Способ управления тепловым режимом электровакуумных печей в производстве углеродных изделий

 

Изобретение касается управления тепловым режимом электровакуумных печей при производстве углеродных изделий, может быть использовано в химической промышленности и позволяет снизить потери электроэнергии. Измеряют температуру в печи до ввода начальной мощности и в конце каждого интервала, равного постоянной времени переходного процесса, а заданное количество электроэнергии на каждый последующий интервал ΔЕ<SB POS="POST">I+1</SB> определяют по формуле ΔЕ<SB POS="POST">I+1</SB>=1/ε @ C<SB POS="POST">T(I+1)</SB>ΔЕ<SB POS="POST">1</SB>/C<SB POS="POST">T1</SB>(T<SB POS="POST">1</SB>-T<SB POS="POST">0</SB>)<SP POS="POST">.</SP>T<SB POS="POST">I+1</SB>+C<SB POS="POST">пр</SB><SP POS="POST">.</SP>A<SP POS="POST">.</SP>φ[(T<SB POS="POST">I+1</SB>/100)<SP POS="POST">4</SP>-(T<SB POS="POST">I</SB>/100)<SP POS="POST">4</SP>] @ , где ε - коэффициент черноты материала нагревателя

C<SB POS="POST">T(I+1)</SB> - удельная теплоемкость материала системы нагревательных тел в каждый (I+1)-й интервал. C<SB POS="POST">T(I+1)</SB>=A<SB POS="POST">0</SB>+A<SB POS="POST">1</SB>(T<SB POS="POST">I+1</SB>-T<SB POS="POST">I</SB>/2+A<SB POS="POST">2</SB>)(T<SB POS="POST">I+1</SB>-T<SB POS="POST">I</SB>/2)<SP POS="POST">-2</SP>, где A<SB POS="POST">0</SB>, A<SB POS="POST">1</SB>, A<SB POS="POST">2</SB> - постоянные для определенного вида материала системы нагреваемых тел

C<SB POS="POST">T1</SB>, ΔЕ<SB POS="POST">1</SB> - удельная теплоемкость и приращение электроэнергии в первом интервале

ΔТ<SB POS="POST">I+1</SB>=T<SB POS="POST">I+1</SB>-T<SB POS="POST">I</SB>-0,158T<SB POS="POST">I-2</SB>-0,37T<SB POS="POST">I-1</SB> - прогнозируемое приращение температуры на каждый последующий интервал

&Tgr; - посточная времени переходного процесса

T<SB POS="POST">I+1</SB> - температура, заданная по графику на I+1-й интервал

T<SB POS="POST">,</SB> T<SB POS="POST">1</SB>, T<SB POS="POST">I</SB> - измеренная температура в печи до ввода начальной мощности, в конце первого и I-го интервала соответственно, К

C<SB POS="POST">пр</SB>=1/1/C<SB POS="POST">1</SB>+A<SB POS="POST">1</SB>/A<SB POS="POST">2</SB>)1/C<SB POS="POST">2</SB>-1/C @ ) - приведенный коэффициент излучения исистемы тел, Вт/м<SP POS="POST">.</SP>К, A, A<SB POS="POST">1</SB>, A<SB POS="POST">2</SB> - площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки соответственно, м<SP POS="POST">2</SP>

C @ =5,67<SP POS="POST">.</SP>10 Вт/м C @ - постоянная Стефана-Больцмана

C<SB POS="POST">1</SB> и C<SB POS="POST">2</SB> - соответственно коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки, Вт/м<SP POS="POST">.</SP>К. 1 табл., 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 с

ЬLt. 111," ;»»!»

6 .,- (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ »

Т»+» Т1 () г

+ а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4383695/23-26 (22) 07.01.88 (46) 07.12.90. Бюл. 1: 45 (71) Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика (72) А.Н.Корнеев, А.M.Ñâåòëèöêèé и И.В.Погорелова (53) 66.012-52 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР и 724441, кл. С 01 В 31/04, 1978.

Авторское свидетельство СССР

И 806600, кл. С 01 В 31/04, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение касается управления тепловым режимом электровакуумных печей при производстве углеродных изделий, может быть использовано в химической промышленности и позволя" ет снизить потери электроэнергии °

Измеряют температуру в печи до ввода начальной мощности и в конце каждого интервала, равного постоянной времени переходного процесса, а заданное количество электроэнергии на каждый последуюц»ий интервал Д Е; »определяют по формуле

Д5, (1Е Ст

------------ х

+1 g (t») с,, (т, -т )

»»» по A T1t» т, + с .. (-----) - (--- --)

1ОО 1Ои где f - коэффициент черноты материала нагревателя; С Т(,,1 - удельная (1) С 01 В 31/04, С 05 В 27/00 теплоемкость материала системы нагреваемых тел в каждый (i+1)-й интервал.

rp

Т» — » Ti

С = а + а (----------) +

Т » а < 2 где а, а», а — постоянные для определенного вида материала системы нагреваемых тел; С т,, ДЕ, - удельная теплоемкость и приращение электроэнергии в первом интервале;

Дт;„ = т;„ — т, - 0,158 т, — 0,37 Т,, — прогнозируемое приращение температуры на каждый последующий интервал; — постоянная времени пел гр реходного процесса; ((р, - температура, заданная по графику íà (i+1)-й интервал; Т, Т,, Т; — измеренная температура в печи до ввода начальной мощности, в конце первого и i-ro интервала соответственно, К;

1 пр А<

+ (--- - ---)

- приС, А2 С2 С( веденный коэффициент излучения систе" мы тел, Вт/м К; А, А1, А - площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки соответственно, мг; C(= 5,67 10 Вт/мпостоянная Стефана-Больцмана; С(и

С» - соответственно коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки, Вт/м К. 1 табл., 3 ил.

1611855

Изобретение относится к управлению тепловыми объектами и может быть применено в химической промышленности для управления тепловым режимом по сложному температурно-временному

5 графику в электровакуумных печах в производстве углеродных и полупроводниковых материалов, отжиге трансформаторной стали, 10

Цель изобретения - снижение потерь электроэнергии, На фиг. 1 приведена принципиальная схема реализации предложенного способа; на фиг ° 2 и 3 - графики разогрева 15 электровакуумной печи при известном и предлагаемом способах.

Система управления (фиг.1) содержит печь 1, пирометр 2, управляющий вычислительный комплекс 3, амперметр 4, вольтметр 5 и электропечной трансформатор 6.

Способ осуществляют следующим об-! разом.

Температура измеряется в рабочем пространстве печи 1 с помощью пирометра 2. Данные об измеренной температуре поступают на вход управляющего вычислительного комплекса (УВК)

3. Туда же поступают данные о силе тока I и напряжения U питания нагревателей печи, измеряемые с помощью амперметра 4 и вольтметра 5, установленных в цепи вторичной обмотки электропечного трансформатора 6, В УВ1< 3 по измеренным текущим значениям I u U определяется количество потребляемой энергии за, каждый интервал времени, вычисляется заданное количество электроэнергии на каждый

40 последующий интервал времени, в зависимости от которого формируется сигнал на изменение мощности. Мощность изменяется путем переключения ступеней электропечного трансформато45 ра 6 (грубо) и изменения намагничивания реактора насыщения (плавно). !

Алгоритм вычисления управляющих воздействий и управления следующий.

1. Задается температурный график нагрева Т = f(t).

2. Вводится начальная мощность электропитания P .

3. Измеряется температура в печи в момент подачи электропитания на нагреватели То .

4. Осуществляется выдержка времени,, равная постоянной времени переходного процесса в печи.

Измеряется температура Т в пе1 чи в момент окончания выдержки времени с.

6. Измеряется количество затраченной на нагрев энергии за период выдержки $ E, .

7. Определяется средняя удельная теплоемкость системы графит-графит за указанный интервал температур: за А

Т -Т (---------- + ! 2 т =а +а о заА

Т )+ Т1

+ а (1

2 где ац, а1 и а - коэффициенты.

8. Прогнозируется максимальная величина температуры в печи от введенной первоначальной мощности

Т3

Ма ; 0 632

9. Прогнозируется средняя удельная теплоемкость системы на каждый последующий интервал времени (i+1).

10. Прогнозируется задание на пиращение температуры на последующий интервал времени Т,fq по формуле (I)

ОР

nII П

=Т, -Т - 01 Т

t+(Iti т !-

0,233 T .

11 Прогнозируется приращение энергии на последуюций интервал времени А E, +, Ilo формуле коэффициент черноты материала нагревателя;

С д - приведенный коэффициент излучения системы тел, определяемый по формуле где

А 1 1 ()

А С С коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки, постоянная Стефана-Больцмана; площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки.

Д „А)„А 1 Ь E, у ° = --- (с н т 1 С,, (Т; -То у Т" + С А с (-"---- ) (-""--) ПР Тj+1 Ф Т

>+) " 100 " 10" ) 5 1611855 6

12 ° Вводится дополнительная мощ- ПР х т. + С A ь (--1--- ность 100 ) 100 )1у

АЕ;г

1Ф! 6

5 где Г - коэффициент черноты материала нагревателя;

С, - удельная теплоемкость матет,, „ риала нагреваемых тел в каждый (i+1)-й интервал, определяемая по формуле гр т+ - т

С

= а + а (--- - ------)T i+i O 1

15 постоянные коэффициенты для определенного вида материала нагреваемых тел; прогнозируемое приращение температуры на каждый последующий интервал, определяемое по формуле аО

25 т;, т °, - т, = 0 158 т; BP гр

0,37 т, где то т

Т,г

i%1 сп1

45 где А, А1, А площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки соответственно; коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки; постоянная СтефанаБольцмана, 50 с, с

13. Далее повторяют операции 8-12 до достижения заданной графиком тем пературы.

В таблице приведен пример расчета выбора подводимой к печи мощности для разогрева с заданной скоростью и в заданное время.

На фиг. 2 и 3 представлены выборки данных разогрева электровакуумной печи, полученные для начальных условий, указанных в таблице, при известном способе управления (а,б,в) и предлагаемом (г), Отсутствие дозирования подводимой мощности с учетом конкретной для каждого процесса массы садки, состояния Футеровки и нагревателей, а также отсутствие оптимальной частоты корректировок подводимой мощности приводит к неравномерности нагрева иэделий или удлинению срока разогрева печи, т.е. дополнительным потерям электроэнергии. Все эти Факторы в сочетании с браком продукции из-за несоблюдения режима обуславливает зна-тельные потери. ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ управления тепловым режимом электровакуумных печей в производстве углеродных изделий, включающий задание количества электроэнергии на интервал нагрева, ввод начальной мощности нагрева, измерение количества потребляемой печью электроэнергии и периодическое изменение мощности в зависимости от количества электроэнергии, заданного на каждый интервал нагрева,. отличающийся тем, что, с целью снижения потерь электроэнергии, дополнительно измеряют температуру в печи до ввода начальной мощности и в конце .каждого интервала, равного постоянной времени переходного процесса, а заданное количество электроэнергии на каждый последующий интервал Е;+, определяют по Формуле измеренная температура в печи до ввода начальной мощности и в конце

i-го интервала соответственно; граничное значение температуры на (i+1) интервал; приведенный коэффициент излучения системы тел, определяемый по формуле

Ai 1 1

+ --- (--- - ---) с с

1611855 ъ я н

Ч(! г с! е (Q и

Ю а

Э(.э с

l (съ (Ч.(Ч -Ф 1

ЛО

° а ае» ф аОВОЛ

C!hО1Oa -

1 н и н н н

cI «е «1- (0 1

С(. O O. a. О.

«с! «(ф «сф «О с1 и

1 ! !

1

I !

1

1

1 !

1

I !

II И и Н

«! « р (се 1 обвод

1- I» ф- 1

1 !

1 (с1 1

- чн 1 (ч -Ф

II О1

О1 («Ъ (Ч

ЛО ИСЧ сч - anna 1

It 1 -сч СОШ It 1

СО СО (Faao ! О l

СО (ее СЧ °

- Ф О

1 - 1

I CA-Ф

Ю(Л 1

-Ф «Ч;(О е ЛСО

C4 аА (Ч Л («е СО

Ф ! I

l ООО 1

О oaсч an еО(Чл

СО - - (Ч 1

I и н, и н

СС (е««С (Се

I- I- t- 1-!

СО 1

СО сч 1 1 е а

СО ОЪ С - Ф 1

«(a (е\ an я7

«О - Ф -Ф I !

1

an (с( (ч а

an anw an (е сч (Ч (Ч 1 съ-н м !

l !

f (съ (7\ 1

«Ф М 1 а а 1.

СЧWФОО ° (anсо е 1 э

-«СО СЧ Л е» е ° (Ч

1 ! X, !

l (Н

Р

ООООО 1

«еЪiД CFI (Ч an Q

- ФСО(Ч Л 1 сч .1

1 а ео СЧСО-Ф 1 а е а а («1 Ф iо СО 1 !

s 1«(9!О 1«»

0О а

О!

1

1

II (Э

) 1

1 !

I ! (1-!

1 сЧ

1 (ч

I «

О

1 1

1

1 1I

I 1

ICa- И

l a (ее

I I1 I1 1I ! Ф °, (Е-. О» ! lI о

I зс

1

Iа.

C)

О ! и

О (М ! ((-б

1 — I

1 (I СО.

I Х

1 е

I С(«P

1 СР. ! (!

I I

4 -13

1ОЕХ

I0(Х Х

1 "«I Э ! txа

1

1 е о х

1 "Х (" X и е е

l c! сС (c (н

) »Е (О а ! I» «! Х I

1 . 1 (I СС X X (1- х °

1 еахао! аоэо(0(!

СОхаах(I» (ч к

Х а а с«1-0 Се (Ч

a an -Ф мыо 0О е» ° «» ° аФ ъ

О П и й й

Н (aI Ь(! (.(Ш

Я «С(«С! «С(С(° 4 (еЪ Л МЪ л 10 -л (ч а а à а

О О О CI а и.

1 (Н е 0 °

Х С! 1 (tI X

Ф Г ао(н

CL О.

Ф» С (Щ

Cl О

Е I»

С g X

Э (X (X

I- O (0 !

С aI (C Э (0 а ( хее

X 1

Ф а (XX e е x («! )) Е

° а Э (.! а о (01 о (C Å (Н (0 н ха

О(С

1- O l

lc aI x

X Or

C В е о з а

Q X Э ((Х О е -Е

0О а

II (н

ZuCL

У Э е

С «(g

IQ ea (0 (X Iа х у (0 Са аеa

1»

c g

Э Э>у

1- CL ф

I» („

° - o.å

СС 5 I(0 CL (и е о н е цба

Ц» (У1

>е (0 10

Я Х 1-1.=

Э СО(3 еа (r!

X V (0

4) О

c; an CL

Ю е Э

У,„(нх н

Щ (g

4 5 6 78 9 10 г

4 S Ю 78 УЯ9 г э

234 5 6 7 89Ю

5 6 78 910

Фо З

Составитель Г. Огаджанов

tÐåäàêòoð Н.Яцола Техред Л.Олийнык Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3809 Тираж 417 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент, r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 101