Способ управления охлаждением ленты стекла после отжига Советский патент 1987 года по МПК C03B25/00 

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам управления охлаждением ленты стекла.

Цель изобретения - повышение точности управления.

Способ осушествляют следующим образом.

Эффект максимального темпа охлаждения при минимальной вероятности разрушения ленты стекла достигается за счет удовлетворения ограничения на допустимые из условия прочности стекла суммарные напряжения по ширине ленты стекла при управлении плоскостными суммарными напряжениями в каждой зоне охлаждения.

Суммарные напряжения на поверхностях ленты стекла по ширине ленты в конкретном сечении по ее длине определяются суммой всех компонентов напряжений, действуюш,их в данном сечении a.(d, у) a7°(d, у)+ о/ - (d,y) + + а/-(у)+а, (у), a.v(-d, у) 07-° (-d, у)+ а. У (d, у)+

(у) а

п.ту

(1)

где (±d, у), 07-1 -У (id, у) - толщинные остаточные и термоупругие напряжения на верхней d и нижней -d поверхностях ленты по ее ширине;

(у), (у) - плоскостные остаточные и термоупругие напряжения по ширине ленты; X, у- координаты (X) по длине и (у)

по ширине ленты .

Толщинные остаточные напряжения формируются в зоне ответственного отжига и после этой зоны остаются неизменными. Они зависят от скорости охлаждения ленты стекла и вычисляются по известной зависимости

0;°(±d,y)4-10 4- h(y),

(2)

где d - полутолщина стекла; h (у) -скорость охлаждения стекла по ширине ленты в зоне ответственного отжига.

Скорость охлаждения h(y) вычисляется по формуле

h(y) IE(lbzJ XiILk

(3)

соответственно температуры поверхности стекла в начале и в конце зоны ответственного отжига по ширине ленты;

скорость движения ленты длина зоны ответственного

отжига.

(2) толщинные остаточвычисляются

07 (±d,)-TK(y)U

(4)

Напряжения aI-° (±d, у) на поверхностях ленты .сжимаюилие.

Плоскостные остаточные напряжения ci.(). распределенные по ширине ленты

5 после зоны ответственного отжига также неизменны вплоть до резки. На них при наличии в ленте градиентов температур по ширине накладываются термоупругие плоско стные напряжения (у). Фактическое распределение плоскостных напряжений в

ленте о(у) стекла определяется их суммой

) «Г(у)+0.-Му).(5)

Поэтому сигнал с датчика контроля плоскостных напряжений (поляриметров) пропорционален величине суммарных плоскостных напряжений о (у). При этом остаточные толш,инные напряжения (d, у) вычисляются по формуле (4) и неизменны по длине линии. Суммарные плоскостные напряжения 0() контролируются поляри- метрами после каждой зоны охлаждения. Толшинные термоупругие напряжения (±d, у) можно вычислить как

(d, у)

ЕР .

1Т(у) -T(d,y), (6)

где Е - модуль упругости;

Р - коэффициент линейного теплового расширения;

V - коэффициент Пуассона; Т (у) - средняя по толш,ине температура

стекла по ширине ленты; T(d,y) температура поверхности стекла

по ширине ленты.

Таким образом, расчет толшинных термоупругих напряжений основан на информации о распределении температур по толщине стекла в каждой из зон управления по ширине ленты. Температура стекла для данной температурной области (ниже 400°С) с высокой степенью точности описывается управлением нестационарной теплопроводности.

T(y,z) To(y,z) + в Тв- To(y,z);

(7)

45

f A«cos M.(l -n) (8)

(9)

/

(I)

2B,VM +Bf М„(М,+ В,)

(10)

50

D a-dX ,-. at

В,- - ;

К

;ii-i4)

55 и для средней по толщине стекла температуре

Т(у) (у,г)-То

:i5)

8 ;Вл

АЯ М.

sinMn

(16- 17)

10

де Т (у, z) -распределение температур по 5 толщине стекла в различных сечениях по ширине ленты; o(yiz) -начальное распределение температур;

Те - температура охлаждающей среды (воздуха); в, в - параметры температуры;

В, - критерий В, (безразмерный

критерий теплообмена); FO - критерий Фурье (безразмерное

время);15

М„ - корни трансцендентного управления;

Z -коэффициент теплоотдачи; d - полутолщина стекла;

К -коэффициент теплопроводности;20т|- безразмерная толщина; а- коэффициент температуропроводности;t - время; L2 - длина устройства охлаждения;

V - скорость ленты. Коэффициент теплоотдачи а связан с авлением воздуха в устройстве охлаждеия выражением.

a(y)0,286f-X

25

30

X О 48 иУ2Р(у)ре.Х.рв А 4-0,145

0,625

где К

коэффициент теплопроводности воздуха;

X - щаг сопл в устройстве охлаждения; и -коэффициент формы сопла; Р(у) -распределение давлений в зонах

устройства охлаждения; р - плотность воздуха по щирине ленты

стекла; , А- коэффициент; Z Z. - расстояние до стекла; D - диаметр сопл.

При существующих скоростях движения ленты стекла и размерах устройств охлаждения критерий FO 0,3. При этих условиях в уравнении (8) и (16) можно ограничиться только одним (первым) членом суммы. Рещение уравнения (9) для п 1 имеет табличную запись. Тогда, зная заранее параметры устройства охлаждения, X, D, ZZ, А, и и теплофизические характеристики воздуха р, К, а также контролируя давление воздуха в зонах Р(у), легко вычисляется распределение коэффициентов теплоотдачи d (у) в зонах устройства охлаждения по щирине ленты. С учетом постоянства ряда параметров формула (18) преобразуется

а(у;

10

5

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Зная d(y), по выражению (11) находим В и при h 1 М„. Затем по (8) с учетом (12-13) в, А. по (16-::;17) в.

Температуры Т (у, z), Т(у) по измеренным начальным температурам То (у, z) ТО(У) при z d и постоянной температуре воздуха Тв 20 С находим по формулам (7) и (15).

При симметричном охлаждении ленты стекла, что имеет место на действующих линиях, достаточно контролировать температуру одной из поверхностей стекла. Кроме того, с учетом быстрого выравнивания температур по сечении (толщине) стекла на участках естественной конвекции, предщест- вующих устройствам интенсивного охлаждения, начальная температура по толщине стекла равномерна и равна температуре поверхности.

То (у, z) TO (у), при z d.

По дставляя распределение температур Т (у, z); Т (у) по щирине ленты стекла при симметричном охлаждении в формулу (6) легко вычисляются толщинные термоупругие напряжения о

(У- d).

На фиг. 1 изображена, функциональная схема системы управления, реализующая способ; на фиг. 2 - графики распределения компонент суммарных напряжений ax(d, у) температур стекла Т (у) по щирине „тенты после устройства охлаждения, давления воздуха в зонах устройства охлаждения Р(у) для двух вариантов, когда 0j:(d, у)ах и когда a.v(d, у) а ; на фиг. 3 - структурная схема расчета толщинных остаточных напряжений; на фиг. 4 - структурная схема расчета толщинных термоупругих напряжений; на фиг. 5 - схема расположения датчиков контроля.

Система управления (фиг. 1) содержит датчик 1 суммарных плоскостных напряжений Ох (у), выполненный в виде поляриметра и перемещающегося за счет системы 2 сканирования поперек ленты, приводимой в движение электрическим приводом 3, задат- чики 4 требуемого распределения суммарных плоскостных напряжения a( y) после устройства охлаждения 5, регуляторы 6 (тип Р 25) управления напряжениями аГ(у) в зонах устройства охлаждения, исполнительные механизмы 7, регулирующие заслонки 8 расхода воздуха в зонах управления, регулирующая заслонка 9 на общем воздуховоде, датчики 10 контроля давления воздуха в зонах управления, датчик 11 контроля температуры поверхности ленты 12 стекла, перемещаемый поперек ленты за счет системы 13 сканирования с приводом 14,датчики 15 и 16 -температуры соответственно начала и конца зоны ответственного отжига, вычислительный блок 17 толщинных остаточных напряжений (±d, ,у), датчик 18 контроля толщины стекла, датчик 19 скорости ленты стекла, задатчик 20 длины зоны

ответственного отжига, задатчик 21 зоны охлаждения, вычислительный блок 22 толщин- ных термоупругих напряжений {±d, у), сумматор 23, задатчик 24 допустимых значений суммарных растягивающих напряжений ал:(у), регулятор 25 общего темпа охлаждения.

На фиг. 2 представлены графики: 26 - распределение остаточных плоскостных напряжений (у); 27 - (у) начальные термоупругие плоскостные напряжения; 28 - Л (у) - начальные суммарные плоскостные напряжения; 29 - толщинные остаточные напряжения Ох - (d, у); 30 - (d у) - начальные толщинные термоупругие напряжения; 31 - ст допустимые величины суммарных напряжений; 32 - сгх(у) начальные суммарные напряжения; 33 - Т (у) начальное распределение температур после .устройства охлаждения, 34 - Р(у) начальное распределение давлений воздуха в зонах по щирине устройства охлаждения, 35 - заданные суммарные плоскостные напряжения (у); 36 - распределение температур (Т/у) после управления напряжениями Ох (у); 37 - распределение напряжений (у) после управления а(у); 38 - распределение напряжений aj (у) после управления а (у); 39 - суммарные ax(y) после управления al:(y); 40 - напряжения aj (d, у) после управления Ох(у); 41 - ах(у) после снижения общего расхода воздуха; 42 - распределение температур Т (у) после снижения общего расхода воздуха; 43 - изменение расхода Q(y) воздуха по щирине ленты после уменьшения общего расхода; 44 - изменение расхода Q(y) воздуха после управления о(у).

Способ осуществляют следующим образом.

Лента стекла 12 выходит из печи отжига со сложившимися и неизменными остато- точными толщинными (z, у) -29 (фиг.2) и плоскостными (у) - 26 напряжениями.

Остаточные плоскостные напряжения (у) - 26, накладываясь (5) на плоскостные термоупругие напряжения - 27 (фиг. 2), определяют реальное поле плоскостных напряжений в ленте после устройства ох лаждения и равны суммарным сг (у) - 28. Поскольку суммарные qj(y) контролируются датчиком 1, то необходимость контроля отдельно ст/° (у) и (у) отпадают В то же время непосредственно в движущейся ленте стекла измерить толщинные остаточные а х {7.,у - 29 и термоупругие о (7. у) - 30 напряжения как в сумме, так и в отдельности невозможно.

Поэтому контроль их возможен лишь расчетными методами.

Толщинные остаточные напряжения оТ° (d, у) вычисляют в блоке 17.

На фиг. 3 представлена структурная схема блока 17 вычисления по формуле

0

0

5

0

5

0

5

0

5

(4) остаточных толщинных напряжений 6r(d, у).

Блок 17 выполнен на стандартной аппаратуре на базе системы «Каскад. На вход блока 17 в определенные моменты времени с учетом скорости ленты, например для скорости ленты 1000 м/час, толщины 3 мм период вычисления остаточных толщинных напряжений может быть 1 ч. Подают сигналы от датчиков 15 и 16 контроля температур поверхности стекла в начале и в конце зоны ответственного отжига, а также сигналы от датчиков 18 толщины стекла, 19 скорости ленты, задатчика 20 длины зоны ответственного отжига. На выходе 17 сигнал ГСП (О-5 мА) пропорционален величине остаточных толщинных напряжений на поверхностях ленты аТ (±d, у), в каждой из зон по щирине ленты. При этом оси измерения, т.е. расстановка точек контроля (фиг. 5), едины для всей системы. Ось измерения проходит по середине каждой из зоны управления устройства охлаждения 5. Поэтому приводимые в движение приводами 14, устройства 13 и 2 сканирования датчик 11 температуры стекла и датчик 1 контроля плоскостных суммарных напряжений a1(y) поперек ленты передают информацию на другие устройства лишь в моменты пересечения ими измерительных осей (фиг. 5).

Полученная с датчика 1 информация о суммарных плоскостных напряжениях 0у(у) - 28 на входах регуляторов 6 сравнивается с сигналами от задатчиков 4 заданной формы и величины суммарных плоскостных напряжений 05 (у) - 35. При наличии разбаланса регуляторы 6 изменяют через исполнительные механизмы 7 положение заслонок 8 на трубопроводах подачи Q(y) - 44 воздуха в зоны устройства 5 охлаждения. Причем закономерность управления плоскостными напряжениями выражается соотношением (5). При повышенном уровне остаточных плоскостных напряжений аГ ° (у) - 26 увеличатся и суммарные плоскостные о (у) - 28, что приведет к увеличению сжатия на бортах и соответственному увеличению растяжения в центре ленты графики (фиг. 2) 26, 27, 28. Для приведения напряжений ах(у) - 28 к заданным (у) - 35 необходимо увеличить расход воздуха на бортовые зоны и уменьшить в центральной. Это приведет к созданию дополнительных градиентов температур Т (у) - 36 (фиг. 2) по ширине ленты и к увеличению растягивающих термоупругих плоскостных напряжений af- (у) - 37 на бортах и сжатия в центре. Согласно (5) суммарные плоскостные 05 (у) - 28 придут в норму, т.е. в соответствие с заданными а}(у) - 35 на за- датчиках 4.

Однако такое дополнительное охлаждение в бортовых зонах устройства 5 охлаждения может привести к разрушению ленты стекла из-за появления больших растягивающих термоупругих напряжений X X(±d, у) - 38 на поверхностях ленты. Поскольку ответственными за прочность стекла являются суммарные напряжения aj(±d, у) - 39, определяемые по (1), то для их сравнения с допустимой величиной а;| - 3 необходимо знать напряжения (±d, у) - 38 в зонах управления, для чего используется блок 22.

Блок 22 предназначен для реализации вычислительных процедур.

На фиг. 4 представлена структурная схема блока 22 со ссылками на конкретные расчетные зависимости (алгоритмы), приведенные в описании. Блок 22 может быть реализован, например, с помощью контроллера «Электроника К1-20. Для осуществления вычислительных процедур на вход блока 22 подают информацию от датчиков толщины 18, скорости 19 ленты стекла, длины зоны охлаждения 21, а также давления воздуха Р(У) - 10 в зонах управления по щирине ленты. Кроме того, в вычислительный блок 22 вносят постоянную информацию о конструктивных параметрах устройства охлаждения, таких как щаг отверстий X, диаметр отверстий D, расстояние до стекла ZZ, а также информацию о теплофизических параметрах стекла и воздуха, В указанных точках по ширине ленты стекла (фиг. 5) на вход блока 22 поступает информация от датчика 11 температуры стекла до устройства охлаждения 5. Переработав эту информацию в соответствии с приведенными алгоритмами (6-19) по структурной схеме (фиг. 4) на выходе блока 22 сигнал ГСП (О-5 мА) пропорционален толщинным термоупругим напряжениям на поверхностях ленты в зонах управления о/- - (±d, у) - 38. Полученную информацию с блоков 17 (±d, у) - 29 и блока 22 ст/- (±d, у) - 30, 38 суммируют в сумматоре 23 с сигналами от датчика 1, пропорционального о(у) - 28. Как показано выше, сигналы со всех элементов системы приведены к единому типу сигналов ГСП О-5 мА. Поэтому выходной сигнал с блока 23 суммирования пропорционален текущим суммарным напряжениям ОХ(У) - 32, 39 и также является сигналом ГСП. (О-5 мА). Его совместно с сигналом зад атчика 24, допустимых по пределу прочности растягивающих напряжений а - 31, подают на вход регулятора 25 общего темпа охлаждения.

При превышении о(у) - 39 уровня 0 - 35 регулятор 25 через исполнительный механизм 7 управляет заслонкой 9 на общем трубопроводе, уменьшая общий расход Q(y) - 43 воздуха на устройство охлаждения. Тем самым уменьшают коэффициенты теплоотдачи а(у) в зонах управления, что согласно алгоритму (6-19) расчета толщин5 ных термоупругих напряжений (±d, у)- 40 уменьщает растяжение на поверхности ленты стекла. При этом суммарные напряжения Ох (у) - 41 приходят в норну- При значении суммарных напряжений ал-(у) меньQ ще допустимых а регулятор 25 увеличивает общий расход воздуха, чем интенсифицирует темп охлаждения до тех пор, пока суммарные ах(у) не достигнут допустимых Оу - 31. В этой ситуации, как и в предыдущей, темп охлаждения выбран мак15 симальный по условию прочности . При управлении общим расходом воздуха через регулятор 25 не требуется вмешательства регуляторов 6, так как значения в зонах управления одинаковы.

Способ позволяет обеспечить заданное

0 распределение суммарных плоскостных напряжений в ленте стекла при изменении качества отжига в щироких пределах и при условии максимально возможной на имеющемся оборудовании интенсивности тепло5 отбора. Предлагаемый 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 гаранти0 рует сохранение качества листового стекла при хранении и транспортировке.

Формула изобретения

Способ управления охлаждением ленты 5 стекла после отжига, включающий измерение температур и суммарных плоскостных напряжений по щирине ленты стекла в отдельных зонах участка охлаждения, сравнения их с заданными и изменение расхода охлаждающего агента по ширине ленты стекла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, дополнительно измеряют температуры ленты стекла в начале и конце зоны отжига, определяют по ним толщинные остаточные напряжения. г рассчитывают толщинные термоупругие напряжения по щирине ленты стекла на участке охлаждения и суммируют их с суммарными плоскостными напряжениями ,по ширине ленты стекла, сравнивают полученные суммы с заданной и при отклонении ее 0 от заданного значения корректируют в обратно пропорциональной зависимости общий расход охлаждающего агента.

0

cpiie.l

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 суммарные плоскостные напряжения по ширине ленты стекла в отдельных зонах, сравнивают их с заданными, изменяют расход охлаждающего агента по ширине ленты стекла, дополнительно измеряют температуры ленты стекла в начале и в конце зоны ответственного отжига, определяют по ним то.тшин- ные термоупругие напряжения, суммируют их с суммарными плоскостными напряжениями по ширине ленты стекла, сравнивают полученные суммы с заданной и при отклонении ее от заданного значения перед изменением расхода охлаждаюшего агента корректируют в обратно пропорциональной зависимости обший расход охлаждаюшего агента. 5 ил. (Л оо со 00 оо

бх fa. У),

noo

200

Q(,

Тн(1 Ml TMf2} ) )

Taly} d V

pfy

Ы y/T/yeyff/re u

yrrjycf e uA

(риг.