Способ управления процессом плавления металла в индукционной чугуноплавильной тигельной печи

 

(51)5 С 21 С 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ14

ПРИ ГННТ СССР

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 4663505/02 (22) 29. 12. 88 (46) 07.04.91. Бюл. В 13 (71 ) Все союзный научно-иссле дав атель. ский и проектный институт систем автоматизации и управления (72) Ю.О. Сургучев, С. С. ПолитковcKHH и В. Г.Ладожский (53) 669.187.3(088,8) (56) Разработка и внедрение типовых решений по совершенствованию и автоматизации технологического процесса плавки чугуна в индукционных печах с применением вычислительной техники.

Исследование энерготехноло гиче ско го процесса, моделей контроля и управления индукционной плавки на примере металлургического производства а бъединения АвтоВАЗ. Ч 1. Промежуточный за 0.007.003 ПКБ АСУ. — Куйбышев::

ВНТИЦ, 1984, Р roc. регистрации

0184004650, инв. 9 024840074083. (54) спОсОБ УпРАВлениЯ пРОЦессОм

ПЛАВЛКНИЯ МКтАЛЛА В. ИНДУКЦИОННОЙ

ЧУГУНОПЛАБИЛЬНОЙ тИГКЛЬНОЙ ПКЧИ (57) Изобретение относится к электроИзобретение относится к электратермии, точнее к способам управления плавкой индукционных чугунаплавильных тигельных печей.

Цель изобретения — экономия электроэнергии и футеравачных материалов, увеличение производительности печи

sa счет увеличения точности получения заданной па технологии температуры перегрева металла.

2 термин, а. именно к способам управления плавкой индукционных чугуноплавильных тигельных печей. Целью изобретения является экономия электроэнергии и футеровочных материалов, повышение производительности печи за счет увеличения точности получения заданной па технологии температуры пере грев а металла. Согласно способу по прошествии от начала периодов расплавления и перегрева времени, равного 0,3-0,4 времени протекания каждого периода, начинают постоянный по ходу расплавления и перегрева контроль за скоро стью раста температуры атмосферы печи, приравнивая последнюю к скорости роста температуры ванны жидкого металла на периоде расплавления от момента плавления шихты, а на периоде перегрева от момента начала контроля за температурой, и заканчивают каждьп период по выходу на требуемые по технологии температуры соответственно расплавления и слива металла без учета изменения других параметров. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

На фиг. 1 и Z приведены кривые изменения температуры атмосферы печи на периодах расплавления и перегрева соответственно; на фиг. 3 — временная диаграмма работы печи.

Согласно изобретению контролируют температуру атмосферы печи, которая в силу особенностей конструкции и работы тигельных печей (индукционных) а тражае т с до с тато чной точно стью и

1640175

4 информативностью протекающие процессы плавления металла.

Тигельная печь представляет из себя сосуд со стенками из огнеупорных материалов с футерованной крышкой, т.е. конструкцию, исключающую практически ощутимые подсосы в печь внешнего воздуха, что объясняется повышенным давлением в печи за счет вьгделения из расплавленного металла газов., Стенки тигля и крьппка обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, что определяет высокий тепловой КПД печи.

Пример. Процесс проводят в

ИЧТ -60, имеющей емкость 60 т и работающей с остаточной емкостью ("болотом") в 48 т и двумя загрузками по

6 т. Последовательность проведения периодов следующая: загрузка 1 (подача и загрузка в печь из бадьи шихты массой 6 т); расплавление загрузки 1 (включение печи с закрытой крьппкой, расплавление шихты, доводка рас- 25 плава в печи до технологической температуры расплавления, например

1350 С, и выключение печи); загрузка

2 (аналогично загрузке. 1); расплавление загрузки 2 (аналогично загрузке 1); вспомогательные операции (при открытой крьппке печи производят скачивание шлака, отбор пробы, если необходимо введейие присадок для достижения заданного химсостава, измерение температуры расплава разовой

35 термопарой); перегрев расплава (включение печи с закрытой крышкой и доводка расплава в печи до технологической температуры перегрева, например 1500 С); слив металла (наклон печи и слив расплава массой

12 т в ковши).

Характер изменения температуры атмосферы печи отражает характер 4 процесса плавления и перегрева металла. Эта связь достаточно малоинерционна, 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

55 закрытия и включения температура атмосферы печи интенсивно повьппается, так как идет быстрый процесс нагрева холодной шихты, с которой контактиРует атмосфера печи. В начале, за счет большой разности температур жидкого металла "болота" и твердой шихты загрузки, металл шихты нагревается быстро, однако, по мере повышения его температуры, скорость процесса роста температуры падает. При приближении температуры шихть1, еще не погруженной в ванну, к температу ре плавления, скорость ее нагрева продолжает снижаться. За счет расплавления нижних слоев шихта постепенно оседает в жидкую ванну. Ио даже когда вся шихта погрузилась в ванну, но еще не расплавилась, температура в анны ме т алла, с ко торой начинает контактировать атмосфера печи, растет незначительно (или стабилизируется), так как значительная часть поступающей в металл энергии идет на доплавление шихты. Таким образом, до расплавления шихты в печи наблюдается постоянное уменьшение скорости роста температуры атмосферной печи.

Как только вся шихта расплавлена, поступающая энергия полностью идет на повьппение температуры ванны, что приводит к увеличению скорости роста температуры атмосферы печи. За счет перемешивания ванны и восходящих газовых потоков изменение температуры атмосферы происходит без заметной задержки вслед за температурой ванны ме талла. Установить непо средственную связь между температурой металла и температурой атмосферы не представ» ляется возможным из-за изменяющихся о т плавк и к плав ке условий: плотно сти закрытия крышки, толщины футеровки и ее теплоизолирующих свойств, количества шлака на поверхности металла и так далее, однако момент расплавления шихты однозначно связан с увеличением скорости роста температуры атмосферы после постоянного уменьшения скорости на этапе расплавления, так как дпя каждого конкретного периода плавки, эа которым ведется контроль, эти условия достаточно постоянны. Если периоды расплавления шихты проводятся при постоянном режиме (вес загрузки, мощность печи, состав загрузки), что соответствует принятой в практике работе в чугуноплавильном производстве, то и температура ванны металла, при которой происходит полное расплавление шихты и начинается увели50

5 164 чение скорости роста температуры, постоянна.

Таким образом, на периодах расплавления можно определить момент расплавления шихты и 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, пе ре расходов электроэнергии и повышенного износа футеровки.

На периоде перегрева жидкой ванны между металлом и атмосферной печи устанавливается термодинамическое равновесие, которое характеризуется одинаковой скоростью роста температуры металла и атмосферы печи. Это явление основывается на том, что изменением теплопотерь из печи в результате изменения температуры металла и атмосферы печи можно пренебречь ввиду малости этих изменений. Следовательно, для конкретных сложившихся для данного периода перегрева условий поступление тепла в атмосферу печи зависит от разницы ее и ванны металла температур, а потери тепла атмосферой печи не изменяются. -При установившемся режиме теплообмена это приводит к одинаковым скоростям роста температуры металла и атмосферы печи при большей или меньшей разности этих температур, что зависит от конкретных условий для текущего периода.

Таким образом, следя за ростом температуры атмосферы печи, можно определить рост температуры жидкого металла. При проведении периода перегрева на постоянной мощности, что соответствует широкой практике, измерив скорость роста температуры металла (атмосферы печи) и приняв ее постоянной для всего периода перегрева (так как мощность постоянна), можно точно рассчитать время выхода на заданную температуру перегрева.

Описанные приемы позволяют проводить периоды расплавления и перегрева с контролем наиболее важного параметра процесса = температуры металла в печи, а следовательно, с учетом всех условий, сложившихся для конкретной плавки, без предварительной информации о точном весе метают

0175 6 ла в печи, весе шихты загрузки, температуре шихты, ее теплоемкости, ИЩ печи, мощности тепловых потерь и так далее, которые необходимы при проведении процесса по расчету энергетического баланса печи, сбор которых усложняет систему управления плавкой.

10 На практике из опытных данных или по расчету энергетического баланса печи выбирается мощность и номинальная длительность периодов перегрева и плавления. При выбранной мощности остается практически важным определить момент окончания периодов, т.е. выход на требуемую температуру ванны..

Слежение за температурой атмосферы печи следует начинать через время, 20 равное 30-407 от номинального времени периода, что гарантирует завершение переходных процессов нагрева термодатчика и атмосферы печи до начала слежения и своевременность фор25 мирования команд на отключение печи до фактического окончания периода.

Увеличение скорости ро ста температуры на периоде расплавления можно определять как изменение знака производной скорости роста температуры с отрицательного значения на положительный. Экспериментальные данные на печах емкостью 10-60 т показывают, что изменение можно считать завершенным, если оно сохраняется в течение 15-20 с. Предварительная оценка времени выполнения периода может быть произведена либо по экспериментальным плавкам (по опыту эксплуатации печи), либо по расчету теплового баланса печи при номинальных значениях парамет- . ров.

Возможные отклонения в длительности периода от расчетного, вызванные

45 отклоне нем фактических значений параметров от номинальных, не превышают 15Х. Значения длительности периодов лежат в пределах 5 — 30 мин и более для различных печей. Начало слежения за температурой атмосферы печи через 30-403 времени периода гарантирует достаточное время для прохождения переходных процессов теп-, лообмена в печи и нагрева датчика температуры, а также своевременность начала этого слежения. Обычно требуемая технологическая температура расплавления несколько abme температуры расплавления, определяемой по

1 6401 75,предлагаемому способу. В этом случае после определения момента расплавления (достижения температуры расплавления) продолжают период до тех пор, пока прирост. температуры атмосферы

Э печи за время, прошедшее после момента расплавления, íà становится равным разнице между требуемой технологической температурой расплавления и температурой расплавления, достигаемой в момент расплавления шихты.

После этого печь отключают.

Измерение температуры атмоаферы печи может быть осуществлено с помощью различных датчиков температуры газа, в частности термопарными датчиками, располагаемыми под крышкой печи так, что они отражают температуру атмосферы печи и защищены от лучевого нагрева. Проведенные эксперименты показали точность соответствия температуры, определяемой по предлагаемому способу, температуре металла в пределах + 8 С. 25

Предлагаемый способ позволяет с большей достоверностью контролиров ать температуру металла по ходу процесса плавки по измеренной температуре атмосферы печи и обеспечивает соответ- 30 ствие температуры металла требуемым значениям нри расплавлении и перегреве без проведения расчетов теплового баланса печи, результаты которых asляются лишь рекомендацией к выходу на требуемые температуры металла и основываются на комплексе других технологических параметров, отклонения которых от номинальных значений приводят и к отклоненичм от требуемой конечной температуры металла.

Формула изобретения

Способ управления процессом плавления металла в индукционной чу- 45 гуноплавильной тигельной печи, включакнций последовательное проведение периодов, состоящих из загрузки и расплавления порций шихты до номинального заполнения печи жидким ме" таллом, проведение периода подогрева металла до заданного по технологии значения н слив металла из печи, причем на каждом периоде устанавливают заданную по технологии подводимую к печи мощность, о т л и ч а.ю щ и йC я тем, что, с целью экономии электроэнергии и футеровочных материалов, увеличения производительно сти печи за счет увеличения точности получения заданной но технологии температуры перегрева металла, дополнительно для периодов расплавления через интервал времени, равный 30" 40% от интервала времени, заданного по технологии на данный, период, измеряют температуру атмосферы печи, определяют ее вторую производную по времени и IIQ изменению ее знака с отрицательного на положительный фиксируют момент расплавления шихты, начиная с которого определяют температуру расплава по температуре атмосферы печи и заканчивают период при достижении температурой расплава величины, заданной по технологии, для периода перегрева металла определяют начальную температуру металла в печи, через интервал времени, равный 30-40% от интервала времени, заданного по технологии на данный период, измеряют температуру атмосферы печи, по которой определяют температуру в печи.

2. Способ по п, 1, о т л и ч а юшийся тем, что начальную температуру металла в печи в период перегрева определяют путем непосредственного заме ра.

3. Способно п. 1,о тличаюшийся тем, что начальную температуру металла в печи в период перегрева определяют по достигнутой температуре металла в предшествующий пери" од расплавления с учетом теплопотерь за время загрузки печи.

1640) 75

1 6401 7.5

4 ь ь с, ь ь

1 о ъ а

Фь фъ

1ь

Ю

СЪ ь о

М

Со став итель А. Абросимов

Редактор И.Дербак Техред JI,Îëèéíûê Корректор С.Шекмар

Заказ 997 Тираж 391 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101