Способ управления охлаждением ленты стекла после отжига

(51) 4 ГОСУДАРС ПО ДЕЛАМ ЗОБРЕТ ИСАРлс,онах,ми,ание тдельных значени ествляют позонно регулиро е ленты с ости изме отбора тв зависим ла по шири сти от раз кла оне. В за енных и з лоскостей ры в кажтв етс тв ую ю темпео а, Опреразностьюой и базовымкоторой озможный ра де змереннои температ междприустарасх од хладаг суммы баз туры стек ода хлада с олученным суммам навливают н ННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Киевский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института по ав-. томатизации .предприятий промьшленнос ти строительных материалов (72) Б.И.Покрасс, А.А.Бялик, ВП.Кононко и С.Э.Уманский (53) 691.6(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР Р 1131837, кл. С 03 В 23/02, 1 983.Авторское свидетельство СССР У 1330088, кл, С 03 В 25/00, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ЛЕНТЫ СТЕКЛА ПОСЛЕ ОТЖИГА (57) Изобретение .относится к стекольной промышленности, в частности к способам управления охлаждением ленты стекла, и позволяет повысить точность управления, Для достижения этой цели измеряют температуры и сум марные плоскостные напряжения по ширине ленты стекла всравнивают с заданнь аданного параметров в каждо симости от разности иэмеданных значений суммарныхнапряжений вычисляют бае приращения температу зоне регулирования, соо требуемому распределен ур по ширине ленты стек яют зону с максимальной ащением температуры,навливают максимально нта, Определяют в зовых приращений и тема в зоне максимального ента и пропорциональанное значение температчры стекла в этих зонах. . илИзобретение относится к стекольнойпромышленности, в частности к способам управления охлаждением лентыстекла.Целью .изобретения является повышение точности управления,Существо способа заключается вследующем.После зоны ответственного отжигав ленте стекла существуют суммарныеплоскостные напряжения, состоящиеиз остаточных плоскостных напряженийб (у), возникающих в зоне ответственного отжига, и далее остающихсянеизменными. Эти напряжения установлены по ширине ленты, т,е,2.Ьбхау = О, (1)огде 2 В - ширина ленты; 20х, у - коэффициенты направленныевдоль и поперек ленты.Второй составляющей суммарныхплоскостных напряжений являются термоупрчгие плоскостные напряжениятуб" (у), определяемые существующим вданный момент распределением температур Т(у), вычисляемые по формуле:2 В 30(2)где Е - модуль упругости;термический коэффициент линейного расширения;.2 В - ширина ленты стекла;х, у - координаты соответственновдоль ленты и поперек;Т(у) - имеющиеся распределениятемператур по ширине ленты,Тогда суммарные плоскостные напряжения выражаются:б = б (у) +бЬ) . (3)Именно они (7 х(у) и определяют реальное напряженное состояние ленты на участке охлаждения и при резке, При высоких скоростях охлаждения стекла происходит выравнивание температур по ширине ленты, что приводит к исчезновению термоупругих напряжетчний бх(у). Тогда суммарные напряжения х(у) соответствуют остаточнымобх(у)-. 11 ри некачественном отжиге, характеризующимся нерациональным рас пределением плоскостных остаточных напряжений или их повышенным уровнем, отсутствие термоупругих напряженийц(з (у) может привести к разрушению ленты на рольганге или к затруднениям при резке.Данный способ позволяет интенсифицировать охлаждение стекла после отжига без ухудшения качества резки. Эффект достигается за счет целенаправленного изменения переменной компоненты б хо(у) суммарных плоскостныхтчнапряжений (7(у) при их отклоненииФот заданной формы бх (у) . Для этого изменяют форму распределения температур по ширине ленты стекла Т(у) таким образом, чтобы порождаемое им новое поле термоупрутих напряжений (з "(у) привело суммарные напряжения тчх 1(4) к заданному б х (у), Тогда в соответствии с принципом суперпозиции имеющееся поле термоупругих напряжений .5 "(у) сложится с новыми напряжениятчхоми (7 (у), полученными в результате треб уемог о в идо измен ения эпюры темп ератур Т(у) Требуемое распределение Т(у) можно вычислить из выражения бЬ) = бЬ) + бф Ь) +Ох," (6) или с учетом (4) Термоупругие плоскостные напряжения Б (у), вычисляемые по уравне.нию (2), зависят не от абсолютных значений температур, а от формы их распределения по ширине ленты, Благодаря .этому способ обеспечивает наряду с устранением нежелательных проявлений некачественного отжига максимальный для конкретных устройств охлаждения теплоотбор.На фиг. 1 изображена функциональная схема системы управления на базе средств локальной автоматики, реализующей способ; на фиг. 2 - эпюры распределения температур и плоскостных напряжений по ширине ленты стекла; на фиг3 - структурная схема вы+2 числительного блока; на фиг. 4 принципиальная схема узла определения максимального сигнала вычислительного блока; на фиг. 5 - принципиальная схема блока определения ка 5 нала максимального теплоотбора; на фиг. 6 - принципиальная схема коммутатора.Реализация способа представлена на примере трехзонной системы управления.Система содержит датчики 1, каждый из которых контролирует уровень суммарных плоскостных напряжений в соответствующей зоне управления, эа-датчики 2 допустимых значений напряжений в каждой зоне, блоки 3 сравнения, вычислительный блок 4, датчики 5 температуры в каждой зоне, блоки 6 вычитания, блок 7 определения зоны максимального теплоотбора, коммутаторы 8 и 9, блоки 10 суммирования, регуляторы 11, исполнительные механиз-. мы 12, управляющие расходом воздуха, 25 поступающего через устройство 13 охлаждения на стекло 14 в зоны 15 - 17. Эпюра р представляет фактическое распределение суммарных плоскостных напряжений по ширине ленты стекла, эпюра Г - заданное распределение суммарных плоскостных напряжений в лен.те перед резкой, эпюра ь - фактическое распределение температур по ширине ленты, эпюра 2 - требуемое рас.пределение температур по ширине ленты стекла, ) - базовые приращения температур в каждой зоне, Система содержит также блоки 18 и 19 определения максимума (фиг, 4), выходные реле 20 - 23 с соответствующими этим реле замыкающими контактами 242 вбф(у,) -б(у,) = е/) -у(у)ду1о2 Ех (уЗ) (х (уэ) ЕР Но При этом количество уравнений в системе должны соответствовать количеству точек контроля напряжений Я (у) по ширине ленты и точек задахния эпюры бх (у). Количество неизвестных температур Т(у) также равно порядку системы уравнений (8). Из 19427, реле 28 - 30, блоки 31 и 32 определения максимума и реле 33 - 35 (фиг. 5).Способ осуществляется следующим образом, .Лента стекла 14 выходит из печи отжига со сложившейся картиной суммарных плоскостных напряжений эпюра О, которая характеризуется существенной асимметрией и высоким уровнем напряжений. Резка такого стекла зат" руднительна и, как правило, сопряжена со значительным браком. Нормальной эпюрой суммарных напряжений для обеспечения эффективного раскроя ленты стекла является эпюра 1 9 со сжатием на бортах не более 150 нм/см. Датчики 1 напряжений, например поля" риметры, измеряют текущие значения суммарных напряжений в установленных точках контроля в зонах 15 - 17 и формируют сигналы, пропорциональные напряжениям, поступающим на входы соответствующих блоков 8 сравнения типа сумматора А 04, где сравниваются с сигналами, пропорциональными допустимым значениям суммарных плоскостных напряжений, которыеформируются задатчиками 2 (тип ЗУ) в соответствии с эпюрой О . С выходов блока 3 сравнения сигналы, пропорциональные отклонениям фактических значений напряжений бх (у) от допустимых 5(у), поступают в вычислительный блок 4.В блоке 4 на основе решения уравнений (2), (6), (7) отыскивается требуемая форма распределения температур для устранения рассогласования эпюры а суммарных напряжений от эа" данной Г . Для этого необходимо решить систему уравнений 26т(у) (у - в)ау - т(у )( -В 1-- 1 т(у)(у - в)ау - т(у ) (8)3 вестными в системе 8 являются Е, , (у(У)у Уу б (у), а искомыми Т(у), Для решения системы 8 на вычислительных средствах локальной автоматики системы "каскад" преобразуем интегралы в (8) в суммы, для чего заменим интегралы правой части (8)(9)(у ) - (з (у ) = - -( --+ т ) + -- - - -) к % ЕВВ Т+ Тз к 2 2 т ,т - в)твт - в)2 г- ест, (У ) (Э (У ) = - -( --- + Т ) + вт-в - -к . е 9 в т,+ т, к ) 3- + т,т, - в) - вт, 1 в) Далее после приведения подобных членов получаем А(Т, + Т + 2 тг) + С,(Т,а,+ а Тэ+ А(Т, + Тз+ 2 Т ) + Сй(а Т,+ а Т + А(Т + Тз+ 2 тг) + Св(аТ + азТэ+ 2 агТ) -Т,; йб, =б1(5 э = 2 а Тг) - Т,;2 а Т ) - Т . (1 1) Или после преобразований: 13 = Т, а+ Тга + тэа. аб = Т,а, + Тгагг+ Тэазз ,66;= Та, + Т,азг+ Т,азз в (12) где а = А + С,а, - 1; а.= А + Сга; а,= А+ Сга,; а,г= 2 А+ Саг; а,г= - 2 А + 2 Сгаг; азг = 2 А + Сзаг , аэ = А + С,аз, "гзА + Сгазв азз = А + С а,-1; а,= у - В; А = у - В;ю у В2 Вгг 2 ВВС = А = Е 3/62 ВТогда решение системы (12) получаем в виде Ь т(У) = Т(У вяк ) Т(У) ПТ =Т =Тз=П(15) где Р, П , Пз - миноры; 0 - определитель матрицы Определитель матрицы (3)3) для данного примера определяется как- аэ а,г).(14) Фрагмент структурной схемы решения системы 12 на типовых блоках Системы "Каскад" (А 04 - блок с умми " приближенными формулами методатрапецииТ + Тт(у)1 у = в (- в в+ т,)Огвт(у) (у - в) ау:о5Подставив эти приближенные формулы в (8), получаемрования, А 31 - блок умножения, А 32блок деления) представлен на фиг, 3.Полученное в результате решения сис темы (12) распределение Т(у) отражает не истинные значения температур, а требуемую форму распределения тем-.ператур по ширине ленты удобнее пред. ставить в виде относительных приращений каждой из точек массива Т(у) относительно максимального значения. Т(у). Тогда из полученных результатов решения системы (12) находим максимальное значение Т(у) и от носительно него вычисляем приращения Ьт(у), а в остальных Операции отыскания максимальногозначения Т(у,) из распределения реализуются в блоке 4 также на аппара 5 р туре "Каскад с помощью блоков определения максимума типа БСК-П (фиг, 4).Стандартный блок определения максимума БСК-П позволяет выделить и пропустить на свой выход максимальный из двух поданных на его вход сигналов. Кроме того, выходные реле каналов 20 - 23 срабатывают соответственно каналу с максимальным сигналом, Для отыскания максимального изтрех сигналов необходимо использовать два блока 18 и 19 БСК-П в соответствии со схемой, изображенной на фиг 4. Тогда сочетание контактов выходных реле 24 - 27 позволяет определить максимальный из трех сигналов Т(уц). А реле 28 - 30 соответственно зафиксируют эту ситуацию, С помощью их выходных контактов обеспечивается, как показано на фиг, 4, О вычитание из максимального сигнала Т(у,) двух других и определение базоных приращений температур 4 Т(у).В результате вычислительных операций в блоке 4 получаем значения базовых 5 приращений 3 в каждой из зон 15 - 17 управления, Сигналы, пропорциональные базовым приращениям, с блока 4 поступают на выходы блоков 6 вычитания и блоков 10 суммирования, соот ветственно выполненных на типовых блоках суммирования системы "Каскад" А 04. На вторые входы блоков 6 поступают сигналы от датчиков 5 температуры, например пирометров системы 25 АПИР-С, пропорциональные текущим значениям температуры стекла в соответствующей зоне.Сигналы пропорциональны разностям между измеренным значением темпера туры в каждой зоне и соответствующим базовым приращением - эпюра 3 . В примере, показанном на фиг, 2 такой зоной является зона 15, Блок 7 также(может быть реализован на стандартных средствах системы "Каскад" типа ВСК-П 36 и 37 и аналогичен узлу нахождения максимума в вычислительном блоке 4. Выходными сигналами блока 7 служат замкнутые контакты, реле 33 - 40 35 соответствующего зоне с максимальной равностью, С помощью контактов выходных реле 33 - 35 блока 7 обеспечивается управление коммутатором 8, выполненным на базе реле, на пример типа ПЗ. Коммутатор 8 своими выходными контактами обеспечивает перевод исполнительного механизма 12 зоны 15 в положение полностью открытой заслонки, что обеспечивает в этой зоне максимальный теплоотбор за счет максимального расхода воздуха. Перевод исполнительного механизма 12 зоны 15 можно осуществить путем переключения его управляющих цепей с помощью контактов выходных реле коммутатора 8При этой операции выход регулятора 11 зоны 15 через аналогичные цепи коммутатора 8 заканчивается. Одно - 2 А + 2 С а -1; а =- 2 А + С а= А+С а -1; а = у - В", Л = у - В;временно управляющий сигнал блока 7 внице включения одного из трех выходныхреле для данного примера трехсекционного упранления, соответствующегозоне максимального теплоотбара переключает нь 1 ходные цепи коммутатора 9(тип А 04) эон 16 и 17, Управление исполнительными механизмами 12 в зонах16 и 17 осуществляется при помощирегуляторов 11 в зависимости от температуры стекла 14 в каждой зоне и еезаданным значением. Сигналы, пропорциональные текущим значениям температуры стекла, поступают с датчиков 5 температуры, а сигналы задания формируются за счет суммированияв блоках 1 0 сигналов с блока 4, пропорциональных базовым приращениямтемпературы 8 зон 16, 17, с сигналомс датчика 5 температуры зоны 15 максимального теплоотбора. Таким образом, воспроизводится и поддерживается регуляторами 11 зон 16 и 17 требуемое распределение температур 2 поширине ленты стекла при максимальномтемпе охлаждения,При измерении распределениясуммарных плоскостных напряжений в лентестекла 14 в блоке 4 изменяется величина базовых .приращений температуры3, т,е, изменяется форма необходимого температурногораспределения . поширине ленты для устранения рассогласования эпюры напряжений с от заданной а . При этом изменяются значенияразностей между текущими температурами в каждой зоне и соответствующимибазовыми приращениями 3 и любая иэзон 15 - 17 может оказаться заной,требующей максимального теплоотбора. Эту зону определяет блок 7, посигналу которого коммутаторы 8 и 9произведут соответствующие переключения, переводя исполнительный механизм 2 новой зоны максимального теплоотбора 6 в положение полностью открытой заслонки, а к блокам 10 суммирования остальных зон подключаетдатчик 5 температуры зоны максимального теплоотбора.Своевременное изменение заданиярегулятором отбора тепла н отдельныхзонах позволит стабилизировать напряженное состояние ленты стекла у резки за счет создания термоупругих плоскостных напряжений, обратных по знаку остаточным плоскостным напряжениям, возникшим в процессе отжига ленты, Способ позволит обеспечить заданное распределение суммарных плоскостных напряжений в ленте стек" ла при изменении качества отжига в широких пределах и при условии максимально возможной на имеющемся оборудовании интенсивности теплоотбора. Тем самым, способ позволяет значительно интенсифицировать процесс охлаждения ленты стекла после отжига и обеспечить удовлетворительные условия резки ленты стекла на мерные форматы при минимальной температуре стекла. Это гарантирует сохранение качества листового стекла при хранении и транспортировке,Увеличение коэффициента использования стекломассы. на 17. обеспечи ;вает годовой экономический эффект около 100,0 тыс, руб, для одной линии. Кроме того, предлагаемый способ позволит осуществить интенсивное охлаждение ленты стекла непосредственно после отжига, начиная с температур 400 С, Средняя скорость охлаждения стекла в диапазоне температуро400-500 С по данным расчета составляет для толщины стекла 5 мм 89 С/мин. Таким образом при существующих скоростях выработки стекла 5 ммовремя охлащцения с 400 до 50 С составит около 5 мин, что соответствует участку печи длиной 40 м, в то время, как в существующих конструкциях печей отжига типа ПКС этот участок составляет более 100 м. За счет этого может быть достигнуто сокращение капитальных затрат на сооружение линий на 157., что составляет не менее 500 тыс.руб.Формула и з о б р е т е н и яСпособ управления охлаждением ленты стекла после отжига, включающий измерение температуры и,суммарных плоскостных напряжений по ширине ленты стекла в отдельных зонах, сравнение с заданными значениями и поэонное регулирование отбора тепла по ширине ленты стеклав зависимости от разности измеренного и заданного параметров в каждой зоне, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности управления, в зависимости от разности измеренных и заданных значений суммарных плос" костных напряжений вычисляют базовые приращения температуры в каждой зоне регулирования, соответствующие требуемому распределению температур по ширине ленты стекла, определяют зону с максимальной разностью измеренной температуры и базового приращения температурь, в которой устанавливают максимально возможный расход хлад- агента, определяют в зонах сумм базовых приращений и температуры стекла в. зоне максимального расхода хлад- агента и пропорционально полученным суммам устанавливают заданное значение температуры стекла в этих зонах.14 2871 9 Зона 15 Зона И Зона 7 Составитель А Кузнеор С, Патрушева Техред А.Кравчук ректор А, Обруча 09 За сно 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 2 б ВНИИПИ Госу по делам 13035, Москва