СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОСВЕННОГО РАДИАЦИОННОГО РЕЖИМА НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1995 года по МПК C21D11/00 F27D19/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для автоматического регулирования теплового режима нагревательных печей периодического действия.

Известна система регулирования теплового режима в нагревательной печи, содержащая датчик температуры, установленный в зоне регулирования температуры, регуляторы температуры и соотношения расходов топлива и воздуха и исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха.

Недостатком известной системы является отсутствие текущей информации о фактическом нагреве металла, т.е. о тепловом потоке поглощаемом металлом, что приводит к перерасходу топлива. Другим недостатком известного способа является отсутствие информации и внешних и внутренних возмущениях в системе, что снижает качество регулирования, а также ведет к перерасходу топлива.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является система автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи. Система содержит задатчик и датчик регулируемого параметра, например, температуры печи, дифференциатор, вход которого соединен с выходом датчика температуры, первый сумматор, входы которого соединены с задатчиком и датчиком температуры печи, а выход - через регулятор температуры печи - с исполнительным механизмом регулировочного клапана расхода топлива, второй сумматор, входы которого соединены с выходами дифференциатора и задатчика температуры, а выход через регулятор расхода воздуха соединен с исполнительным механизмом регулировочного клапана расхода воздуха.

В данной системе введен дополнительный сигнал по скорости роста температуры печи, который для регулятора расхода воздуха является информацией о внешнем возмущении и служит для повышения качества регулирования.

Недостатком данной системы является отсутствие информации о внутреннем возмущении, т. е. о возмущении, идущем со стороны регулирующего органа и изменяющем величину регулирующего воздействия.

При косвенном радиационном режиме нагрева металла тепловой поток на металл, т. е. регулирующее воздействие на металл, создает футеровка печи. При этом на тепловой поток, действующий от футеровки на металл, оказывают влияние такие факторы, как работа горелочных устройств, температура печи, температура металла и др. Таким образом, величина регулирующего воздействия, создаваемого регулятором на объект регулирования, изменяется за счет действия внутренних неконтролируемых возмущений.

Для повышения качества регулирования в условиях действия неконтролируемых внутренних возмущений необходимо использовать информацию о фактическом тепловом потоке, поступающем от футеровки на металл и организовать управление этим потоком. Информацией о фактическом тепловом потоке от кладки на металл служит сигнал по скорости изменения температуры футеровки печи. Для экономичного нагрева металла необходимо, чтобы тепловой поток от футеровки на металл q_кл=f₁( τ), обеспечивая заданное теплопоглощение металла q_м=f₂( τ)).

Целью предлагаемого изобретения является сокращение расхода топлива на нагрев металла.

Указанная цель достигается тем, что система автоматического регулирования косвенного радиационного режима нагревательной печи периодического действия, содержащая задатчик и датчик регулируемого параметра, два блока сравнения, первые входы которого соединены с выходом датчика регулируемого параметра, вторые входы - с выходом задатчика, а выход второго блока сравнения соединен с регулятором расхода воздуха, содержит в качестве задатчика регулируемого параметра блок формирования задания по теплопоглощению металла, в качестве датчика регулируемого параметра - блок определения теплопоглощения металла, система снабжена блоком формирования задания по скорости изменения температуры футеровки, третьим блоком сравнения, блоком определения скорости изменения температуры футеровки, регулятором расхода топлива, вход которого соединен с выходом третьего блока сравнения, входы которого соединены с выходом блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки и с выходом блока определения скорости изменения температуры футеровки; при этом в качестве блока определения теплопоглощения металла система содержит устройство для измерения теплового потока, поглощаемого металлом, устанавливаемое на уровне нагреваемого металла, выход которого подключен к дифференциатору; в качестве блока определения скорости изменения температуры футеровки система содержит термопару, устанавливаемую в своде печи на уровне внутренней поверхности футеровки, выход которой подключен к дифференциатору.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая система отличается наличием новых элементов: блока формирования задания по теплопоглощению металла, блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки, третьего блока сравнения, блока определения скорости изменения температуры футеровки и блока определения теплопоглощения металла.

Сравнение предлагаемого решения с другими известными техническими решениями показывает, что указанные элементы известны, однако при введении их в указанной связи с остальными элементами схемы в предлагаемое устройство для регулирования теплового режима печи косвенного радиационного режима нагрева периодического действия позволяет вести нагрев по заданной программе q_м=f( τ), формируя управляющее воздействие со стороны кладки на металл, что ведет к получению технического эффекта, сформулированного в цели изобретения.

На фиг. 1 а, б представлены блок-схемы системы автоматического регулирования косвенного радиационного режима нагревательной печи периодического действия.

Система содержит блок определения теплопоглощения 1, состоящий из тепломера и дифференциатора, вход которого соединен с выходом тепломера, а выход является выходом блока определения теплопоглощения металла, блок формирования задания по теплопоглощению металла 2, два блока сравнения 3 и 4, первые входы которых соединены с выходом блока определения теплопоглощения металла 1, а вторые - с выходом блока формирования задания по теплопоглощению металла 2, выход блока сравнения 4 соединен с регулятором расхода воздуха 5; блок формирования задания по скорости изменения температуры футеровки 6, блок сравнения 7, блок определения температуры футеровки 8, регулятор расхода топлива 9, вход которого соединен с выходом блока сравнения 7, входы которого соединены с выходом блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки 6 и с выходом блока определения скорости изменения температуры футеровки 8, вход блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки 6 соединен с выходом блока сравнения 3, блок определения скорости изменения температуры футеровки состоит из термопары, установленной в своде печи на уровне внутренней поверхности футеровки, и дифференциатора, вход которого соединен с выходом термопары, а выход является выходом блока определения скорости изменения температуры футеровки.

Техническая реализация системы автоматического регулирования косвенного радиационного режима нагревательной печи периодического действия предусматривает использование следующих технических средств автоматизации: блок 1 - блок определения теплопоглощения металла, состоит из устройства для измерения теплового потока (а.с. N 1089435) и дифференциатора ДО 1 (см. Автоматические приборы, регуляторы, вычислительные машины, справочное пособие под ред. В. Д. Комаровского, Машиностроение, 1976, с. 239); блок 2 - блок формирования задания по теплопоглощению металла - УВМ СВ1810; блок 7 - блок сравнения типа И04 (там же, с. 229); блок 6 - блок формирования скорости изменения температуры футеровки - регулирующий блок типа Р-21 (там же, с. 228).

Система работает следующим образом.

В блок определения задания по теплопоглощению - УВМ вводят следующую информацию:
- марка стали нагреваемого металла, геометрические размеры заготовок, теплофизические параметры металла;
- продолжительность нагрева металла;
- температура металла в начале и конце нагрева;
- температура футеровки в начале нагрева (т.к. металл погружается в разогретую печь).

Используя математическую модель расчета камерных печей периодического действия с помощью стандартной программы, составленной применительно к УВМ СМ1810 технико-экономическим расчетом, исходя из минимума расхода топлива, по исходным данным, описанным выше, УВМ определяет температурные поля металла, Т(0, τ); Т(R, τ), кладки Т_фут, тепловой поток, поглощенный металлом,
q^зад_м= f[Т_фут, τ , Т(0,τ) , Т(R, τ,)] и скорость изменения температуры футеровки
= f(q (фиг. 2а, б)
Найденное с помощью УВМ теплопоглощение металла является программным заданием для системы автоматического регулирования косвенного радиационного режима нагревательной печи периодического действия.

Сигнал по измеренному теплопоглощению от блока определения теплопоглощения 1 поступает на блок сравнения 3, сюда же поступает сигнал по заданному теплопоглощению от задатчика блока формирования задания по теплопоглощению 2; полученный на блоке сравнения 3 сигнал ошибки ε₁=q^зад_м(τ) -q^изм_м (τ) поступает на вход блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки 6. Блок 6 по разности теплопоглощения, заданного программой и измеряемого блоком определения теплопоглощения, формирует сигнал текущего задания по скорости изменения температуры футеровки
фут= f(ε₁) который поступает на блок сравнения 7. Сюда же поступает сигнал по измеренной скорости изменения температуры футеровки от блока определения скорости изменения температуры футеровки 8. Регулятор расхода топлива 9 формирует управляющее воздействие на расход топлива в зависимости от разности измеренной и заданной скорости изменения температуры футеровки
ε₂= фут- фут
Использование данной системы для управления нагревом металла в печах периодического действия с косвенным радиационным режимом нагрева позволяет вести нагрев по заданной программе изменения теплопоглощения q_м=f(τ) , формируя управляющее воздействие на расход топлива по скорости изменения температуры футеровки фут = f(q_м)

Сущность изобретения: регулирование теплового режима по заданной программе по теплопоглощению q_м=f(τ) путем формирования управляющего воздействия на расход топлива по скорости изменения температуры футеровки в зависимости от теплопоглощения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОСВЕННОГО РАДИАЦИОННОГО РЕЖИМА НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащая задатчик и датчик регулируемого параметра, два блока сравнения, первые входы которых соединены с выходом датчика регулируемого параметра, а вторые входы - с задатчиком регулируемого параметра, выход второго блока сравнения соединен с регулятором расхода воздуха, отличающаяся тем, что в качестве задатчика регулируемого параметра система содержит блок формирования задания по теплопоглощению металла, в качестве датчика регулируемого параметра - блок определения теплопоглощения металла, система снабжена блоком формирования задания по скорости изменения температуры футеровки, третьим блоком сравнения, блоком определения скорости изменения температуры футеровки, регулятором расхода топлива, вход которого соединен с выходом третьего блока сравнения, входы которого соединены с выходом блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки и с выходом блока определения скорости изменения температуры футеровки, вход блока формирования задания по скорости изменения температуры футеровки соединен с выходом первого блока сравнения. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве блока определения теплопоглощения металла она содержит устройство для измерения теплового потока, поглощаемого металлом (тепломер), установленное на уровне нагреваемого металла, выход которого подсоединен к дифференциатору. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве блока определения скорости изменения температуры футеровки она содержит термопару, установленную в своде печи на уровне внутренней поверхности футеровки, выход которой подсоединен к дифференциатору.