国家三级创新工程师答辩.ppt

1 提高碳化硅电阻炉集气装置密封性 姓名 严军E Mail 1020601407 单位 青海大学 2 主要内容 基于ARIZ的问题分析与求解 问题背景和描述 创新解的评估 取得成果与效益 3 1 问题背景和描述 1 问题的背景 碳化硅电阻炉工作原理 石英砂和焦炭混合料堆成料堆 两端用炭质电极构成导电通路 较大电流通过料堆后生成磨料用的碳化硅结晶 碳化硅电阻炉冶炼条件比较恶劣 扒炉工艺产生大量烟尘 回收烟尘对于节能降耗 减轻环境污染有着重大意义 碳化硅电阻炉集气装置 安装在横跨电阻炉两端的金属桁架上 并根据扒炉工艺沿轨道移动 扒炉时移动集气装置扣置在电阻炉上方 产生烟气汇集入三通烟管后收尘排放 使用中发现该集气装置密封性不足 烟气从集气装置四周逸出 无法满足生产要求 4 1 问题背景和描述 2 问题的描述 定义技术系统实现的功能 问题所在技术系统为 该技术系统的功能为 实现该功能的约束有 集气装置 收集烟气 材料耐高温 结构小改动 5 1 问题背景和描述 2 问题的描述 现有技术系统的工作原理 扒炉时集气罩扣置在电阻炉上方 帆板铰接在集气罩两侧 电机启动 集气罩上方卷线机构放线 帆板向下翻折防止烟气逸出 收集后的烟气入罩顶烟孔 经两根集气管收集汇入集气箱 集气箱端侧设置伸缩连接机构 由丝杠丝母完成伸缩动作 实现渐缩烟管与三通烟管 两者间用高温滤布密封 的对接 烟气汇入三通烟管后收尘排放 6 1 问题背景和描述 2 问题的描述 当前技术系统存在的问题 存在问题 1 集气罩内空气受热膨胀 裹挟烟气外泄 2 烟气从集气罩端部 与电阻炉端墙缝隙逸出 3 烟气从集气罩侧部 帆板与地面缝隙逸出 7 1 问题背景和描述 2 问题的描述 问题出现的条件和时间 问题在工人扒炉过程 进行烟气收集时一直存在 依据上述当前系统存在的问题 需要说明以下内容 8 1 问题背景和描述 2 问题的描述 问题或类似问题的现有解决方案及其缺点 针对当前系统存在的问题 是否已经尝试了一些方法来解决问题 这些方法有什么缺点 我国碳化硅冶炼主要分布在青海 宁夏 甘肃 河南 贵州以及东北部分地区 一种适用于碳化硅电阻炉使用的移动式集气装置 ZL201420435520 0 于2015年4月授权 目前市场上对于碳化硅电阻炉产生的烟气 几乎没有可以使用的收集装置 企业在实际生产中发现 该集气装置可收集绝大部分烟气 但仍有部分烟气从集气罩四周逸出 有待改进 9 1 问题背景和描述 2 问题的描述 新系统的要求 根据国家工业烟尘排放标准 GB T9078 2006 规定了工业炉窑烟尘 生产性粉尘 有害污染物的最高允许排放浓度 烟气黑度的排放限值 设备所在地青海省化隆县属三类地区 故对新系统的要求 烟 粉 尘浓度 300mg m3 烟气黑度 林格曼级 1 10 ARIZ 85解决问题流程 11 2 基于ARIZ的问题分析与求解 1 1建立系统功能模型 1 问题的分析与表述 12 2 基于ARIZ的问题分析与求解 1 1建立系统功能模型 1 问题的分析与表述 系统功能分析结论 通过功能模型分析 我们描述了系统元件及其之间的相互关系 并得出导致电阻炉集气装置密封性不足问题的功能因素 在建立的功能模型图中选择目标问题如下 集气罩有限空间内空气受热膨胀外泄 帆板与地面存在缝隙 对烟气的密封不足 3 集气罩与电阻炉端墙对接处存在缝隙 端墙对烟气的密封不足 4 帆板与集气罩存在铰接缝隙 密封不足 5 帆板阻挡工人进行扒炉操作 6 烟气对工人造成伤害 密封 帆板 烟气 密封 端墙 烟气 热胀 集气罩 空气 密封 帆板 集气罩 阻挡 帆板 工人 伤害 烟气 工人 13 2 基于ARIZ的问题分析与求解 1 2因果分析 1 问题的分析与表述 应用因果链分析法确定产生问题的原因 14 2 基于ARIZ的问题分析与求解 1 3冲突区域确定 问题关键点确定 1 问题的分析与表述 问题关键点2 问题关键点1 问题关键点3 帆板与地面缝隙过大 对烟气密封不足 集气罩内空气受热膨胀造成烟气外泄 帆板与集气罩存在缝隙 对烟气密封不足 问题关键点4 移动集气罩与固定端墙预留缝隙过大 对烟气密封不足 移动集气罩与端墙存在缝隙 15 2 基于ARIZ的问题分析与求解 1 4 缩小问题 描述 1 问题的分析与表述 缩小问题为 针对问题关键点2 帆板与地面缝隙过大 系统不引入新的资源 通过最小程度改动系统 来消除密封性差的功能 并实现工人扒炉的主要功能 16 2 基于ARIZ的问题分析与求解 1 5 扩大问题 描述 1 问题的分析与表述 17 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 分析问题模型 以 帆板与地面缝隙过大 为入手点解决问题 问题关键点P 18 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 1定义两个技术冲突TC1和TC2 2 分析问题模型 加高帆板 密封性改善 可操作性和可靠性恶化 缩短帆板 可操作性和可靠性改善 密封性恶化 可操作性 操作中需要的人数越少 步骤越少 工具越少 可靠性 系统在规定方法和状态下完成规定功能的能力 加高帆板高度 缝隙变小 密封性改善 但扒炉功能无法实现 可操作性和可靠性恶化 19 冲突描述 为了提高系统的 密封性 我们需要加高帆板 但这样做了会导致系统可操作性和可靠性恶化 转换成TRIZ标准冲突 改善的参数 静止物体的长度 恶化的参数 可操作性 查找冲突矩阵 得到如下发明原理 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 2技术冲突解决过程 2 分析问题模型 No 2分离原理 将物体中的干扰部分分离出去 将物体中的关键部分挑选或分离出来 No 25自服务 使某一物体通过附加功能产生自己服务于自己的功能 利用废弃的材料 能量与物质 20 冲突描述 为了提高系统的 密封性 我们需要加高帆板 但这样做了会导致系统可操作性和可靠性恶化 转换成TRIZ标准冲突 改善的参数 静止物体的长度 恶化的参数 可靠性 查找冲突矩阵 得到如下发明原理 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 2技术冲突解决过程 2 分析问题模型 No 15动态原理 使一个物体在操作每个阶段自动调整 划分物体为元件 元件之间可改变相对位置 刚性物体改变为可活动的 No 28机械系统替代原理 用电场 磁场等完成物体相互作用 固定场变为移动场 No 29气动与液压结构 固体零部件用气动或液压部件代替 将气体或液体用于膨胀或减震 21 方案1 依据No 25发明原理 自服务 得到解如下 加高帆板至地面 为集气罩配置附加功能 在罩内安装机械手 通过机械手进行扒炉操作 产生的烟气由集气罩收集经三通烟管排入收尘系统 如此 操作密封性将大大提高 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 2技术冲突解决过程 2 分析问题模型 22 方案2 依据No 15发明原理 动态原理 得到解如下 加高帆板至地面 拆除卷线机构 将原有帆板分成若干拼装的小帆板 上部与集气罩铰接 工人扒炉时 根据需要掀开工作区域内1 2个帆板进行操作 扒炉结束 放下该区域内帆板 掀开相邻区域内的帆板 依次进行 如此 操作密封性将大大提高 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 2技术冲突解决过程 2 分析问题模型 23 方案3 依据No 28发明原理 机械系统替代 得到解如下 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 2技术冲突解决过程 2 分析问题模型 利用工业中静电防尘原理 使烟气尘粒所带电荷与静电除尘器所带电荷相反 用电场将逸出烟气驱入集气罩 24 方案4 依据No 29发明原理 气动与液压 得到解如下 拆除原有帆板及卷线机构 在集气罩四周安装气源 并保证垂直向下形成 气幕 用 气幕 替代固体帆板 防止烟气逸出 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 2技术冲突解决过程 2 分析问题模型 25 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 3加强冲突 2 分析问题模型 26 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 4构建物质 场模型 2 分析问题模型 X1若为标准解的话 S2帆板S1烟气F1机械场 帆板 S2 S1 机械场 烟气 F1 27 2 基于ARIZ的问题分析与求解 2 5从X1角度应用76个标准解 根据所建问题的物质 场模型 应用标准解解决流程 得到标准解为第2类标准解No19 S2 2 4 使系统更具有柔性或适应性 通常方式是由刚性变为铰接 到连续柔性系统 方案5 依据S2 2 4引入 得到问题的解如下 原有帆板为钢板 现用柔性耐火纤维毡替代 分割为条状沿集气罩垂下 对烟气进行封闭 扒炉时将工作区域内纤维毡掀至集气罩上即可 选型 耐火纤维毡SYGX 253 耐火温度1050 2 分析问题模型 帆板 S2 S1 机械场 烟气 F1 纤维毡 S1 机械场 烟气 F1 S 2 28 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 1定义操作区域和操作时间 3 定义理想解确定物理冲突 操作区域 操作时间 OZ1 OZ2 29 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 2分析操作区域和操作时间内的可用资源 3 定义理想解确定物理冲突 30 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 3定义理想解1 3 定义理想解确定物理冲突 31 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 4使用限制条件应用理想解1 3 定义理想解确定物理冲突 32 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 5宏观级别表述物理冲突 3 定义理想解确定物理冲突 33 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 6微观级别表述物理冲突 3 定义理想解确定物理冲突 34 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 7构建理想解2 3 定义理想解确定物理冲突 35 2 基于ARIZ的问题分析与求解 3 8从X2角度应用76个标准解 3 定义理想解确定物理冲突 根据所建问题的物质 场模型 应用标准解解决流程 得到标准解为第1类标准解No5 S1 1 5 假定系统不能改变 但可以改变系统所处的环境 方案6 依据S1 1 5引入 得到问题的解如下 集气罩内空气受热时膨胀 造成烟气逸出 拟在渐缩管处加装风机 使整个系统内形成负压状态 使扒炉产生烟气在负压状态吸入集气罩后排入收尘系统 310S不锈钢耐高温风机 工作温度800 36 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 1使用 小人法 进行建模 4 利用扩展物质 场资源 1 明确改进目标 提高集气装置密封性2 确定操作区域 OZ 工人扒炉区域 帆板与地面缝隙区域 37 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 1使用 小人法 进行建模 4 利用扩展物质 场资源 3 构造情景并以 小人 表达当前问题双方之间的作用状态 帆板 烟气 扒炉工具 38 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 1使用 小人法 进行建模 4 利用扩展物质 场资源 4 以 小人 构想达到目标的情景形式 无形帆板 5 构想达到目标情景时应提供 小人 需要的条件 情景 寻找一种 无形帆板 可以阻止烟气逸出 但不影响工人扒炉 烟气 扒炉工具 39 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 1使用 小人法 进行建模 4 利用扩展物质 场资源 6 构想达到目标情景时 小人 需要的改变 无形帆板 烟气 扒炉工具 情景 烟气 小人为流体 气态 形式 扒炉工具 小人为固态形式 寻找一种流体形式 无形帆板 小人 手拉手快速落下 即可避免 烟气 小人冲出 又可让固态 工具 小人畅通无阻 40 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 1使用 小人法 进行建模 4 利用扩展物质 场资源 7 走出情景在现实中寻找替代 小人 的工程方案 方案7 拆除原有帆板及卷线机构 在集气罩四周边缘安装水幕系统 由水幕喷头 管道和控制阀等组成喷水系统 用 水幕系统 隔离烟气 41 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 2利用扩展资源 4 利用扩展物质 场资源 42 2 基于ARIZ的问题分析与求解 4 3应用新资源情况下 重新考虑采用标准解解决问题 4 利用扩展物质 场资源 根据所建问题的物质 场模型 应用标准解解决流程 得到标准解为第2类标准解No19 S2 2 4 使系统更具有柔性或适应性 和第1类标准解No5 S1 1 5 假定系统不能改变 但可以改变系统所处的环境 方案8 依据S2 2 4和S1 1 5引入 综合考虑X1 X2角度 得到问题的解如下 用柔性耐高温石棉布替代帆板 扒炉时可将条状石棉布掀开操作 将集气罩内环境 温度状态 由加热状态转变为冷却状态 使物料自然冷却 减小烟尘受热膨胀 在系统末端修建烟囱 物料冷却后打开闸板 使系统内形成负压状态 烟气吸入集气罩收尘后经烟囱排入大气 43 2 基于ARIZ的问题分析与求解 5 1解决物理冲突 考虑到 帆板高度 在不同的 空间上 条件下 空间上 时间段 不同条件下 系统层次上 具有不同的特性 因此该冲突可以从 空间 条件 空间 时间 条件 整体与部分 上进行分离 冲突描述 为了 提高系统的密封性 需要帆板高度为 高 但又为了 扒炉方便 需要帆板高度为 低 即 帆板高度既要 高 又要 低 5 应用知识库 44 2 基于ARIZ的问题分析与求解 查找与该分离原理对应的发明原理有 No 1分割原理 No 13反向作用原理 根据选定的发明原理 得到解决方案 方案9 依据No 1发明原理 得到解如下 方案10 依据No 13发明原理 得到解如下 用条状耐火纤维毯替代帆板 类似 门帘 扒炉时 掀开工作区域内的耐火纤维毯进行操作 5 1解