СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА РАСПЛАВЛЕНИЯ ШИХТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F27B3/28 

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано в плавильных электрических печах.

Известен способ определения момента расплавления шихты по количеству энергии на входе в электропечь [1].

Недостатком этого способа является низкая точность из-за влияния разных факторов на потребление энергии (состояние футеровки, размеры фракций шихты и др.).

Известен способ, основанный на измерении скорости подъема температуры футеровки и на расчете количества электроэнергии, необходимой на расплавление шихты, со статистической поправкой, зависящей от размеров электропечи и характера шихты [2].

Этот способ не обеспечивает достаточной точности из-за сложности реализации контроля температуры футеровки по всей ее поверхности и колебаний характеристик шихты от плавки к плавке.

Известен способ определения момента полного расплавления шихты по постоянной во времени величине теплового потока через водоохлаждаемый свод [3].

Данный способ применим только для печей имеющих водоохлаждаемый свод.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ определения момента полного расплавления шихты по изменению с минуса на плюс знака второй производной температуры атмосферы печи [4].

Недостатком данного способа является зависимость точности определения от геометрических размеров электропечи и, практически, невозможность применить его при открытых плавках.

Техническим результатом изобретения является создание способа и устройства для определения момента полного расплавления шихты в процессе плавки, что позволяет избежать перегрева расплавленного металла, улучшить качество металла, сократить время плавки и, следовательно, уменьшить расход электроэнергии.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что в процессе плавки шихты в тигельной печи электросопротивления измеряется температура внутри тигля термопарой (термопреобразователем), которая устанавливается рядом с внутренней стенкой тигля, либо в перфорированном канале примыкающим к внутренней стенке тигля (для повышения надежности момента полного расплавления шихты термопара может помещаться в перфорированный карман, примыкающий к внутренней стенке тигля), при этом фиксируется момент второго подъема температуры, превышающий температуру плавления шихты. Температура стенок тигля в печи электросопротивления значительно превышает температуру плавления шихты. В начале плавки сигнал Э.Д.С. с выхода термопары будет соответствовать температуре близкой к температуре стенки тигля. По мере плавки шихты термопара оказывается погруженной в расплав, температура которого до полного расплавления шихты остается постоянной равной температуре плавления шихты. Соответственно сигнал Э.Д.С. с выхода термопары начнет уменьшаться до тех пор, пока не достигнет значения соответствующего температуре плавления шихты. После полного расплава шихты его температура начнет расти и соответственно расти значение Э.Д.С. на выходе термопары. Кривая изменения значения Э.Д.С. термопары в процессе плавки приведена на фиг. 1, где U пл. - значение Э.Д.С. при температуре плавления шихты. Начало второго подъема значения Э.Д.С. термопары будет соответствовать моменту полного расплавления шихты.

Функциональная схема устройства для реализации данного способа приведена на фиг. 2., где 1 - термопара, 2 - компаратор, 3 - триггер. 4 - элемент «2И». 5 - U тек. (значение Э.Д.С. термопары), 6 - U зад. - сигнал, значение которого превышает значение Э.Д.С. термопары соответствующей температуре плавления шихты. 7. Уст. 0.8. U - сигнал об окончании плавления шихты.

Устройство для определения момента полного расплавления шихты, содержит термопару (1), установленную внутри печи, отличающееся тем, что термопара установлена внутри тигля непосредственно у его внутренней стенки, при этом сигнал с термопары подается на вход компаратора (2), на второй вход которого подается сигнал, значение которого превышает значение соответствующее величине Э.Д.С. термопары при температуре равной температуре плавления шихты, выход компаратора соединен с входом синхронизации триггера (3) и первым входом логического элемента «2И» (4), второй вход которого соединен с выходом триггера.

Устройство работает следующим образом. В начале процесса плавки текущее значение сигнала с термопары будет расти и превысит значение заданного сигнала. На выходе компаратора сформируется сигнал лог. 1. По мере погружения термопары в расплав значение сигнала будет уменьшаться и при U тек. < U зад. на выходе компаратора снова будет сигнал лог. 0. Таким образом на выходе компаратора сформируется импульс задний фронт которого переведет триггер в состояние лог. 1. После второго подъема температуры, в момент полного расплавления шихты, на выходе компаратора снова будет сигнал лог. 1 на обоих входах и выходе элемента «2И» тоже будет сигнал лог. 1, что будет означать окончание плавки.

В НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» было создано устройство для определения момента полного расплавления шихты и реализован способ, которые показали его работоспособность. Были проведены плавки свинца в печах сопротивления, где было использовано данное устройство.

Источники информации:

1. Галкин М.Ф., Кроль Ю.С., Кибернетические методы анализа электроплавки стали. М, «Металлургия», 1971, с. 223-225.

2. Патент Франции №159121, кл. С21С 5/52, 1970.

3. Григорьев Э.М., Сосонин О.М., Кудрин В.А., Никольский Л.Е. и др. Способ определения момента расплавления шихты. Авторское свидетельство СССР, №440414, кл. С21С 5/52, опубликовано 25.08.74, Бюл. №31.

4. Сургучев Ю.О., Политковский С.С. Способ контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи. Авторское свидетельство СССР №1772563 А1, кл. F27B 14/20 F27D 19/00, опубликовано 30.10.92, Бюл. №40.

Изобретение относится к способу и устройству для определения момента полного расплавления шихты в тигельной печи электросопротивления. Способ включает измерение температуры в ходе плавки с использованием в качестве параметра измерения сигнала ЭДС на выходе термопары, расположенной непосредственно у внутренней стенки тигля, при этом в процессе плавки фиксируют температуру, превышающую температуру плавления шихты, первое превышение из которых в начале плавки соответствует температуре, близкой к температуре стенки печи, а по началу второго превышения значения ЭДС определяют момент полного расплавления шихты. Устройство содержит расположенную непосредственно вблизи стенки тигля термопару в качестве средства измерения температуры, компаратор, триггер, логический элемент, при этом первый вход компаратора соединен с термопарой, второй его вход предназначен для подачи сигнала, значение которого превышает значение, соответствующее величине ЭДС термопары при температуре, равной температуре плавления шихты, а выход компаратора соединен с входом синхронизации триггера и первым входом логического элемента, второй вход которого соединен с выходом триггера. Термопара может быть установлена в перфорированный карман, примыкающий к внутренней стенке тигля. Обеспечивается возможность избежать перегрева расплавленного металла, улучшить качество металла, сократить время плавки и, следовательно, уменьшить расход электроэнергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения момента полного расплавления шихты в тигельной печи электросопротивления, включающий измерение температуры в ходе плавки, отличающийся тем, что осуществляют измерение температуры с использованием в качестве параметра измерения сигнала ЭДС на выходе термопары, расположенной непосредственно у внутренней стенки тигля, в процессе плавки фиксируют температуру, превышающую температуру плавления шихты, первое превышение из которых в начале плавки соответствует температуре, близкой к температуре стенки печи, а по началу второго превышения значения ЭДС определяют момент полного расплавления шихты.

2. Устройство для определения момента полного расплавления шихты в тигельной печи электросопротивления, содержащее средство измерения температуры, отличающееся тем, что оно содержит компаратор, триггер, логический элемент и расположенную непосредственно вблизи стенки тигля термопару в качестве средства измерения температуры, при этом первый вход компаратора соединен с термопарой, второй его вход предназначен для подачи сигнала, значение которого превышает значение, соответствующее величине ЭДС термопары при температуре, равной температуре плавления шихты, а выход компаратора соединен с входом синхронизации триггера и первым входом логического элемента, второй вход которого соединен с выходом триггера.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что термопара установлена в перфорированный карман, примыкающий к внутренней стенке тигля.