Устройство для управления температурным режимом индукционной печи Советский патент 1988 года по МПК G05D23/19 

(Л

со

Од

х

00 О)

N)

металла и значительного уменьшения возможности образования окисных пленок в поверхностном слое расплава. Это достигается введением датчика 25 температуры газа, газоанализатора 31, двух дополнительных блоков сравнения 26, 29, задатчиков температуры 27 и состава газов 30, блока 28 логики, блока 32 задержки сигнала и двух исполнительных механизмов 33, 34. Исполнительный механизм 33 предназначен для регулирования расхода горючей смеси, способной создавать для окисных пленок восстановительную среду. Исполнительный механизм 34

68867

предназначен для подачи вещества,способного снижать температуру плавления окисных пленок в поверхностном слое расплава. При этом значительно уменьшается возможность появления в поле зрения пирометра помех, связанных с наличием окислов с присущим им коэффициентом излучения, значительно отличающимся от коэффициента излучения расплава. Соответственно увеличивается и длительность получения точной информации о температуре расплава, вместо расчетных значений температуры, отличающихся от действительных. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к регулированию температуры технологического объекта, в частности к регулированию термовременного режима индукционных тигельных печей. Изобретение позволяет повысить точность управления температурным режимом индукционной печи за счет обеспечения более длительного получения достоверной информации о температуре расплавленного

1

Изобретение относится к регулированию температуры технологического объекта, в частности к регулированию термовременного режима индукционных тигельных печей, и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 1095150.

Цель изобретения - повьш1ение точности устройства.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройствоJна фиг. 2 - реализация блока логики.

Устройство содержит датчик 1 температуры расплава, представляющий собой водоохлаждаемый пирометр излучения с газовым отдувом, датчик 2 мощности, представляющий собой,например, прибор индукционной системы с аналоговым выходом, тензометричес- кий датчик 3 веса печи, блок 4 деления, блок 5 вычитания, нуль-орган 6, блок 7 суммирования, коммутатор 8., интегрирующую КС-цепь 9 - апериодическое звено, выход которого подключен к входу измерительного преобразователя 10 с позиционным регулятором 11, содержащим контактные задатчики нижней и максимальной температуры перегрева расплава, подключенные к первому входу исполни- тельного механизма 12, выход которого подключен к входу трансформатора 13 питания печи. Устройство содержит также блок 14 сравнения,задатчик

0

15 температуры основной тигельной реакции, представляющий собой потен- циометрический задатчик напряжения, квадратор 16, представляюпщй собой функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью,выход кото рого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 17, представляющего собой преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, второй вход которого подключен к выходу синхрогенератора 18, представляющего собой мультивибратор, запускающийся от импульса запуска и прекращающий генерацию от импульса сброса, делитель 19, представляющий собой двоичный счетчик импульсов, двоичный счетчик 20,выходы каждого разряда которого подключены к соответствующим входам первой группы входов блока 21 совпадения, представляющего собой цифровую схему сравнения, вторая группа входов которого подключена к выходам блока 22 задания программы,представляющего собой двоичный регистр памяти с ручной записью информации, блок 23 формирования сигналов управления, связанный с входом табло 24 сигнализации. Устройство также включает датчик 25 температуры газа, представляющий собой водоохлаждаемый пирометр излучения, содержащий модель абсолютно черного тела в виде пористого визира

0

5

0

и вауумный насос. Датчик 25 температуры газа соединен с первым входом первого дополнительного блока 26 сравнения, второй вход которого связан с задатчиком 27 температуры газа, а выход с первым входом блока 28 логики. Второй вход блока 28 логики соединен с выходом нуль-органа -6, третий вход с выходом второго дополнительного блока 29 сравнения, первый вход которого связан с задатчиком 30 состава газя, а второй вход с выходом газоанализатора 31. Четвертый вход блока 28 логики соединен с выходом блока 32 задержки сигнала, а первый и второй выходы блока логики соответственно связаны с первым входом реверсивного исполнительного механизма 33 на линии расхода горючей смеси, способной создавать для окисных пленок восстановительную среду и с входом исполнительного механизма на линии подачи вещества, способного снижать температуру плавления окисных пленок в поверхностном слое расплава.Второй вход исполнительного механизма 33 соединен с выходом нуль-органа 6, а вход исполнительного механизма 34 соединен с входом блока задержки сигнала.Выходы исполнительных механимов 33 и 34 соответственно связаны с регулирующими органами 35 и 36, Исполнительный механизм 34 представляе собой реверсивный двигатель, осуществляющий открывание регулирующего органа 35 в магистрали горючей смеси при поступлении на его первый вход импульсного сигнала и закрытие регулирующего органа 35 при подаче импульсного сигнала на его второй вход. Исполнительный механизм 34 представляет собой электромагнит, открывающий регулирующий орган 36 при наличии управляющего сигнала на его входе и закрывающий регулирующий орган при отсутствии сигнала.

Блок 32 задержки сигнала осущест- вляет выдачу управляющего сигнала через заданный промежуток времени , после поступления на его вход сигнала с второго выхода блока 28 логики и представляет собой, например, устрой- ство сигналов времени типа Ф 260.

Блок 28 логики содержит элемент НЕ 37, первый 38, второй 39 и третий 40 элементы И,

5

10

15

20

зь68867

Устройство работает следующим образом.

На поверхность расплавленного металла визируют датчик 1 температуры и подают га.зовый отдув в сторону визирования, чем защищают визирный канал и оптический датчик от брызг металла и воздействия промежуточной газообраз.ной, среды. Сигдал с выхода

датчика 1 температуры расплава в случае измерения температуры зеркала металла поступает через первый вход коммутатора 8, RC-цепь 9 на вход измерительного преобразователя 10 и первый вход блока 14 сравнения. В случае попадания окисных пленок и шлака в поле зрения датчика 1 температуры расплава сигнал на его в-.г- ходе резко изменится, что скажется на величине его производной. На выходе блока 5 вычитания присутствует сигнал, пропорциональный производной температуры ра, ;плява, так как цепь - выход датчика 1 температуры расплава, первый вход коммутатора 8, его выход, апериодическое звено 9, второй вход блока 5 вычитания и его выход - линеаризуется в звено вида

2;;

10

;

сГ

1 + а 1

где

Р посто. тннпя времени апериодического звена 9; оператор Лапласа,

Сигнал с выхода датчика 2 мощности, пропорциональный величине электрической мощности N, подводимой к печи, и сигнал с выхода датчика 3 веса, пропорциональный весу М содержимого печи, поступают на входы блока 4 деления, на выходе которого возникает сигнал, пропорциональный теоретическому значению производной температуры расплава, определяемой по формуле

dj:

olt

K-IL м

где

IT

термический КПД индукционной печи; К - коэффициент, пропорциональный для данных технологических условий, Значения t и К определяются предварительно для конкретного агрегата.

В момент попадания в поле зрения окисных пленок и шлаков сигнал на выходе блока 5 вычитания примет значение, отличающееся от значения сигнала на выходе блока 4 деления на величину, превышающую заданную, что вызывает такое изменение значения сигнала на выходе нуль-органа 6, который переключает вход коммутатора 8. При этом сигнал с выхода блока 4 деления, суммируясь с сигналом с выхода апериодического звена 9, поступает через второй вход коммутатора 8 и апериодическое звено -9 на вход измерительного поеобразователя 10 и первый вход блока 14 сравнения.Цепь - первый вход блока суммирования 7, коммутатор 8, апериодическое зве- но 9, второй вход блока суммирования 7 - линеаризуется в интегрирующее звено вида

W,

1 7Р

входным сигналом которого является сигнал, пропорциональный теоретическому значению производной JT/tJt температуры расплава с выхода блока 4 деления.

Таким образом, в периоды времени, когда в поле зрения пирометра присутствует помеха, на выходе апериодического звена будет присутствовать сигнал, пропорциональный расчетному значению температуры расплава, т.е. помеха, вызванная перемещением шлака и окисных пленок на зеркале металла, будет уменьшена и определится только ошибкой расчетного значения.В момент возникновения в выходном сигнале пирометра импульсных выбросов большей амплитуды нуль-орган 6 также включает исполнительный механизм 33 на открывание регулирующего органа 35 в магистрали горючей смеси, способной создавать для окисных пленок восстановительную среду. При подаче под давлением горючей смеси, н основе,например, окиси углерода, в кольцевой зазор защитной арматуры датчика 1 температуры и последующем ее сгорании образуется газ с высокими восстановительными свойствами вытесняющий из полости печи газ- окислитель воздух. Получение высокой восстанавливающей способности происходит при нагреве промежуточной среды до температуры не менее макси0

5

Мсшьно допустимой температуры перегрева расплава, что достигается при горении горючей смеси и пространствен- ном распространении получаемого при этом тепла.

Температура промежуточной восста-, новительной среды определяется датчиком 25 температуры газа, пористый

0 визир которого вводится в печь. При включении отсоса газы фильтруются через поры визира внутрь последнего и поступают через канал для прососа газа в газоанализатор 31. При этом внут5 ренние стенки визира при определенной скорости прососа газов нагреваются до температуры газа. Состав горючей смеси подбирается таким образом, чтобы при сгорании содержание основного восстановительного компонента газа, например окиси углерода, в пространстве печи могло достигать значения не менее 35%.

Образование же промежуточной активной восстановительной среды,препятствующей доступу воздуха и находящейся в контакте с расплавом, приводит к восстановлению окисных пленок в поверхностном слое расплава.

0 Измеренная после этого температура расплава в большинстве случаев будет равна действительной, так как устраняются погрешности измерения, связанные с наличием окислов с при5 сущим им коэффициентом излучения, отличным от коэффициента излучения расплава. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению периодов времени, когда в поле зрения присутству0 ет помеха и соответственно вводятся расчетные значения температуры расплава, отличающиеся от действительных значений. Уменьшается также возможность появления трудноустрани5 мой помехи, связанной с минимальным обнажением зеркала металла при непрерывном образовании окисных пленок в перемешивающемся металле. При достижении заданных значений темпе0 ратуры и концентрации восстановительного газа с выходов блоков 26 и 29 поступают сигналы, соответствующие логическим единицам,на входы третьего элемента И 40. При этом

5 на выходе третьего элемента И 40 появится сигнал, который поступает на первый вход исполнительного механизма 33, и регулирующий орган 35 закрывается, прекращая подачу газа. Уровень заданных значений температуры и концентрации восстановительной среды обеспечивает восстановление тонких пленок и пирометр покажет действительную температуру расплава. Если же восстановления .пленок при этих условиях не произошло, что может произойти при толпщне пленок

свьше 0,2 мм, на выходе пирометра по- ю печивается повьшение точности уст

явятся импульсные выбросы. При этом на выходе нуль-органа появится единичный сигнал, поступающий на первый вход второго элемента И 39. Так как в этот момент на второй вход второго элемента И 39 поступает единичный сигнал с выхода третьего элемента И 40, то на выходе второго элемента И 39 будет единичный сигнал поступающий на второй вход первого элемента И 38.

На первый вход первого элемента И 38 будет поступать единичный сигнал с выхода элемента НЕ 37, так как второй механизм ЗА отключен и нулевой сигнал через блок 32 задержки поступает на вход элемента НЕ 37. При совпадении единичных сигналов на входах первого элемента И 38 на его выходе появится единичный сигнал, который поступит на вход исполнительного механизма 34. При этом откроется регулирующий орган 36 подачи вещества, способного снижать температуру плавления окисных пленок в поверхностном слое расплава. Вещество, например, мелкодисперсный порошок соединения теллура, поступает в кольцевой зазор защитной арматуры датчика 1 температуры расплава. Подача вещества может осуществляться, например, пневмокамерным насосом. Дозирование вещества осуществляется следуквцим образом. Единичный сигнал с второго выхода блока 28 логики одновременно поступает и на вход блока 32 задержки. Через заданный промежуток времени на выходе блока 32 появляется единичньй сигнал который поступает на вход элемента И 37. При этом на выходе элемента НЕ 37 и соответственно на выходе пе вого элемента И 38 появляется кулево сигнал, который отключает исполнительный механизм 34 и закрывает регу лирующий орган 36. Подача вещества прекращается. Одна доза обеспечивает ввод в поверхностный слой расплава слой вещества толщиной не мерее 1 мм

При этом пленки разжижаются и при воздействии на них активной восстановительной среды восстанавливаются. Таким образом, эффективность восстановления пл.енок повышается, а, значит, достоверная информация по температуре расплава будет продолжать поступать по ходу плавки, т.е. обес15

0

25

55

роиства.

При повторном появлении помех в процессе плавки цикл работы устройства повторяется.

После расплавления шихты и окачивания шлака и при заполнении миксера расплавом температура поддерживается на нижнем уровне, который задается контактным задатчиком. Если в этом нет необходимости, задатчик блокируется, температура расплава поднимается до максимальной температуры перегрева, заданной вторым контактным задатчиком, и стабилизируется .

В момент, когда температура перегрева достигает равновесной, заданной задатчиком 15 в зависимости от марки чугуна, нуль-индикатор блока 30 14 сравнения импульсом запуска переводит синхрогенератор 18 из ждущего режима в автоколебательный. Сигналы поступают на вход блока 1А сравнения в одном масштабе 1 мВ 1 град. Когда синхрогенератор 18 запустит преобразователь 17 аналог- цифра второй раз, температура перегрева будет уже превышать значение равновесной температуры и их разность с выхода сравниванмцего устройства, возведенная в квадрат квадратором 16, поступит на вход преобразователя 17. Последний преобразует непрерывный входной сигнал в соот- ветствую дую последовательность импульсов. Если период запуска син- хрогенератора выбран значительно меньшим минуты, то импульсы с выхода преобразователя поступят на де- 5Q литель 19 с коэффициентом деления, равным отношению минуты к периоду следования импульсов синхрогенерато- ра. С выхода делителя импульсы подаются на счетчик 20.

При наборе на счетчике числа, равного соответствующему значению интеграла для чугуна данной марки,предварительно набранному на переключателях блока 22 задания программы.

35

40

45

срабатывает блок 21 совпадения, и сигнал совпадения поступает через блок формирования сигнала управления на исполнительный механизм 12 для отключения питания в печи и на световое табло 24 готовности металла.

Формула изобретени

0

5

0

5

0

нуль-органа,третий вход с выходом второго дополнительного блока сравнения, первьш вход которого связан с задатчиком состава газа, а второй вход с выходом газоанализатора,при этом четвертый вход блока логики соединен с выходом блока задержки сигнала,а первый и второй выходы блока логики соответственно связаны с первым входом реверсивного исполнительного механизма на линии расхода горючей смеси и входом исполнительного механизма на линии подачи вещества, причем второй вход реверсивного исполнительного механизма соединен с выходом нуль-органа,а второй выход блока логики соединен с входом блока задержки сигнала.

От6л16