Устройство контроля температуры жидкого металла в тигельной индукционной печи

 

Изобретение относится к области электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавкой индукционной тигельной печи. Целью изобретения является упрощение устройства контроля, повышение его надежности и срока службы. Для достижения поставленной цели согласно изобретению измеряют с помощью термопары 5 температуру атмосферы печи, вычисляют с помощью блока 6 вычислений температуру жидкого металла на периодах расплавления и перегрева, контролируют скорость роста температуры металла с помощью блока 6 и обеспечивают выход на требуемые температуры металла в конце каждого из названных периодов. 3 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4688974/27-02 (22) 29.12.88 (46) 30.12.90. Бюл. № 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт систем автоматизации и управления (72) Ю. О. Сургучев и А. А. Простяков (53) 669.536.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 393961, кл. G 01 F 5/02, 1972.

ÄÄSUÄÄ 1617290 A 1 (51)5 F 27 В 14 20 F 27 D 19 00

2 (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕМПГРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В ТИГЕЛЬНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к области электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавкой индукционной тигельной печи. Целью изобретения является упрощение устройства контроля, повышение его надежности и срока службы. Для достижения поставленной цели согласно изобретению измеряют с помощью термопары 5 температуру атмосферы печи, вычисляют с помощью блока 6 вычислений температуру жидкого металла на периодах расплавления и перегрева, контролируют скорость роста температуры металла с помощью блока 6 и обеспечивают выход на требуемые температуры металла в конце каждого из назван!

617290

Изобретение относится к электротермии, а именно к техническим решениям по уп; равлению плавкой индукционных тигельных печей.

Целью изобретения является упрощение, устройства контроля, повышение его надеж, ности и срока службы.

Нз фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фи1. 2 -- злгоритм ра боты блока 6 вычислений; нз фиг. 3 — узел установки термопары.

Устройство содержит печь с тиглем 1, крышкой 2 и индуктором 3, H также систему 4 электрооборудования печи, тсрмопару 5, блок 6 вычислений и блок 7 кон роля и управления.

Тсрмопзра 5 расположена нзд уровнем жидкого металла и вмонтирована в крышку 2 печи (фиг, 2). Выход термопары 5 H выход системы 4 электрооборудова и и я печи соединены соответственно с первым и вторым входами блока 6 вычислений, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока 7 контроля и управления. Выход блока 6 вычислений =оединен со входом блока 7.

Высоковольтный выключатель, входящий в состав системы 4 электрооборудования пеlH, снабжен датчиком е)о положения (ие показан), сигнал которого проходит на второй вход блока 6.

В состав блока 7 входят известные

1)учные задатчики типа РВД, РД-К «лH задания времени выполнения пер ода и начальной температуры периода :.ерсгревз, переключатель на два положеHHR типа тумблер для установки предстоя щего периода и индикатор типа Ф-208 для представления значения тсмпературы металла.

Блок 6 вычислений работает по злгорит му, реализованному алгоблокзми 8--34 (фиг. 3 и перечень реквизитов в таблице}.

В качестве блока 6 может быть использоBBH контролер «Ломиконт» или «Ремиконт», средства из области вы:ислнтельной техники, об)адзк)1цис блоками для ввс да дискретных сигналов, анзлог1)вых сигна H)B и lH сигналов теомопар, з также для вывода параллел)я ого кода при использовании для (! редстз в чсния и нфоп м я пии и идиl зторов . ипа Ф-208.

Работа устройства основана нз следую1ЦЕ М.

Тигельнзя печь представляет и:1 себя -0суд со стенками из огнеупорных материалов с футероганной крышкой. Fc . конструкция исключает практически ощутимые подсосы в печь внешнего воздуха, что обьясняется повышенным давлением в печи за счет выделения из расплавленного металла газа.

Стены тигля и. крышка обладают достаточно высокими тепло изоля ционны ми свойствами, что определяет высокий тепловой

КГ1Д печи. Все это не позволяет говорить о соответствии (равенстве) температуры атмосферы печи температуры металла. Но характер ее изменения отражает характер процесса плавления и перегрева металла.

Эта связь достаточно инерционна, так как атмосфера печи имеет активный конвективный обмен с шихтой и ванной металла как за счет перемешивания ванны и выделения из жидкого металла газов, так и за счет достаточно развитой поверхности твердой шихты.

После загрузки шихты в печь, ее закрытия H включения температур-1 атмосферы печи интенсивно повышается, так как идет

15 быстрый процесс нагрева холодной шихты, с которой контактирует атмосфера печи. В начале за счет большой разности температур жидкого металла «болта» и твердой шихты загрузки металл шихты нагревается быстро, однако по мере повышения его температуры скорость процесса роста .1емпературы падает.

При приближении температуры шихты, еще Hi. погруженной в ванну, к температуре плавления, скорость ее нагрева продолжает

25 снижаться. За счет расплавления нижних слоев шихта постепенно оседает в жидкую вынну. Но даже когда вся шихта погрузилзсь в ванну, но еще не расплавилась, температура ванны металла, с которой начинает контактировать зтм<>сфера печи, раст.T

"-0 .1е нзчиз ель)к) (или стзбилиз руется), так

КЗК ЗНЗ:1ИтЕЛЬНаЯ:- ЗСтЬ ПОС-;УПЗ:Ошсй В МЕталл энергии идет нз допланпение шихлгы.

Таким образом, до расплавления шихты в печк наблюдается постоянное уменьшение скорости роста температуры атмосферы

З5 печи, Как только вся шихта расплавлена, поступающая энергия полностью идет на повыI 1ение тсмпературы ванны, что в свою очередь приводит к увеличению скорости рос40 та температурь, атмосферь. печи. За счет перемешивания ванны и восходящих газовых потоков з.яснение температуры атмосферы происходит без практически заметной задержки вслед за температурой «анны металла. Установить непосредственную связь

45 между температурой метал. à H температурой атмосферы не представляется возможным из-за изменяющихся от плавки к плавке условий: плотности закрытия крышки, тол1ци1)ы футеровки и ее тсплоизолирующих свойств, количества шлака нз поверхности

О 0 металла и т. д, одн":.êî момент расплавления ц1ихты однозначно связан с увеличением скорости роста температуры атмосферы после постоянного уменьшения скорости на этапе расплавления, так как для каждого конкретного периода плавки, за которым ведется контроль, эти условия достаточно постоянны. Если периоды расплавления шихты проводятся при постоянном режиме (вес!

6!7290 загрузки, мощность печи, состав загрузки), что соответствует принятой в практике работе в чугуноплавительном производстве, то и температура ванны металла, при которой происходит полное расплавление шихты и начинается увеличение скорости роста температуры, постоянна.

Таким образом, на периодах расплавления можно определить момент расплавления шихты и, следовательно, достижения ванной определенной температуры.

Эта температура может быть определена экспериментально по замеру температуры металла в указанный момент времени (при проведении экспериментальной плавки). Указанный прием позволяет определить состояние металла в печи, избежать излишнего нагрева металла, перерасходов электроэнергии и повышенного износа футеровки.

Все сказанное имеет непосредственное отношение к работе предлагаемого устройства, алгоритм функционирования которого опирается на особенности работы тигельных печей.

Устройство работает следующим образом.

Плавильщик после проведения ручных операций (загрузка HJHxTbl, скачивание шлака и т. д.) закрывает крышку печи, устанавливает на блоке 7 переключатель в положение предстоящего периода плавки

«Плавление» или «Перегрев», сигнал о чем поступает на первый выход данного блока, а также время проведения предстоящего периода — второй выход блока 7, и в случае периода перегрева начальную температуру металла перед перегревом — третий выход блока 7.

Затем плавильщик включает печь и на второй вход блока 6 вычислений поступает сигнал о включенном состоянии высоковольтного выключателя, входящего в состав системы 4. I lo этому сигналу начинает работу в соответствии с алгоритмом блок 6 вычислений. При этом он определяет значение температуры жидкого металла в печи (Реквизит ТМ), выводимое на выход блока 6 вычислений. При значении реквизита

ТМ-проблел индикаторы блока 7 (не показаны) погашены. Алгоблок 8 устанавливает значение реквизита ТМ, соответствующее отсутствию показаний показывающего прибора.

Алгоблок 9 — соответственно значение времени периода, равное нулю (Реквизит Т).

Алгоблоки 10 — 12 и 34 с периодом 30 с наращивают значение реквизита Т, проверяют, не превысило ли значение Т величины

0,3 от оценки времени выполнения периода (реквизит TP) и остается ли печь включенной (реквизит PV).

При отключении печи блок 6 работу заканчивает. При превышении (равенстве) реквизита T)0,3 ТР алгоритм переходит к блоку 13.

Л чгоблоки 13 и 14 присваивают вспомогательному реквизиту (индикатору) Л и VT значение, равное нулю. Алгоблок !5 присваивает реквизиту ТА! значение температуры, измеряемой термопарой 5 (реквизит ТЕ), сигнал которой поступает на первый вход блока 6.

Ллгоблок 16 осуществляет выдержку вре-. мени, равн ю зара;ее введенной в блок 6 вычислений величине, которая выбирается в " пределах 1 — 10 с в зависимости от производительности печи (реквизит TD).

Чем выше производительность, тем больше скорость рос а температуры металла и тем меньше надо орать TD для получения

15 дискретнос и определения температуры в пределах 1 — 3 .

Ллгоблок 17 производит отсчет .времени периода с дискретностью TD.

Алгоблок 18 присваивает реквизиту ТА2 значение температуры, измеряемое термо20 парой 5.

Ллгоблок !9 определяет скорость роста реквизита ТЕ за время TD.

Ллгоблок 20 проверяет, включена ли печь, при отключении которой блок 6 вычислений ч работу заканчивает. При включенной печи алгоритм переходит к блоку 21, определяющему установленный период плавки (реквизит P). Если Р равен единице, то значит установлен период перегрева и алгоритм переходит к блоку 22. В противном случае ycqp тановлен период плавления и алгоритм переходит к блоку 28.

Ллгоблок 22 определяет первое вычисленное значение температуры металла (реквизит ТМ1), равное сумме начальной температуры металла перед перегревом (рек35 визит TN), установленной на блоке 7 контроля и управления, и произведения скорости роста температуры (реквизит VT), измеряемой термопарой 5, на время периода, прошедшее с его начала (реквизит Т).

Алгоблок 23 присваивает значение TM I

4!! реквизиту ТМ, зна .ение которого выводится на показывающее устройство блока 7 (не показано).

Алгоблок 24 осуществляет выдержку времени, равную TD.

Алгоблок 25 проверяет, включена ли печь.

При отключенной пе и блок 6 вычислений работу заканчивает.

Блок 26 производит отсчет времени периода.

Блок 27 присванва:t реквизиту ТМ значение, равное сумме ТМ1 и разнице между текущим значением температуры, измеряемой термопарой (TE I, и ее значением в момент, когда была определена температура

TMl. Алгоритм возвращается к блоку 24, 55 осуществляя цикли <еское с периодом TD определечие значения М до отключения печи.

Если установлен период плавления, алгоритм от блока 2! нереходит к блоку 28.

161 7290

Блок 28, если индикатор А=О (за период определено только одно значение VT), передает управление блоку 29. Блок 29 при, сваивает реквизиту VT! значение ЧТ. Блок 30 присваивает реквизиту ТА1 значение ТА2. Блок 31 присваивает индикатору А значение «1» и передает управление блоку 16.

Алгоритм, пройдя блоки 16 — 21, определяет новые значения VT, ТА2 и после блока 28 управление гередается блоку 32 (А=1) .

Блок 32 определяет изменение скорости роста температуры (реквизит UT) за время TD и-передает управление блоку ЗЗ.

Алгоритм, пройдя блоки 29 — 31, 16 — 21, 28, 32, о п редел яет но вое зн а че ние U Т.

Блок 33 определяет значение реквизита UT больше нуля (скорость роста температуры падает), меньше нуля (скорость роста температуры растет) или равно нулк).

Если UT больше нуля, то управление передается блоку 29 и цикл повторяется. Когда, на некотором цикле UT оказывается равно (, нулю или меньше нуля, фиксируется момент расплавления металла шихты и управление передается блоку 34.

Блок 34 присваивает реквизиту ТМ1 -начение реквизита ТМР, которое вводится в блок 6 вычислений заранее как постоянная и равно температуре жидкого металла в пе чи, определенной экспериментально для:vto ( мента расплавления металла шихты. Затем, управление передается блоку 23.

Блоки 24 — 27 осуществляют цикличес. ;кое, с периодом Т определение значения ТМ (, до отключения печи. (В качестве термопары 5 может быть применена любая термопара для измерения температуры газов в диапазоне до !500 С.

В условиях печи термопара должна быть защищена от прямого теплового излучения с зеркала ванны жидкого металла, что может исказить измерение температуры атмосферы печи.

Узел установки термопар приведен ка фиг. 2. Термопара крепится на крышке печи.

Чувствительный элемент термопары 5 утоплен в конической выемке футеровки 36 крышки, которая со стороны атмосферы печи защищена от излучения экраном 37, который крепится к футеровке «ножками». В выемке футеровки имеется канал 38, соединяющий ее с внешней атмосферой. Этот канал обеспечивает проток газа и обтекание им чувствительного элемента термопары.

Таким образом, изобретение позволяет осуществлять контроль за температурой жидкого металла по температуре атмосферы печи на периоде расплавления и перегрева для точного выхода на значения температур расплавления и слива.

Формула изобретения

Реквизит

Вид информации блока вычислений

Выходная информация

Внутренняя информация

Информация

4 входа

Оценка времени выполнения периода (ТР), с

Индикатор (Л), О;1

Внутренняя информация

То же

Внутренняя информация

Т G Ke

Информация

2 входа вольтного выключателя (Р7), 0,1

Положение переключателя периода плавки (Р), 0,1

Информация

3 входа

5 о

Устройство контроля температуры жидкого металла в тигельной индукционной печи, содержащее термопару и систему электрооборудования печи с датчиком положения высоковольтного выключателя, отличающееся тем, что, с целью его упрощения, повышения надежности и срока службы, оно дополнительно содержит блок вычислений и блок контроля и управления, причем чувствительный элемент термопары расположен в крышке печи выше возможного уровня заполнения печи металлом, а пять входов блока вычислений соединены с термопарой, датчиком положения высоковольтного выключателя системы электрооборудования печи и соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока контроля и управления, и выход блока вычислений соединен с входом блока контроля и управления.

Перечень реквизитов

Температура жидкого металла (TN), С

Время периода (T),с

Значение температуры -.åpìoïàpû в начале длительности дискретности опроса (ТА1), С

Значение температуры термопары в конце длительности дискретности опроса (ТА2), С

Скорость роста температуры предыдущего цикла (ЧТ), град/с

Положение высоко1б17290 to

Продолжение

Внутренняя информация

Внутрен:-.яя информагн я

То же

Внутренняя информация константа

Инф р !ацпь

1 входа

11нформация

5 вк ода

Скорость роста температуры текущего цикла (UT1), град/с

Изменение скорости роста температуры (UT) град/с

Дискретность опроса (Т), мс

Температура металла в момент о плавления (ТГ1Р), 5

Первое определенное значение температуры жидкогс металла (ТМ1),,1(ГРад

Температура термопары (TF), 1- р а д

Начальная температура периода пе регрева (ТХ), град

I6l729P

Редактор Н. Горват

Составитель А. Абросимов

:Заказ 4! 12

Техред А. Кравчук К

ВНИИПИ

Ти аж П орректо М, р . Максимишинеи

Госуда рст вен ного ком итета одписное го комитета по изобретениям и отк

Г! оиз роизводственно-издатепьски Д

5 Москва Ж 35 Р

Р тельский комбинат «Патент», г. Ужго ент», г. жгород, ул. Гагарина, 101