Đề tài luận văn này là một phần của đề tài độc lập cấp nhà nước nói trên và chỉ tập trung nghiên cứu phương pháp xây dựng trường nhiệt độ trong buồng dưỡng hộ ngói qua đó điều khiển nguồ
TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined
Đặt vấn đề
Ngói là vật liệu xây dựng phổ biến từ quá khứ đến hiện tại, nó phù hợp với nhiều kiểu kiến trúc từ bình dân đến các không gian sang trọng và đặc biệt được ưu thích bởi khả năng cách nhiệt tự nhiên Với các công nghệ truyền thống, ở đó người ta sử dụng đất sét và nung ngói bằng các nguồn nhiệt sinh ra từ nhiên liệu hóa thạch hoặc vật liệu hữu cơ như than củi việc này vừa gây ổ nhiễm khí thải, nước thải và sử dụng tài nguyên Ngày nay do nhu cầu vật liệu xây dựng gia tăng mạnh mẽ cộng với áp lực bảo vệ môi trường, các loại vật liệu xây dựng như gạch, ngói chuyển sang sử dụng các vật liệu và công nghệ không nung phi kiểu truyền thống Tại Việt Nam theo phê duyệt của Thủ Tướng Chính Phủ về quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 (số 1469/QĐ-TTg ngày 22/8/2014): ngành vật liệu xây dựng sẽ được ưu tiên phát triển theo hướng ổn định bền vững trên cơ sở sử dụng tài nguyên hiệu quả, ứng dụng các công nghệ hiện đại tiết kiệm nguyên, nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao công suất, chất lượng sản phẩm Trong quyết định này vật liệu xi măng cát được đặc biệt chú trọng vì nguồn nguyên liệu phong phú đồng thời đáp ứng được tiêu chí sản xuất xanh và sản phẩm phù hợp với đặc điểm khí hậu, tập quán xây dựng của Việt Nam Đề tài độc lập cấp nhà nước tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo dây chuyền đồng bộ tự động cán ép liên tục ngói xi măng - cát- cốt sợi polyme” mã số tài: ĐTĐLCN.18/17 là một công trình có mục đích tạo ra một dây chuyền sản xuất ngói không nung với vật liệu là xi măng, cát và sợi polyme do Tổ chức Chủ trì: Viện Cơ điện tử CIE (MICIE)- Thuộc Công ty CP Tập đoàn Xây dựng và thiết bị công nghiệp Địa chỉ tổ chức: Tầng 19, Tòa nhà Gelex, số 52 Phố Lê Đại Hành - Quận Hai Bà Trưng -TP Hà Nội
Chủ nhiệm Đề tài: KS Hoàng Anh Sơn thực hiện
Nội dung của đề tài này là nghiên cứu thiết kế, chế tạo dây chuyền sản xuất ngói không nung hoàn thiện từ khâu trộn tự động nguyên liệu, cán ép tạo hình, dưỡng hộ và tách lấy ngói
10 Đề tài luận văn này là một phần của đề tài độc lập cấp nhà nước nói trên và chỉ tập trung nghiên cứu phương pháp xây dựng trường nhiệt độ trong buồng dưỡng hộ ngói qua đó điều khiển nguồn nhiệt cấp vào buồng dưỡng theo chế độ hợp lý , cụ thể là đo sự phân bố của trường nhiệt độ trong buồng dưỡng dựa trên kỹ thuật mô hình hóa bằng hàm dạng Đây là khâu không chỉ đẩy nhanh quá trình rắn hóa vật liệu sau khi ép để tăng năng suất mà còn quyết định đến độ đồng đều của sản phẩm Với những quan điểm như trên đề tài có tính cấp thiết không chỉ từ góc độ môi trường mà còn có quan hệ đến năng suất và chất lượng vật liệu xây dựng, yếu tố quyết định của việc được cấp phép đưa vào sản xuất và lưu hành sản phẩm Nghiên cứu này là cơ sở cho biết việc thiết kế và bố trí sản phẩm trong buồng dưỡng đã đạt yêu cầu hay chưa, nó là cơ sở định lượng để điều chỉnh năng lượng tiêu hao cho nguyên công sấy đạt được hai chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đồng thời.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu đề xuất phương pháp đo và kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác trên cơ sở nội suy gián tiếp Sử dụng các thiết bị đo có chi phí rẻ, xác định được phổ nhiệt độ trong không gian lớn nhanh và chính xác, thu thập dữ liệu liên tục làm cơ sở cho yêu cầu của buồng dưỡng hộ ngói xi măng
Về lý thuyết, luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp mô hình hóa trường nhiệt độ bằng phương pháp hàm dạng lý thuyết và hàm dạng thực nghiệm So sánh sự phù hợp của hai phương pháp đó với tình huống thực tế đặt ra để chọn phương pháp phù hợp hơn với bài toán cần giải quyết Trên cơ sở phương pháp đã chọn, học viên sẽ xây dựng mô hình trường nhiệt trong buồng dưỡng kiểm tra sự phân vùng nhiệt độ và chênh lệch cho phép giữa các vùng này so sánh với Chế độ cấp nhiệt theo thời gian của công đoạn dưỡng hộ ngói Từ mô hình toán sẽ thiết lập ba bài toán: Điểm có nhiệt độ cao nhất; Điểm có nhiệt độ thấp nhất;
Tìm nhiệt độ của điểm cho trước
Về thực tiễn, các bài toán trên được gắn với điều kiện sản xuất ngói cụ thể tại công ty Cổ phần Xây Dựng và Thiết bị Công Nghiệp CIE1- Lô 22+23, khu công nghiệp Quang Minh, Mê Linh, Hà Nội và đưa ra các kết luận về chính mô hình này.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê, so sánh
- Phương pháp hồi quy và nội suy
Sơ lược về ngói xi măng cát cốt sợi polyme
Về thực tiễn, các bài toán trên được gắn với điều kiện sản xuất ngói cụ thể tại công ty Cổ phần Xây Dựng và Thiết bị Công Nghiệp CIE1- Lô 22+23, khu công nghiệp Quang Minh, Mê Linh, Hà Nội và đưa ra các kết luận về chính mô hình này
- Phương pháp thống kê, so sánh
- Phương pháp hồi quy và nội suy
1.4 Dự kiến kết quả đạt được
Về ý nghĩa khoa học, đề tài đóng góp vào xây dựng một phương pháp xác định nhiệt độ gián tiếp và nội suy phổ nhiệt độ trong không gian lò dưỡng hộ, đảm bảo độ chính xác cao khi đo và kiểm soát điều kiện nhiệt Việc xác định nhiệt độ gián tiếp kết hợp với nội suy phổ nhiệt độ giúp cải thiện độ tin cậy của các mô hình nhiệt động và tối ưu hóa quy trình nuôi dưỡng trong lò, đồng thời giảm thiểu sai số đo đạc trong môi trường có sự phân bố nhiệt không đồng nhất Kết quả nghiên cứu mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và thực tiễn, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành và chất lượng của quy trình lò dưỡng hộ Từ khóa SEO gợi ý: xác định nhiệt độ gián tiếp, nội suy phổ nhiệt độ, lò dưỡng hộ, đo nhiệt độ chính xác, mô hình nhiệt, kiểm soát nhiệt độ.
Thành công trong lĩnh vực nhiệt độ là nền tảng cho nghiên cứu và ứng dụng đối với các đại lượng tồn tại dưới dạng trường khác như độ ẩm, âm thanh và ánh sáng Việc nắm bắt sự biến thiên của nhiệt độ cho phép xây dựng các mô hình và công cụ dự báo liên quan đến các trường vật lý này, từ đó tối ưu hóa thiết kế, kiểm soát và hiệu suất của hệ thống trong nhiều lĩnh vực Đây là cơ sở để mở rộng ứng dụng và nâng cao chất lượng của các quá trình liên quan đến môi trường, âm thanh và quang học.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được sử dụng công nghiệp, luyện kim, và nông nghiệp
1.5 Tổng quan về ngói xi măng cát cốt sợi polyme và công nghệ làm ngói
1.5.1 Ngói và một số công nghệ làm ngói :
Trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay tồn tại 2 công nghê làm ngói như sau:
Ép thủy lực định hình trong khuôn: đươc sử dụng hạn chế và sử dụng trong tạo hình phụ kiện kèm theo ngói
Sản phẩm có hình dạng bất kỳ
Vật liệu làm ngói: Bê tông độ sụt thấp, đất sét
Hình 1.1 Sản xuất ngói bằng máy ép thủy lực khuôn định hình
Kết cấu khuôn phức tạp, giá thành cao
Hiện nay năng suất rất thấp do mất nhiều thời gian phụ cho việc cấp vật liệu vào lòng khuôn và luân chuyển giữa các khâu sản xuất, làm giảm hiệu quả quy trình Mức năng suất tối đa đạt được hiện tại chỉ ở mức 4 viên mỗi giờ, cho thấy cần tối ưu hóa quy trình cấp vật liệu và luân chuyển giữa các công đoạn để nâng cao sản lượng.
Môi trường bị ô nhiễm do nước xi măng thất thoát ra ngoài trong quá trình ép
Công nghệ cán ép liên tục được sử dụng phổ biến
Sản phẩm có một mặt là bề mặt trượt liên tục
Vật liệu làm ngói: bê tông ẩm, đất sét
Năng suất rất cao tới 120 viên/ph do áp dụng được tự động hoàn toàn quá trình sản xuất
Hình 1.2 Sản xuất ngói bằng dây chuyền cán ép liên tục
Không sử dụng được cho các sản phẩm có hình dạng bất kỳ
1.5.2 Yêu cầu kỹ thuật của ngói dùng làm vật liệu xây dựng :
Ở Việt Nam, các nhà sản xuất ngói lợp trong nước dựa trên hai tiêu chuẩn phổ biến để kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm Trong đó, Tiêu chuẩn TCVN 1453:1986 về ngói có rãnh là một chuẩn được áp dụng nhằm xác định các thông số kỹ thuật và tính đồng nhất của ngói, từ đó đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình.
Về Kiểu dáng và kích thước
Với các yêu cầu về kích thước được thể hiện trong hình 1.3 và bảng 1.1 Ngoài ra còn một số các yêu cầu sau đây:
- Chiều sâu rãnh ngói không nhỏ hơn 5(mm), chiều cao mấu không nhỏ hơn 15(mm)
- Ngói phải có lỗ xâu dây thép và đường kính lỗ không nhỏ hơn 2(mm), ở khoảng cách 100(mm) kể từ rìa phía dưới của viên ngói
Hình 1.3 Hình dạng và biên dạng ngói lợp xi măng theo TCVN 1453 : 1986
Yêu cầu về dung sai cho phép đối với ngói có rãnh
Bảng 1.1 Bảng kích thước ngói lợp xi măng cát theo TCVN 1453 : 1986 (đơn vị mm)
Kích thước đủ Kích thước có ích
Chiều dày h Chiều dài a Chiều dài b Chiều dài c Chiều rộng d
380 ± 5 240 ± 3 330 ± 3 220 ± 3 12 ± 2 b Tiêu chuẩn theo khuyết tật hạng ngói
Ngói xi măng cát được phân làm hai hạng: hạng 1 và hạng 2 tùy theo mức sai lệch cho phép về khuyết tật hình dạng bên ngoài (bảng 1.2)
Bảng 1.2 Các khuyết tật cho phép của ngói lợp xi măng theo TCVN 1453 : 1986
Tên khuyết tật Mức cho phép
Hạng 1 Hạng 2 Độ vuông bề mặt, tính bằng mm, không lớn hơn 2 3
Vết sứt hoặc chỗ vỡ ở một góc hay trên chiều dài của một gờ, tính bằng mm, không lớn hơn 8 12
Vết sứt hoặc chỗ vỡ ở mấu, có kích thước không quỏ ẳ chiều cao mấu, tớnh theo số vết, khụng quỏ 1 2
- Ngói có thể có màu trên toàn bộ chiều dày hay chỉ trên bề mặt ngói Chất màu dùng để chế tạo ngói màu phải đảm bảo bền đối với ảnh hưởng môi trường và không gây tác hại cho độ bền của viên ngói
Ngói trong cùng một lô phải có màu sắc đồng đều Mỗi viên ngói phải có bề mặt nhẵn, mép phẳng và không được nứt Các vết xước, xi măng thừa dính trên bề mặt và các hạt sạn nổi trong khoang rãnh úp không được phép cản trở việc ghép hoặc tháo dỡ ngói
Đối với ngói đóng rắn trong điều kiện không khí ẩm, tải trọng uốn gãy của viên ngói ở trạng thái khô sau 28 ngày tuổi không nhỏ hơn 450 N.
- Khối lượng một mét vuông mái lợp ở trạng thái bão hòa nước, không lớn hơn 50(kg)
- Thời gian xuyên nước của ngói xi măng cát không sớm hơn 60 phút
Bảng 1.3 Yêu cầu về kích thước của ngói phẳng, ngói sóng
Sai số kích thước Các thông số
Chiều dài và rộng có ích (mm)
Khối lượng trên một viên (kg)
Hình 1.4 Mặt cắt ngang sản phẩm ngói
Yêu cầu về đặc tính chống chịu của ngói phẳng và ngói sóng
- Các vấn đề như biến dạng, nứt phải được loại bỏ
- Sản phẩm ngói phải vượt qua các đặc điểm kỹ thuật sau:
Bảng 1.4 Đặc tính chống chịu của ngói phẳng và ngói sóng
Tải trọng bẻ gãy (N) Độ hút nước (%)
Khả năng chống lại băng giá và tan băng
Khả năng chống chịu thời tiết
Khả năng chống va đập
Bề mặt ướt không đáng kể và ráo nước ở bề mặt phía trong
Bề mặt thay đổi không đáng kể và không bị tách lớp
Không có vết nứt, phân lớp và màu sắc không thay đổi đáng kể trên bề mặt lớp ngoài cùng
Không có sự tác lớp trên bề mặt ngoài cùng Không phồng lên và hở ở bề mặt phía trong Ngói sóng
1.5.3 Quy trình công nghệ sản xuất ngói xi măng cát cốt sợi polyme : a Vật liệu sản xuất ngói
Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn Khi được dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực địa chất học, kích thước cát hạt cát theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới 2 mm
Qua nghiên cứu cấp phối thực nghiệm cát dùng để sản xuất ngói là loại cát vàng – cát song ít lẫn tạp chất và có kích cỡ hạt trung bình FB and k>1 then back to main program
Trong hướng tìm kiếm của pha 1, điểm tối ưu có thể nằm trong khoảng (xa, xc) Ở pha này, Powell giới thiệu một phương pháp ước lượng vị trí của điểm tối ưu bằng một hàm bậc hai, từ đó tính toán vị trí tối ưu một cách chính xác hơn và giúp thu hẹp khoảng tìm kiếm, đẩy nhanh quá trình tối ưu hóa.
Bước 1: sử dụng kết quả của pha 1, vị trí gần đúng của điểm tối ưu được cho bởi công thức sau:
Nếu xảy ra điều kiện:
(2-27) thì dừng tìm kiếm và quay lại chương trình chính
Ngược lại, các giá trị không chấp nhận được xa, xb, xc sẽ bị loại bỏ và chấp nhận điểm x*; sau đó ba điểm xa, xb, xc được sắp xếp theo thứ tự giảm dần xa > xb > xc và công đoạn sẽ quay lại bước 1 để tiếp tục quá trình tối ưu.
Nếu tọa độ của điểm tìm kiếm vượt ra ngoài vùng chấp nhận được, cần điều chỉnh lại bằng phương pháp Newton như sau:
(2-28) Quy trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi:
Nếu tất cả các điều kiện dừng được thỏa mãn, giá trị mới của lời giải sẽ nằm trong vùng chấp nhận được
Về cơ bản thuật toán GRG gồm các bước chính sau đây:
Bước 1: tìm một phương án xuất phát chấp nhận được và phân chia nó thành hai tập hợp: tập hợp biến cơ sở và tập hợp biến không cơ sở Hai tập hợp này được ký hiệu lần lượt là x̂_k và ẍ_k.
Bước 2 tập trung xác định hướng tìm kiếm và dùng phương trình (2.8) để tính gradient của các biến không cơ sở, đồng thời xem xét các điều kiện biên với từng biến để bảo đảm tính khả thi của các biến đổi Dựa trên gradient và giới hạn biên, thực hiện các biến đổi sau: xác định biến mang lại cải thiện lớn nhất, cập nhật các biến ngoài cơ sở theo hướng gradient, điều chỉnh bước nhảy sao cho vẫn nằm trong giới hạn biên, và sau đó tái đánh giá để chọn biến vào (entering variable) và cập nhật cơ sở cho vòng lặp tiếp theo.
(2-29) Tiếp tục kiểm tra điều kiện tối ưu, nếu |𝑑̅|