决耐火纤维板淀粉坑洞缺陷的问题 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司创新方法课题组
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摘要:淀粉坑洞是耐火纤维板的内部缺陷,由残留在纤维板内部的淀粉颗粒经烘干收缩引发,颗粒越大,危害越大。淀粉是在打料阶段加入的,淀粉颗粒的形成亦发生在此阶段。打料工序要求快速高效的溶解淀粉,淀粉颗粒应具有很小的粒度,才可以满足生产线工艺的要求。目前的打料系统需要较长的工作时间才能达到较小的淀粉粒度,这将导致无法跟上后面的工序。干燥工序促使纤维板快速脱水干燥,但也使淀粉颗粒处形成硬质半空壳状的内部缺陷。通过分析,我们使用TRIZ工具得到三种方法:第一:出浆口过滤;第二:单独配置淀粉溶液;第三:侧壁加装档流板。综合考虑,我们确定方案为单独配置并过滤淀粉溶液。同时,进行了生产试验和结果的统计分析,生产试验表明,理想产品的概率达到83.3%。

一、问题描述

耐火纤维板通常采用湿法工艺制备而成,具有容重小,导热低,施工性能好等特点,广泛应用在钢铁、石化、电力等行业。耐火纤维板生产工序通常包含打料、制浆、成型、烘干、打磨及包装六个阶段。其中,打磨阶段主要是砂光纤维板坯体的上下表面和四个侧面,但是在砂光的过程中,容易留下白色或米黄色的淀粉坑洞,该坑洞外形不规则,长度尺寸约在0.5-2cm。淀粉坑洞的存在不仅影响制品的美观,也会增大制品的加热线收缩、导热系数等性能指标,劣化纤维板性能并降低产品质量稳定度。

①定义技术系统实现的功能

制浆系统

②现有技术系统的工作原理

淀粉在打料工序中与纤维棉、循环水溶液一同破碎,形成纤维浆液,纤维浆液再通过泵送进入打浆桶,至此制浆完成。

③当前技术系统存在的问题

纤维浆液中含有较大的淀粉颗粒,烘干后就会在纤维板内部形成淀粉坑洞。长时间的破碎可以增大淀粉的溶解性,但是生产中要求最多6~10min的打料时间,否则跟不上后面工序的进度,也即不能在有限的时间充分溶解淀粉。

④问题或类似问题的现有解决方案及其缺点

砂光结束后侧面坑洞修补。

⑤新系统的要求

磨后耐火纤维板不含5~20mm大颗粒淀粉坑洞缺陷。

二、解题过程

(1)功能分析(已有产品系统建立功能模型;新产品开发建立功能结构)

 功能模型的建立:

(2)“因果分析”或者“失效分析”

(3)冲突区域确定

进入打浆桶的淀粉希望可以充分溶解,或者淀粉颗粒非常的小,这样需要较长的打料时间和较大的打料动力才可以实现,但是无法跟上成型工序的速度,严重降低生产效率。

(4)理想解分析

最终理想解:无淀粉颗粒进入打浆桶。

次理想解:进入打浆桶的颗粒小而少。

(5)可用资源分析

(6)问题解决

工具一:冲突解决理论

根据具体问题,可采用技术冲突,或者物理冲突解决方法。

技术冲突解决过程(对于技术冲突,可以描述多对儿冲突,然后分别解决)

① 冲突描述:

  进入打浆桶的淀粉应充分溶解或颗粒小而少,但打料工序需耗费较长的时间,才能保证淀粉颗粒的充分溶解,消除淀粉坑洞缺陷,这导致生产效率的降低。

② 转换成TRIZ标准冲突

改善性能:运动物体体积(NO.07)

恶化性能:生产率(NO.39)

③  查找冲突矩阵,得到如下发明原理:

NO.02 分离、NO.06 多用性、NO.10 预操作、NO.34 抛弃与修复

④  依据选定的发明原理,得到问题的解:

结合选定的发明原理得到如下问题解:

方案一 ;NO.2 分离原理。在出浆口过滤。

方案二 ;NO.10 预操作,利用废弃搅拌器提前单独将淀粉制成溶液。

物理冲突解决过程(对于技术冲突,可以描述多对儿冲突,然后分别解决)

① 冲突描述:

  为了“提高生产效率”,需要破碎度大,但又为了“降低大淀粉颗粒粒度”,需要破碎度较小,即,破碎度既要“大”又要“ 小” 。

②转换成TRIZ标准冲突

考虑到该参数“破碎机破碎度”在不同的“空间上”(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”(空间、时间、条件、整体与部分)上进行分离。

③  查找对应发明原理:

空间分离原理对应九条发明原理:

No.1、No.2、No.3、No.4、No.7、No.13、No.17、No.24、No.25 ,选定No.4不对称发明原理和No.17维数变化发明原理,进行问题解决。

④  依据选定的发明原理,得到问题的解:

结合选定的发明原理得到如下问题解:

方案三;NO.4 不对称原理,改变破碎杵的空间位置,使破碎杵由平行状态变为相交状态,且存在一定高度差。

方案四;NO.17 维数变化原理,破碎机内壁加装一层薄砧板。

工具二:物质-场分析及76个标准解

①建立问题的物质-场模型;

②根据所建问题的物质-场模型,应用标准解解决流程,确定问题的通解;

该物质场模型是一个作用不足的情况。本次选择标准解 NO.4(1.1.4)改进该不充分系统的性能。该后物质-场模型如下:

③ 依据选定的标准解NO.4(1.1.4),得到问题的解决方案;

方案五:加入超声波,辅助分散。

方案六:破碎机外箱体缠绕热水管道。

三、最终方案

四、创新点(200字以内)

单独配置超声分散淀粉溶液并过滤,解决了耐火纤维板淀粉坑洞缺陷的问题。

五、形成的知识产权情况

注:专利类型包括国内实用新型、国内发明、国外专利等

六、应用情况及范围

自制过滤网,进行出浆口过滤方案。利用废置小搅拌机,于生产线搭建打淀粉装置。试验共制备纤维板56块,抽样24块,经打磨处理,统计纤维板表面淀粉坑洞情况。统计结果表明,不含淀粉坑洞纤维板达到83.3%,含淀粉坑洞纤维板表面坑洞数量最多3~4个。

七、产生的经济效益或社会效益

降低纤维板内部淀粉坑洞缺陷。按照一个窑次需两个工人修一天计算,可节约修补人工成本100元/窑。延长循环水的使用周期1.5倍以上,相当于每一个生产周期节约1~1.5吨循环水,节约2000~3000元,同时延长了污水的排放量周期,按照一年生产十个月,一月生产一次计算,可降低污水年排放量10~15吨。开发出超轻质高强度的耐火纤维板,累积生产10吨。