смесителя 3000 литров. Порция приготавливаемой шихты - 3000 кг. Масса дозируемой порции стеклобоя - 1000 кг и уменьшается относительно своего максимального значения (масса дозы задается оператором персонального компьютера системы управления).
Для обеспечения процентного соотношения шихта/стеклобой 60:40 при массе порции дозируемого стеклобоя, равной 1000 кг, масса частичной порции шихты должна быть равна 1500 кг. При выгрузке 1500 кг шихты из приемного бункера (контроль за массой выгруженной частичной порции шихты осуществляется с помощью весовых тензометрических датчиков 3) и соответствующей ей порции стеклобоя в 1500 кг обеспечивается требуемое соотношение. Очевидно, что исходная производительность питателя 4 разгрузки шихты, обеспечивающая примерно за 1,5-2 минуты разгрузку 3000 кг из приемного бункера 2, при дозе в 1500 кг должна быть в 2 раза меньше (3000:1500 = 2), чтобы обеспечить равномерное послойное распределение стеклобоя по шихте на ленточном конвейере 5.
После выгрузки из приемного бункера 2 первой частичной дозы шихты в нем остается еще 1500 кг шихты или 1 частичная доза, которая разгружается в следующем цикле дозирования стеклобоя.
Также при необходимости можно порцию шихты, выгружаемую из смесителя в приемный бункер, разделять на 6 или на 7 частичных порций.
Таким образом, варьируя массой и количеством частичных доз шихты, выгружаемых из приемного бункера шихты, а также корректируя массу дозируемой порции стеклобоя в сторону ее снижения до 50% от ее максимально возможной массы при заданных конструктивных параметрах дозатора стеклобоя, возможно регулирование процентного соотношения шихта/стеклобой в более широком диапазоне от (70-80):(30-20) до (20-30):(80-70). Расширение пределов данного соотношения позволяет эффективно использовать образующиеся излишки собственного бесцветного стеклобоя при варке бесцветной стекломассы и увеличивать количество цветного стеклобоя в смеси с шихтой при варке коричневой и зеленой стекломассы. Причем изменение пределов соотношения шихта/стеклобой легко осуществляется в автоматическом режиме работы линии дозированной подачи шихты и стеклобоя в стекловаренную печь и производится оператором с пульта управления (персонального компьютера) путем изменения соответствующих уставок дозирования. При этом не требуется ни замена или модернизация существующего технологического оборудования, ни установка дополнительных дозаторов стеклобоя.
Источники информации
1. Ефременков В.В., Чалов В.П., Субботин К.Ю. и др. Способ управления загрузкой сырьевых материалов в стекловаренную печь // Патент РФ на изобретение №2172722 - зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 27 августа 2001 г.
2. Маневич В.Е., Субботин К.Ю., Ефременков В.В. Сырьевые материалы, шихта и стекловарение // Москва - РИФ - «Стройматериалы» - 2008 -224 С.