Способ управления процессом графитации в печи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„! ! !

В !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ точника питания.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3826288/22-02 (22) 23. 10.84 (46) 23. 07 . 86. Бюл. № 27 (?1) Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика" (72) И.Н. Глушко, Ю.д. Росляков и А.М. Петров (53) 62.012-52 (088.8) (56) Чалых Е.Ф. Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий. — M.: 1972, с. 191.

Nacaj i Y. Temperature Rise Callulation on Graflitirung Fusnare, Stresa 25-29, Maggio, 1959, Comittato. Flettronico. Italiano Via.

S. Рао1о. 10-Milano (Italia). (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕСС0М ГРАФИТАЦИИ В ПЕЧИ путем измене„„SU„„1245554 А1 5 1 4 С 01 В 31/04, F 27 D 19/00 ния подводимого электрического напряжения в зависимости от измеренной электрической мощности, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения производительности печи за счет сокращения времени процесса и повышения точности управления,дополнительно измеряют .электрическую проводимость печи, определяют ее первую производнуюпо времении определяют моментыравенства нулюпервой производной,причем домомента равенства нулю первой производной при смене ее знака с отрицательного на положительный разогрев заготовок осуществляют. с удельной электрической мощностью 70-147 кВт/т, а в дальнейшем до завершения процесса электрическую мощность увеличивают до максимально возможной величины ис1245554

Изобретение относится к управлению тепловыми процессами и может быть использовано для управления режимом графитации в промышленных печах электродного производства.

Цель изобретения — увеличение производительности печи за счет сокращения времени графитации и повышение точности управления.

На фиг.1 представлена блок-схема системы для реализации способа,на фиг.2 — графики изменения во времени электрической проводимости печи и мощности.

Система управления содержит измерительный трансформатор 1 тока, силовой автотрансформатор 2, печь 3 графитации, нормирующий блок 4, исполнительный механизм 5, систему 6 контроля электрических параметров, вычислительную машину 7 CN-1800 и ,регистрирующий комплекс 8.

Система работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные напряжению (50-250 В} и току (0-5A),ïîñтупают на вход нормирующего олока 4, а затем, в унифицированном виде

0-10 Б постоянного тока, на вход системы 6. На выходе последней форми— руются сигналы, пропорциональные величине электрической проводимости печи, электрической мощности Р, расходу электрической энергии W коэффициенту мощности сов Ч. 3TH OHI" калы одновременно поступают на вход машины 7 СЫ-1800 и на регистрирующий комплекс 8, в состав которого входят не только регистраторы,обеспечивающие запись информации в цифровом,цесятичном коде, но и многоканальный реги; тратор типа КСП-4,обеспечивающий непрерывную графическую запись величин измеренных параметров. Такая система регистрации повышает эксплуатационную надежность управления в случае отказа автоматики, так как в любом случае сохраняется возможность визуального контроля с помощью системы 6, регистратора КСП-4 и ручного управления.

Перед запуском системы в работу в систему 7 CM-1800 вводится информация о массе загруженных в печь за.готовок G их диаметре D и значение температуры Т, до которой заготовки необходимо разогреть. Машина в соответствии с заложенной в нее программой управления решает задачу выбора режима. разогрева. Учитывая величину диаметра загруженных заготовок она задает начальное значение электрическои мощности, которая и подается на печь 3 с помощью испопнительного механизма 5 путем подбора соответствующей ступени на автотрансформаторе 2. При включении автотрансформатора 2 контролируется значение электрической проводимости и ее первой производной (CN-1800), а также значение величины начальной электрической мощности, которая поддерживается с помощью исполнительного механизма 5 на заданном уровне. После появления второй экстремальной точки система СМ-1800 выдает команду на исполнительный механизм 5 и осу20 ществляется выход на максимальную . мощность.

На фиг.2 представлен один из характерных графиков электрической проводимости и мощности. От начала подвода мощности (точка t=0) и при дальнейшем ее повышении осуществляется разогрев печи, о чем свидетельствует равномерное увеличение проводимости В момент времени

ЗО проводимость g и мощность Р стали одновременно понижаются, а в момент С,, одновременно повышаются, хотя искусственного понижения и повышения мощности не производят, что видно из характера изменения графика мощности.

Температурное поле печи в любой плоскости поперечного сечения вдоль ее длины практически одинаково,за исключением торцов, где расположены токоподводы, что во внимание в данном случае не принимается.

В поперечном сечении керна лечи наибольшие значения температуры образуются в середине, а наименьшие — по краям.

Экспериментальные исследования показывают, что первый экстремум в момент t„ oooTIIегоr eT Hs II раэогрева поверхности заготовок при

1043 K в середине поперечного сечения керна печи . Второй экстремум в момент ", соответствует окончанию разогрева заготовок на периферии керна при той же температуре. При этом, если в середине керна на поверхности заготовок получена темперагура 1043 К, то на периферии она значительно выше, т.е. температурное поле в печи неравномерное.

До момента прогрева периферии до

1043 К материал заготовок имеет неравномерную структуру, что в свою очередь, при повышенном темпе ввода электрической мощности, способствует образованию больших перепадов температур между серединой и периферией керна. В табл.1 приведены результаты практических измерений при графитации заготовок особо плотного графита.

Таблица 1

Температура, К, в точке

Время от начала разогрева, ч

А Б В

1? 00

2100 1150

2250 1220

2320 1340

2250 1500

2430 1635

2400 1780

1250

1300

1330

1380

1420

1480

2520 1920

2540 2050

1550

2560 2100 1650

2600 2250 1740

2550 2340 1830

20

2620 2360 1 940

2800 2480 2050

Измерения температуры выполняют через каждые 0,5 ч в трех точках на периферии в поперечном сечении керна: сверху (А), в середине (Б) и снизу ближе к подине (В). Через

15 ч разогрева образовывается неболь-. шая разность температур, которая в дальнейшем нз увеличивается и даже

1245554 намечается тенденция к ее у:1еньшению, хотя темп ввода электрической мощности не снижается. В момент,ког-. да периферия керна прогрета до

1043 К и материал заготовок, с точки зрения термодинамики, имеет практически однородную структуру, тепловой поток по всему объему распределяется более равномерно. Если уменьшить темп ввода электрической мощности, то разность температур в поперечном сечении керна будет уменьшаться.

На формирование неравномерного температурного поля в поперечном сечении печи значительное влияние оказывает темп ввода электрической мощности. Это связано с тем, что углеродистый интервал, из которого б сфо17 !7117 îâ:i;i коill!:I!зчи имеет О i PIIUH тельный температурный коэффициент электрическога сопротивления. Б попе-. речном сечении проводника электрического тока, каковым является печь, с самого начала разогрева образуется тепловой центр. Появление теплового центра с повышенным значением температуры приводит к уменьшению в нам величины электрического сопротивления ll„ следовательно к увеличению п7лэтllnczII электрического то7-a:и мощности с последуюцнм образованием

В ОЕА7УГ НЕ ГО 3 0 НЬ1 С !IOBhILilC I.Ной 7 С;< I!t ратурой. С повмпением электричес o I мощности уве 7и лг ается ?Ic. 1 теi!

35 пературы и тепловой центр как бы фокусируется, т.е, разность температур по отношению к периферии увеличивается.

Взаимосвязь параметров: электри40 ческая мощность — температура — элекс.рическая проводимость — электрическая мощность, с точки зрения управления, образует замкнутую систему с положительной обратной связью.

Такая система находится в пеустойчивом состоянии и при неограниченной электрической мощности источника питания температура в печи неограниченно возрастает. Экспериментальным путем определено, что при начальной удельной электрической мощности

147 кВт/т печь начинает разогреваться в режиме самовозбуждения. При этом нет необходимости переключать ступени автотрансформатора, так как электрическая проводимость, а сле— довательно, мощность и температура, непрерывно возрастают. Когда электриПри разогреве крупногабаритных заготовок для получения более равномерного температурного поля начальная удельная мощность снижается до

70 кВт/т. Дальнейшее снижение удельной мощности с экономической точки зрения не целесообразно.

Таким образом, на формирование температурного поля печи графитации, кроме геометрических размеров поперечного сечения печи, оказывает решающее влияние темп ввода. электрической мощности, причем начальнь1й период разогрева печи графитации до появления второй экстремальной точки на графике электрической проводимости является самым неблагоприятным.

Повышенный темп ввода электрической мощности в этот период, с учетом того, что заготовки состоят из двух разнородных по термодинамическим свойствам материалов, приводит к следующим нежелательным результатам: появлению больших градиентов темпе- 40 ратур, которые в свою очередь приводят к разрушению заготовок .и снижению качества графитации за счет большой неравномерности свойств IIO лученнаго графита. Поэтому, в общем случае, до появления второй экстремальной точки на графике электрической проводимости, темп ввода электрической мощности не должен пре шать 147 кВт/т, чем значительно снижаются градиенты температур в заготовках,что исключает возможное их разрушение в результате термоудара и повышает качество графитации за счет получения более однородной 55 структуры материала заготовок, После появление второй экстремальной точки темп ввода электрической мощности

20 ческая проводимость печи становится соизмеримой с электрической проводимостью ошиновки и источника питания, электрическая мощность самопроизволь- 5 но уменьшается, и с этого момента для дальнейшего повышения температурной мощности необхоцимо осуществлять переключение ступеней автотрансформатора. 10

Режим самовозбуждения выгодно при— менять для разогрева малогабаритных заготовок и заготовок повторной графитации, которые не разрушаются при быстром разогреве. 15 увеличивается до максимально возможной величины для источника питания, так как в этот момент материал заготовок приобретает примерно одинаковые термодинамические свойства, что способствует более равномерному распределению теплового потока по всему разогреваемому обьему. За счет ускоренного разогрева во второй фазе процесса время цикла графитации сокращается:, чта при комплексном подходе, с. учетом влияния на весь передел графитации„ равнозначно повышению производительности печей.

Способ управления процессам графитации в печи осуществляют следующим образом.

В начальном периоде разогрева печь включают на электрическую мощность 70-147 Ic» (в зависимости от размера заготовок), одновременно измеряют электрическую проводимость, определяют ее первую производную и фиксируют моменты появления экстремумов. Злектрическу|о мощность поддерживают на заданном уровне путем . изменения подвадимого к печи напряжения (перекжочение ступеней силового трансформатора) до момента появления второго экстремума.

После появлепия второй экстремальной точки и резкого возрастания эле.ктрической проводимости, до завершения процесса, величина подвод1плай электрической мощности регламентируется только возможностями источника питания.

Если разогрев заготовок выполняют в режиме самовозбуждения, то первая экстремальная точка будет отсутствовать. Но поскольку оба случая предсказуемы, так как известна начальная, задаваемая удельная мощность, та задача управления процессом графитации решается заранее лиGo QTHocíòåëüío ожидаемого появления двух экстремальных тачек„ либо одной.

Способ опробован в производственных условиях при массе загруженных заготовок 30,1 т и диаметре заroToHoIc 1,1 и.

Начал.ьный период разогрева да момента появления второй экстремальной точки выполняют с удельной злек. трической мощностью 70 кВт/т.Появление второй экстремальной --очки ня графике электрической проводимости

245554

Таблица 2

Время,ч

Время, ч

А ) Б Б l 875 2280 2550

1050

1960 ?350

1020."6 00

2050 2420 . 630

960 1360

1090 1550

265 О

2120 2460

2200 2490

2250 - 2530

870 1210

2680

1720

2700

2320 258 О 273 О

2750

2390 2600

2460 2640 2780

25 00 266 О 2800

2530 2670 2800

2550 2670 2850

20

7

1 зафиксировано через 15 ч. Затем мощ ность увеличивают до такой величины, что величина приращения температуры составляет 110 К/ч.

Момент окончания графитации определяют по величине температуры,которую определяют расчетным путем после появления второй экстремальной точки на графике электрической проводимости.Общее время разогрева составляет 40 5 ч против регламентированных 80 ч. К этому моменту периферия керна разогревается до 1973 К.

В печь загружают 10 шт. заготовок диаметром 1,1 м, одна из которых после графитации оказалась с трещиной (перед загрузкой в печь эта заготовка была помечена, как возможно имеющая внутренний дефект). Таким

Температура, К в точке

980 1360 1890

1070 1480 2000

1170 1620 2150

1300 1750 2250

1410 1870 2350

1550 2000 2400

1635 2070 2450

1 760 2000 2510

Предлагаемый способ характеризуется высокой точностью управления, так как появление информационных экстремальных точек соответствуют образом, полученный результат следует считать положительньм.

В табл.2 представлены результаты измеренных значений температуры при

5 разогреве заготовок в режиме самовозбуждения, которые также можно оценить как положительные. Несмотря на то, что печь N- 2, разогрев которой выполнялся в режиме самовоз10 бужцения сформирована неудачно,что повлекло за собой с самого начала образование большой разницы температур между точками А, Б и В, в конце цикла разогрева эта разность стала приемлемой, с точки зрения качества полученной продукции, и составила

300 К, при этом число переключений ступеней регулировочного трансформатора сокрап:лось вдвое.

Температура, К, в точке

55 строго определенной температуре, и уточнением контроля температуры.

Кроме того, повышением производительности печей за счет сокращения

1245554

10 равномерности ля в объеме нием расхода гии.

Составитель А. Абросимов

Техред О.Сопко Корректор Л. Патай.Редактор И. Дербак

Заказ 3958/15

Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 времени графитации и уменьшения количества разрушенных эаготовок,повышением качества графитированной продукции за счет уменьшения нетемпературного покерна и сокраще- электрической энер.