Устройство контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи

 

Изобретение относится к электротермии , точнее к техническим решениям по управлению плавкой индукционных тигельных печей. Устройство блок 6 вычислений по температурам,- измеренным с помощью термолары 5 температуры атмосферы печи и экспериментальному значению температуры расплава, поступающей в блок 6 с выхода задатчика 9, определяют коэффициент, учитываемый блоком б вместе с измеряемыми текущими значениями температур атмосферы печи для расчета температуры расплава после момента полного расплавления шихты, а на периоде перегрева блок 6 определяет удельные Затраты электроэнергии по показаниям расхода энергии, определяемой датчиком 8 с момента расплавления шихты до отключения печи по показаниям датчиков тока и напряжения, входящих в систему 4 электрооборудования , и разнице между температурами: экспериментальной температуре расплава от задатчика 9 и требуемой его температуре в конце периода расплавления , после чего блоком 6 вычисляется температура расплава на периоде перегрева с учетом полученных данных с использованием значения о температуре расплава в начале периода перегрева, поступающей на блок 6 с выхода блока 7 контроля и управления , момент окончания периодов с отключением печи наступает по соответствию определенных блоком 6 температур расплава и их требуемых значений. 2 ил., 1 табл СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ б

Злак падд д тан

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908424/02 (22) 06.02.91 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт систем автоматизации и управления (72) Ю.О.Сургучев и С,С.Политковский (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1617290, кл, F 27 В 14/20, 1989. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА В ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавкой индукционных тигельных ....,. печей. Устройство с9двржит блок 6 вычислений по температурам; измеренным с помощью термоаары 5 температуры атмосферыпечи и экспериментальному значению температуры расплава, поступающей в блок 6 с выхода задатчика 9, определяют коэффициент, учитываемый блоком 6 вместе с измеряемыми текущими .значениями Ы„„1781525 А1 (st)s F 27 В 14/20, F 27 D 19/00 температур атмосферы, печи для расчета температуры расплава после момента полного расплавления шихты, а на периоде перегрева блок 6 о пределяет удельные затраты электроэнергии по показаниям расхода энергии; определяемой датчиком 8 с момента расплавления шихты до отключения печи по показаниям датчиков тока и напряжения, входящих в систему 4 электрооборудования, и разнице между температурами: экспериментальной температуре расплава от задатчика 9 и требуемой его температуре в конце периода расплавления, после чего блоком 6 вычисляется тем пература расплава на периоде перегрева с учетом полученных данных с использованием значения о температуре расплава в начале периода перегрева, поступающей на блок 6 с выхода блока 7 контроля и управления, момент окончания периодов с отключением печи наступает по соответствию определенных блоком 6 температур расплава и их требуемых значений. 2 ил., 1 табл.

1781525

Изобретение относится к электротер- Кдля задания начальнойтемпературы перимии, точйее к технйческим решенйям-по уп- ода перегрева, переключатель на два полоравлению . плавкой индукционных женил типа тумблер для установки тигельных печей. предстоящего периода плавки и индикатор

Целью является повышение точности 5 Ф-203 для предоставления значения темпеконтроля температуры расплава. ратуры расплава, На фиг. 1 изображена структурная схе- 8 качестве задатчика 8 может быть исма устройства; на фиг. 2 — алгоритм работы пользован преобразователь Ф443 или CAблока вычислений. ЗУ-И 687 с числоимпульсным выходом.

В таблице приведей перечень реквизи- 10. Работа устройства основана на следуютов алгоритма функционирования блока вы- щем. числений, Тигельная печь представляет собой соУстройство" содер>кит печь с тиглем 1, суд со стенками из огнеупорных материалов крышкой 2 и индуктором 3, а также систему и с футерованной крышкой. Конструкция ис4 электрооборудования с датчиком положе- 15 кпючает практически ощутимые подсосы в ния высоковольтного выключателя, датчи- печь внешнеговоздуха,чтообъясняетсятакками тока и напряжения печи (на схеме не >хе и повышенным давлением в печи за счет показанЬ),термопару5, блок бвычислений, выделения из расплава в течение плавки блок 7 контроля и управления, датчик 8 ак- газа, Температуры газа в печи и расплава не тивнойэлектрическойэнергиипечиизадат - 20 равны друг другу, но изменения связаны чик 9 температуры расплава в" момент друг с другом,"причем эта связь достаточно полного расплавления шихты. малоинерционна, так как атмосфера печи

Четыре входа блока 6 вычйслений сое- имеет активный конвективный обмен с шихдинены соответственно с термопарой 5, той и ванной металла какзасчетперемешипервым выходом системы 4 эпектрообору- 25 вания ванны и выделения из расплава газов, дования печи, С nepsi,iì и" вторым"выходами так и за счет достаточно развитой поверхноблока 7 контроля и управления. ; . сти твердой шихты.

Выход блока 6 вычислений соединен со Наблюдения за температурой атмосфевходомблока7контроляйуправлейия. Пер- ры печи показали, что после загрузки шихвый и второй входы датчика 8 активной алек- 30 ты, закрытия крышки и включения печи она трической энергии йечи соЪДинены интенсивно повышается, но скорость ee росоответственно со вторым и третьим выхо- ста постоянно падает до момента расплавдами системы 4электрооборудования печи, пения всей твердой шихты. После а выход датчика 8 активной электрической расплавления всей твердой шихты скорость

"-энергии печи соединен с пятым входом бпо- 35 роста температуры атмосферы начинает пока 6 вычислений, шестой вход которого сое- вышаться и быстро стабилизируется íà оп"динен с выходом задатчика 9 температуры ределенной величине. Это объясняется тем, расплава в момент полногб расплавления что расплавления шихты практически вся

"шихтй. вводимая в расплав энергия идет на фазоВыходы датчика положения высоко- 40 вое превращение твердой шихты в расплав вольтного выключателя, датчика тока и дат- при незначительном изменении температучика напряжения сйстемы 4 ры расплава, после расплавления шихты электрооборудования печи, на данной схе- энергия затрачивается на повышение темме не показанных, являются соответствен- пературы расплава, которая начинает зано первым, вторым и третьим выходами 45 метно увеличиваться. Температура данной системы 4. атмосферы печи отражает эти процессы.

Термопара 5 располо>кена над уровнем При определенном, принятом режиме плавметалла и измеряет температуру газа в пе- ки температура расплава в момент полного чи. расплавления шихты одинакова для всех

Блокбвычиспений работаетпоапгорит- 50 циклов плавки и может быть определена му, реализованному алгоблоками 10-42 (см. экспериментально по замеру температуры фиг. 2 и перечень реквизитов в таблице). расплава в укаэанный момент времени (при

В качестве блока 6 может быть исполь- проведении экспериментальной плавки. зован контроллер "Ломиконт" или "Реми- Алгоритм функционирования предлагаконт" — известные средства из области 55 емого устройства опирается на особенности вычислительной техники, обладающие уст- работы тигельных печей. ройствами связи с объектом, Плавильщик после проведения ручных

В состав блока 7 входят известные из операций(загрузка шихты, скачивание шлаобласти средств вычислительной техники ка и т:д,) закрывает крышку печи, устанавлизадатчики ручного задания типа РЗД, РЗД- вает на блоке 7 переключатель (см.

1781525 вышесказанное о составе блока 7) и положение предстоящего периода плавки- плавление или перегрев, сигнал о чем поступает с первого выхода блока 7 на третий вход блока 6 вычислений, а также для периода пере- 5 грева температуру Тн расплава в начале этого периода, приходящую на четвертый вход блока 6 со второго выхода блока 7.

Затем плавильщик включает печь (управляющее воздействие от плавильщика на 10 данной схеме не показано) и на второй вход блока 6 вычислений поступает сигнал о включенном состоянии высоковольтного выключателя (нет на схеме), входящего в состав системы 4, По этому сигналу начина- 15 ет работу в соответствии с алгоритмом блок

6 вычислений, При этом по характеру изменения производной температуры атмосферы печи определяется момент плавки (полное 20 расплавление шихты), для которого известна температура расплава — Тр.р. (экспериментальное значение) и измеряется температура Тг.ф.р. атмосферы печи, между которыми блок 6 вычислений находит коэф- 25 фициент К пропорциональности — показатель зависимости температур агаза (атмосферы печи) и расплава для текущих сложившихся условий плавки на данном период расплавления шихты. Информация о 30 температуре атмосферы печи поступает на первый вход блока вычислений от термопары 5, а значение (экспериментальное) Тр.р. поступает на шестой вход блока 6 от задатчика 9. Значение Тр.р. может корректиро- 35 ваться в зависимости от условий опытной плавки. При дальнейшем нагреве расплава после расплавления шихты на данном периоде расплавления контроль за его текущей температурой Тр производится блоком 6 40. вычислений по показателям измеряемой термопарой 5 текущей температуры Tr.ô, газовой атмосферы печи и коэффициента К по соотношению- Тг.ф./К. Окончание периода расплавления (выключение печи) насту- 45 пает при соответствии текущего значения текущей температуры расплава Тр заданному его значению, что определяется оператором по информации о Тр в блоке 7.

Далее в данном устройстве при прове- 50 дении расплавления последней загрузки для повышения точности значений температуры расплава определяют в блоке 6 энергетические затраты на. повышение температуры расплава на один градус, Для 55 этого определяют датчиком 8 расхода W. активной электрической энергии с момента расплавления шйхты до отключения печи (до конца периода расплавления) по показаниям датчиков тока и напряжения, входя -

04

Wva

Тр =Т +

Период перегрева заканчивается (выключение печи) по соответствию текущей температуры Тр. расплава на данном периоде его заданному значению.

Работа блока 6 вычислений происходит по алгоритму, представленному на фиг. 2 с использованием, реквизитов из таблицы. В соответствии с алгоритмом блок 6 вычисле ний определяет значение температуры расплава Тр. в печи (реквизит ТМ), выводимое на выход блока 6 вычислений. При значении реквизита TM-"ïðîáåë" индикаторы блока 7 (на предлагаемой схеме последние не показаны — погашены. Числоимпульсный сигнал датчика 8 поступает на модуль ввода числоимпульсных сигналов (вход 5 блока 6), где он интегрируется, преобразуясь в реквизит W, Обнуление счетчика (О/ = О) производится в соответствии с алгоритмом работы блока.

Алгоблок 10 определяет установленный период плавки (реквизит P). Если P = 1, то щих в систему 4 электрооборудования. но не показанных на схеме, После чего, по показаниям W; поступившим на пятый вход 6пока 6 вычислений, этим блоком производится определение расхода электроэнергии W на изменение температуры расплава от температуры.его в момент расплавления (экспериментальное значение, поступающее от задатчика 9 и изменяющееся в зависимости от складывающихся условий процесса оператором — связи от оператора нет на схеме) до требуемой температуры в конце периода расплавления, т.е. от Тр,р.. до Тр,к, Таким образом, в блоке 6 происходит onределение

РЦд = „, где WYA — затраты электР5 РР роэнергии на один градус повышения температуры расплава. ,Т.к. количество металла в печи после периода расплавления последней загрузки не меняется, то полученную величину Wva используют для контроля за температурой расплава Тр в течение периода перегрева по расходу электроэнергии, практически независящему от случайных условий закрытия крышки печи. Для расчета текущей Тр блок

6 использует температуру Тн. расплава в начале периода перегрева; поступающую на

его четвертый вход со второго выхода блока

7 контроля и управления текущее значение расхода активной электроэнергии Wn на периоде перегрева, поступающее на его пятый вход с выхода датчика 8, и производит расчеттекущей температуры Тр, по выражению

1781525 значит установлен период перегрева и алгоритм переходит к блоку 38. В противном случае установлен период плавления и алгоритм переходит к алгоритму 11, Алгоблок 11 устанавливает значение реквизита ТМ; eîoòâåòñòaóioùåå отсутствию показаний показывающего прибора.

Алгоблок 12 устанавливает зйачение времени периода, равное нулю (Т = О).

Алгоблоки 12, 14, 15, 43 с периодом 30 с наращивают значение реквизита Т, также проверяют не превысило ли значение Т 0,3 бт оценки времени выполнения периода(реквизит TP) и остается ли печь включенной (реквизит Р1/)..

При отключении печи блок 6 работу заканчивает.

При достижении реквизита Т значения

0,3 TP алгоритм переходит к алгоблоку 16, Алгоблоки 16, 17, 18 последовательно присваивают"значение; равное нулю, вспомогательному реквизиту (индикатору) А и

VT, значение температуры газа, измеряемое термопарой 5 (реквизит ТЕ) и поступающее на первый вход блока 6, реквизиту

ТП1. Алгоблоки 19, 20 производят выдержку и отсчет времени с дискретностью ТД.

Алгоблок 21 присваивает реквизиту ТА2 зйачение температуры, измеряемое термопарой 5.

Алгоблок 22 определяет скорость роста реквизита ТЕ за время ТД.

Алгоблок 23 проверяет включена ли печь, при отключении которой блок 6 заканчивает вычисления, в противном случае алгоритм переходит к алгоблоку 24.

Алгоблок 24 проверяет равен ли индикатор А нулю (за период определено только одно. значение VT). Если А не равен нулю, то алгоритм переходит к алгоблокам 25, 26, 27, последовательно присваивающим реквизиту1/Т1значениеЧТ,реквиэитуТА1 значение

ТА2, индикатору А значение единицы и вновь переходит к алгоблоку 19., Если А = 1, алгоритм переходит к алгоблоку 28,, Алгоблок 28 определяет изменение ско.рости роста температуры (реквизит ИТ) за время ТД и передает управление алгоблоку

29.

Алгоблок 29 проверяет: значение реквизита ИТ больше или равно ную или меньше нуля (скорость роста температуры повышается).

Если ИТ больше (равно) нулю, управление передается алго блоку 26и цикл повторяется.

Если на некотором цикле ИТ оказывается меньше нуля, фиксируется момент расплавления твердой шихты и управление передается алгоблоку 30.

Алгоблоки 30, 31 присваивают реквизиту TM значение ТМР, которое вводится в

5 блок 6 вычислений заранее как постоянная, равная температуре расплава в печи, определенной экспериментально для момента расплавления шихты, реквизиту W çíà÷åíèå нуль (обнуляется счетчик модуля ввода чис10 лоимпульсного сигнала датчика 8).

Алгоблок 32 определяет коэффициент пропорциональности роста температур расплава и атмосферы печи.

Алгоблок 33 проверяет включена ли

15 печь.

Если печь включена, алгоблоки 34 и 35 производят выдержку времени и определение нового значения реквизита ТМ. Блок 35 передает управление вновь на блок алгоб20; лока 33, организуя циклическое определение ТМ, Если печь отключена, управление передается алгоблоку 36, который присваивает реквизиту WP значение реквизита W (эапо25 мийается значение дозы энергии, затраченной от момента расплавления шихты до окончания периода).

Алгоблок 37 присваивается реквизиту

ТМ1 значение разницы реквизитов ТМ и

30 TMP (запоминается, на сколько градусов нагрет расплав от момента расплавления ших.ты до окончания периода). После этого блок

6 заканчивает вычисления..

Если при включении печи установлен

35 период перегрева расплава (Р = 1 для алгоблока 10) алгбритм передает управление алгоблоку 38, Алгоблок 38 присваивает реквизиту W значение нуль (обнуляет счетчик энергии).

40 Алгоблок 39 определяет затраты энергии (реквизит WV) на нагрев расплава на один градус, произведенные на предыдущем периоде плавления (последнем в цикле плавки), как частное от деления значения

45 реквизита WP на значение реквизита ТМ1 и передает управление алгоблоку 40. Алгоблок 40 определяет значение температуры расплава (реквизит ТМ), прибавляя к значению реквизита TN — температуре

50 расплава в начале периода перегрева (перед перегревом) установленной на блоке 7 контроля и управления, значение частного от деления реквизита И (энергия, введенная в печь за время от начала периода пере55 -грева до момента-:- определения температуры расплава) на реквизит WV.

Алгоблок 41 проверяет, включена ли печь. Если печь отключена, блок 6 заканчивает вычисления. Если печь включена, алгоблок 42 производит выдержку времени ТД

1781525

I Обозна чение

Вид информации блока 6 вычислений

Реквизит

Выходная информац.

Внутренняя

Информация информ

4 входа

ТР

Внутренняя информ.

То же н»

ТА 2

«» »

ЧТ.Внутренняя информ.

Константа тд

«»

ТИР

Внутренняя информ.

ТИ1

Коэффициент пропорциональности

Информация 2 входа

Информация 3 входа

Информация 1 входа

Инфорначия 5 входа

ТЕ

Интегрированный сигнал

6 входа (дискретность определения температуры расплава) и возвращает управление алгоблоку 40, организуя циклическое определение ТМ-температуры расплава.

Работа предлагаемого устройства основана на особенностях конструкции индукционных тигельных печей с крышкой и принципе их действия, а его структура (блоки и связи между ними), отличает данное 10 предложение от известных решений аналогичного назначения и позволяет, в отличие от известных разработок, осуществить контроль за температурой расплава по температуре атмосферы печи на периодах 15 расплавления и перегрева с большейточностью, для повышения стабильности выхода на технологические заданные значения температур расплавления и слива. Это позволяет сделать вывод о существенности 20 признаков данного устройства.

Экспериментальные измерения на печи показали, что устройство согласно изобретению, для периода ркончания компании 25 печи повышает точность измерения на 510 С, что соответствует точности измерения температуры слива(1500 С) 0,3 ь по сравнению с прототипом, делающим точность измерения в этих же условиях около 1,5О/Э 30 (150C) Температура расплава,эС

Время периода, с

Оценка времени выполнения периода плавления, Индикатор, О; 1

Значение температуры, измеряемое термопарой, в начале длительности опроса,оС

Значение температуры, иэиеряемой термопарой> в конце длительности дискретности опроса>оС

Скорость росте температуры на предыдущем цикле опроса, град/с

Скорость роста температуры на текущем цикле опроса, град/с

Измерение скорости роста температуры,град/Сэ

Дискретность опроса, 11с

Температура металла в момент плавления,эС

Разница температур, соответствующая дозе введенмой энергии,ьС

Удельная энергия, кВт/ч ° град

Доза энергии, б/р кВт.ч

Положение высоковольтного выключателя О; 1

Положение переключателя периода плавки, О; 1

Температура, измеряемая термопарой,э C

Иачальная тейпэратура периода перегрева> С

Активная электрическая энергия, кВт/ч

Формула изобретения

Устройство контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи, со-, держащее термопару, систему электрооборудования печи с датчиком положения высоковольтного выключателя, а также датчиком тока и напряжения, блок вычислений и блок управления и контроля, причем четыре входа блока вычислений соединены соответственно с термопарой, датчиком положения высоковольтного выключателя системы электрооборудования печи, а также с первым и вторым выходами блока контроля и управления, выход блока вычислений соединен с входом блока управления и контроля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля температуры расплава, оно дополнительно содержит блок определения активной электрической энергии печи и задатчиктемпературы расплава в момент полного расплавления шихты, причем первый и второй входы блока определения активной электрической энергии соединены соответственно с датчиком тока и датчиком напряжения системы электрооборудования печи, а выход блока определения активной электрической энергии печи соединен с пятым входом блока вычислений, шестой вход которого соединен с выходом задатчика температуры расплава в момент полного расплавления шихты.

1781525

Л см 8

Составитель А. Абросимов

Редактор, В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина б

Заказ 4267 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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