Устройство контроля уровня расплава в индукционной печи

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к управлению индукционной тигельной печью. В качестве датчика уровня расплава в тигле использован виток индукционной катушки. Устройство контролирует уровень расплава только после полного расплавления шихты. Использование в устройстве информации датчиков напряжения и коэффициента мощности позволяет получить сигнал об уровне расплава, не зависящий от величины напряжения питания индуктора и коэффициента мощности установки. Применение устройства в составе АСУ ТП индукционной печи дает возможность вести процесс плавки металла и его хранения с меньшими энергозатратами 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

0 р ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832771/10 (22) 23.04.90 (46) 07.06.92. Бюл. М 21 (71) Киевский институт автоматики им.XXV съезда КПСС (72) Н,С.Церковницкий, В.С.Богушевский, И,Л.Л и го цкий и И.А. Косен ко (53) 681.128.3(088.8) (56) Заявка Франции М 2275757, кл. 6 01 F 23/26, 1975. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ

PACi1flABA B ИНДУКЦИОННОЙ 6Е И (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к управлению инИзобретение относится к контролю параметров передельных материалов, а именно уровня расплава в индукционных печах промышленной частоты, работающих преимущественно в режиме полунепрерывной плавки (работа печи с "болтам") или миксера, и может быть использовано при управ лении этими агрегатами.

Известны устройства для контроля уровня жидкого металла контактным способом с использованием подвижного контакт.ного электрода в качестве датчика уровня жидкого металла, Недостатком этих устройств является нестабильность контроля. связанная с изменением длины измерительного электрода в процессе эксплуатации, а также затрудни.тельноств их использования на тигельных индукционных печах из-за наличия крышки.

Известны индуктивные уровнемеры для жидких металлов, содержащие индуктианый датчик, выполненный в виде ферромаг«

„„5U„„1739207 А1 (si)s G 01 F 23/26, F 27 8 14/06 дукционной тигельной печью. В качестве датчика уровня расплава в тигле использован виток индукционной катушки. Устройство контролирует уровень расплава только после полного расплавления шихты, Использование в устройстве информации датчиков напряжения и коэффициента мощности позволяет получить сигнал об уровне расплава, не зависящий от величины напря>кения питания индуктора и коэффициента мощности установки. Применение устройства в составе АСУ ТП индукционной печи дает возможность вести процесс плав.ки металла и его хранения с меньшими энергозатратами, 1 з.п.ф-лы, 1 ил, нитного сердечника с обмотками и подключенный к измерительному мосту.

Недостатком таких устройств является низкая надежность, вызванная тем, что при измерениях датчик помещается в емкость, а также сложность конструкции, вызванная необходимостью герметизации обмоток и использования специальных кабелей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для обнаружения при помощи электрического сигнала уровня заполнения расплавленной массы в индукционной печи, содержащее. датчик уровня заполнения расплавленной массой в виде витка индукционной катуц ки, соединенный с элементом, чувствительным к падению напряжения (индикатором). В зависимости от уровня расплавленной жидкой массы датчик посылает различный сигнал на чувствительный элемент.

Недостатком данного устройства явля- .

Ется низкая точность контроля, вызванная

1739207 выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через инвертор — с вторым входом первого элемента И, Переменный магнитный поток Ф1, создаваемый током индуктора, индуктирует s садке вторичный ток, создающий магнитный поток 4 ., компенсирующий поток Ф1.

0 Суммарный магнитный поток Ф, В6, равными

Ф = Ô + Ф, . (1) наводит в измерительном витке, расположенном над индуктором и используемом в качестве датчика уровня, ЭДС индукции е, В.

Рассматривая индукционную печь как воздушный трансформатор, действующее значение ЗДС (Е, В), наводимой в витке, можно представить в виде

35

V - - f(h), 1 (3) выходами первого, второго и третьего за- .50 влиянием на величину сигнала датчика напряжения питания индуктора печи и коэффициента мощности печи, изменяющихся в зависимости от условий работы печи, кроме того, устройство не различает периоды расплавления твердой фазы садки и ее выдержки, что дает возможность выдачи ложной информации так как в процессе плавки уровень расплавленной массы определить невозможно.

Цель изобретения — повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля уровня расплава в индукционной печи, содержащее трансформаторы тока и напряжения, датчики уровня в виде витка индукционной катушки, блок обработки и индикатор, дополнительно введены сигнализатор расплава, датчик напряжения, датчик коэффициента мощности, преобразователь напряжения, причем выходы трансформатора тока соединены с датчиком коэффициента мощности, выходы трансформатора напряжения соединены с соответствующими входами датчика напряжения и датчика коэффициента мощности, выходы датчика уровня соединены с преобразователем напряжения, выходы датчиков напряжения, коэффициента мощности и преобразователя напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока обработки, соответствующие выходы которого соединены с индикатором и сигнализатором расплава.

При этом блок обработки выполнен в виде вычислителя, содержащего блок деления, блок умножения, сумматор, первый, второй и третий задатчики поправок, ключ, блок сравнения, элемент задержки, инвертор, первый и второй элементы И, причем первый и второй входы блока умножения соединены соответственно с первым и вторым входами блока обработки, выход блока умножения соединен с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с третьим входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом сумматора, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с датчиков поправок, выход сумматора соединен с первым входом ключа, выход которого является первым выходом блока обработки, второй вход ключа соединен с выходом второго элемента и, выход первого элемента И является вторым выходом блока обработки, первые входы элементов И соединены с первым входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом блока сравнения и входом элемента задержки, где! — действующее значение тока индуктора, А;

f(h) — некоторая функция от уровня й, м, расплава, В/А;

U — действующее значение напряжения питания индуктара, В; сов cp — косинус сдвига фаз между током и напряжением {коэффициент мощности);

R3 — активное эквивалентное сопротивление системы индуктор-садка, Ом, Таким образом, действующее значение

ЗДС, наводимой в витке. прямо пропорционально напряженик; питания индуктооа и коэффициенту мощности. Для исключения влияния этих параметров, изменяющихся в зависимости от условий работы печи, «а точность контроля уровня расплава в качестве контролируемой величины следует выбрать величину Ч, равную отношению

0 соз р так что

По ходу расплавления шихты (твердой фазы) значительно изменяется активное эквивалентное сопротивление R системы индуктор-садка.

Поэтому достоверно уровень расплава .можно контролировать после полного расплавления шихты, т,е. когда Ra практически уже не изменяется.

Допуская, что магнитное поле равномерно распределяется по всей высоте как индуктора, так и садки, глубина проникновения тока в садке мала, и, пренебрегая активным сопротивлением садки, величинуЧ можно представить в виде

1739207

Ч= . О- „"y, 4) где k — коэффициент пропорциональности, 1/м;

0 — внутренний диаметр индуктора, м;

d — средний диаметр садки, м;

Н - высота индуктора, м.

Поэтому статическую зависимость для определения уровня расплава в тигле определяют в виде и-ь- ч = ., 60

Мг Е

U...- -cos rp где ki, k2 — статические коэффициенты, зависящие от геометрических размеров и электрических характеристик индуктора и садки, м

Так как тигель с течением времени изнашивается, то по мере износа его внутренний диаметр (средний диаметр садки) увеличивается. В первом приближении влияние износа футеровки на величину уровня расплава, рассчитанную по формуле (5), можно учесть введением поправки где Л вЂ” средняя за сутки поправка величины уровня расплава, вызванная износом футеровки тигля, м;

N — количество суток с начала кампании печи.

В соответствии с экспериментальными данными, полученными для печи типа ИАТ1: k< 1,36м; 12=4,7м; Л =7,6 10 м.

На чертеже приведены блок-схема устройства.

Устройство содержит трансформаторы тока 1 и напряжения 2, датчик 3 уровня в виде. витка индукционной катушки, расположенный в верхней части тигля 4, блок 5 обработки, первый выход которого соединен с индикатором 6, а второй — с сигнализатором 7 расплава, Кроме того, устройство содержит датчик 8 напряжения, входв которого соединены с выходами трансформатора 2 напряжения, датчик 9 коэффициента мощности, соответствующие входы которого соединены с выходами трансформаторов тока 1 и напряжения 2, и преобразователь

10 напряжения, входы которого соединены с выходами датчика 3 уровня. Выходы датчиков 8 и 9 напряжения и коэффициента мощности и выход преобразователя 10 напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 5 абработки.

Блок 5 обработки выполнен в виде вычислителя и содержит блок 11 деления, блок

12 умножения, сумматор 13:, первый, второй . и третий 14-16 задатчики поправок,. ключ

17, блок 18 сравнения, элемент 19.задерж.ки, инвертор 20, первый и второй элементы

И 21 и 22, При этом первый и второй входы блока. 12. умножения соединены соответст5 венно с первым и вторым входами блока 5 обработки, а выход блока 12 умножения соединен с первым входом блока 11 деления, второй вход которого соединен с третьим входом блока 5 обработки; а выход — непос10 редственно с первым входом сумматора 13, первым входом блока 18 сравнения и через элемент 19 задержки с вторым входом блока.

18 сравнения. Второй, третий и четвертый входы сумматора 13 соединены соответст15 венно с выходами первого, второго и третьего 14-16 задатчиков поправок, а выход сумматора 13 — с первым входом ключа 17, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И 22, а выход является

20 первым выходом блока 5 обработки.

Первые входы элементов Й 21 и 22 соединены с первым входом блока 5 обработки, а их вторые входы соединены соответственно через инвертор 20 и непосредственно с

25 выходом блока 18 сравнения. Выход первого элемента И 21 является вторым выходом блока 5 обработки.

Силовая часть индукционной установки содержит источник. 23 питания индуктора

25 24, постоянную часть конденсаторной батареи 25, блок-контакты 26-28 блоков переключения переменной части конденсаторной батареи, состоящей из групп 29-31.

30 В качестве трансформаторов 1 и 2 тока и напряжения могут быть использованы соответственно трансформаторы типа ТНШЛ

0,66-0,5 1000/5 У21 и НОС-0,5 У4.

Датчик 8 напряжения и преобразова35 тель 10 напряжения представляют собой измерительный преобразователь типа Е825, В качестве датчика 9, коэффициента мощности может быть использован преобразователь фазового сдвйга Ф5162 с уни40 версальным измерителем Ф520. а в качестве датчика 3 уровня — холостой виток индуктора.

В качестве индикатора 6 может быть использован вторичный прибор типа КСП, а

45 в качестве сигнализатора расплава 7 — лампочка накаливания.

В качестве остальных блоков могут быть использованы стандартные средства системй АК3СР и вычислительной техники..

Устройство работает следующим обра65 зом.

При включении. печи сигналы, пропорциональныеые .напряжению питания индуктора 0 и коэффициенту мощности саз rp, поступают соответственно с датчиком 8 и 9

1739207 ется) 10

40 напряжения и коэффициента мощности на первый и второй входы блока 12 умножения, с выхода которого на первый вход блока 11 деления поступает сигнал, пропорциональный U cos rp. На второй вход блока 11 деления от преобразователя 10 напряжения поступает сигнал, пропорциональный действующему значению ЗДСЕ, наводимой в датчике 3 уровня, а с его выхода сигнал, . пропорциональный ., поступает

Е ц созф на первый вход сумматора 13, на остальные .входы которого с первого, второго и третьего

14 — 16 задатчикав поправок поступают сигналы, пропорциональные соответственно К1, К2 и Ь Й, а на выходе формируется сигнал, праК2Е + порциональйый K> +. ЛN, т.е. уров0 cos y ню расплава. Этот сигнал поступает на индикатор 6 только после расплавления твердой фазы садки через ключ 17.

Действительно, изменение эквивалентного активного сопротивления Вэ системы индуктор-садка па ходу плавки вызывает изменение величины сигнала на выходе преобразователя 10 напряжения, соединенного с датчиком 3 уровня расплава. При этом изменяющийся по величине сигнал поступает с выхода блока 11 деления непосредственно на первый вход блока 18 сравнения, в котором сравнивается с сигналом, поступающим на его второй вход через элемент 19 задержки. В случае наличия нерасплавившейся шихты в тигле индукционной печи сигналы, поступающие на входы блока 18 сравнения будут различными, Поэтому сигнал на его выходе будет нулевым, Этот сигнал не позволяет открыть ключ 17 (на индикатор 6 информация не поступает) и, кроме того, инвертируясь в инверторе 20, через первый элемент И 21 поступает на сигнализатар расплава 7, который срабатывает и дает информацию о том, что не весь металл еще расплзвился. На первые входы элементов И 21 и 22 поступает сигнал ат датчика 8 напряжения с целью воэможности включения в работу индикатора 6 и сигнализатора 7 расплава только при включенной печи.

При полном расплавлении шихты вели-, чина ЭДС, наводимой в витке, и, следовательно сигнал с выхода преобразователя 10 напряжения практически не изменяются

{возможны только изменения сигнала при переключении переменной части конденсаторной батареи 29 — 31 с помощью блок-кон. тактов 26-28 или при переключении отпаек источника 23 питания индуктора 24), При этом сигнал с выхода блока 18 сравнения проходит через второй элемент И 22 и отпирает ключ 17. На индикатор 6 с выхода сумматора 13 поступает сигнал, пропорциональный уровню расплава в тигле индукционной печи, В то же время сигнал с выхода блока 18 сравнения инвертируется инвертаром 20 и на сигнализатор расплава

7 через первый элемент И 21 сигнал не по- ступает (сигнализатор 7 расплава атключаТаким образам, устройство контролирует уровень расплава в тигле индукционной печи только после полного расплавления шихты, что предотвращает поступление ложной информации нз индикатор, а также повышает точность контроля за счет независимости показаний индикатора ат величины напряжения питания индуктара и коэффициента мощности установки.

Формула изобретения

1. Устройства контроля уровня расплава в индукционной печи, содержащее трансформаторы тока и нзпряженил, датчик уровня в виде витка индукционной катушки, блок обработки и индикатор, а т л и ч а ю щ е е с л тем, чта, с целью повышения точности контроля, в него введены сигнализатар расплава, датчик напряжения, датчик коэффициента мощности, преобразователь напряжения. причем выходы трансформатора тока соединены с датчиком коэффициента мощности, выходы трансформатора напряжения соединены с соответствующими входами датчика напряжения и датчика коэффициента мощности, выходы датчика уровня соединены с преобразователем напряжения, выходы датчиков напряжения, коэффициента мощности и преобразователя, напряжения соединены соответственна с первым, вторым и третьим входами блока обработки, соответствующие выходы которого соединены с индикаторам и сигнализзтаром расплава.

2. Устройства па п.1, о тл и а ю щ е ес я тем, что блок обработки выполнен в виде вычислителя, содержащего блок деления, блок умножения, сумматор, первый, второй и третий задатчики поправок, ключ, блок сравнения, элемент задержки, инвертор, первый и второй элементы И, причем первый и второй входы блока умножения соединены соответственно с первым и вторым входами блока обработки, выход блока умножения соединен с первым входом блока деления, второй вход.которого соединен с третьим входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом сумматора, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего эа1739207

Составитель Н.Церковицкий

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор С.Патрушева

Заказ 1995 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 датчиков поправок, выход сумматора соединен с первым входом ключа, выход которого является первым выходом блока обработки, второй вход ключа соединен с выходом второго элемента И, выход первого элемента И является вторым выходом блока обработки, первые входы элементов И соединены с первым входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом блока сравнения и входом элемента задержки, выход которогс соединен с вторым входом блока

5 сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через инверторс вторым входом первого элемента И,