Способ управления тепловым режимом электровакуумных печей в производстве углеродных изделий Советский патент 1990 года по МПК C01B31/04 G05D27/00 

Изобретение относится к управлени тепловыми объектами и может быть применено в химической промышленности для управления тепловым режимов по сложному температурно-временному графику в электровакуумных печах в производстве углеродных и полупроводниковых материалов, отжиге трансформаторной стали.

Цель изобретения - снижение потер электроэнергии.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема реализации предложенного способа; на фиг. 2 и 3 - графики разогрева электровакуумной печи при известном и предлагаемом способах.

Система управления (фиг.1) содержит печь 1, пирометр 2, управляющий вычислительный комплекс 3, амперметр , вольтметр 5 и электропечной трансформатор 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Температура измеряется в рабочем пространстве печи 1 с помощью пирометра 2. Данные об измеренной температуре поступают на вход управляющего вычислительного комплекса (УВК) 3. Туда же поступают данные о силе тока I и напряжения U питания нагревателей печи, измеряемые с помощью амперметра 4 и вольтметра 3, установленных в цепи .вторичной обмотки электропечного трансформатора 6.

В УВК 3 по измеренным текущим значениям I и и определяется количество потребляемой энергии за, каждый интервал времени, вычисляется заданное количество электроэнергии на каждый последующий интервал времени, в зависимости от которого формируется сигнал на изменение мощности. Мощность изменяется путем переключения ступеней электропечного трансформатора 6 (грубо) и изменения намагничивания реактора насыщения (плавно).

Алгоритм вычисления управляющих воздействий и управления следующий.

1.Задается температурный график нагрева Т f(t).

2.Вводится начальная мощность электропитания Р.

3.Измеряется температура в печи в момент подачи электропитания на нагреватели Т.

. Осуществляется выдержка времени i), равная постоянной времени переходного процесса в печи.

5.Измеряется температура Т, в печи в момент окончания выдержки времени С .

6.Измеряется количество затраченной на нагрев энергии за период выдержки ДЕ .

7.. Определяется средняя удельная теплоемкость системы графит-графит за указанный интервал температур:

т с,- а. + я (-Ij± - : Ii)

15

+ ал (

(1)

где ао, а и а - коэффициенты.

8.Прогнозируется максимальная величина температуры в печи от введенной первоначальной мощности

Т - I 1 макс : 07§32

9.Прогнозируется средняя удельная теплоемкость системы на каждый последующий интервал времени (i-fl).

10.Прогнозируется задание на приращение температуры на последующий интервал времени Т fl, по формуле (1) Т -т.. -0.1 т:,t-H

- 0,233 Т,Ч .

11. Прогнозируется приращение энергии на последующий интервал времени А Е l по формуле

АЕ

1 Г/Р .АЕ;

с,; йГ- То Т

.ATjl, .c„p,A.(-.IjtM(-Ь,-)|,

где - коэффициент черноты материала нагревателя;

Cfjp- приведенный коэффициент из- лучения системы тел, определяемый по формуле

Р

1 , А4 / 1 t X

С, Ai 02 .

где C,j - коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки;

СU - постоянная Стефана-Боль- цмана;

АА. А;), Aj - площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки.

5161

12. Вводится дополнительная мощность

ЛР

4Е-,41

Ч-1

13. Далее повторяют операции 8-12 до достижения заданной графиком тем пературы.

В таблице приведен пример расчет а выбора подводимой к печи мощности для разогрева с заданной скоростью и в заданное время.

На фиг. 2 и 3 представлены выборки данных разогрева электровакуумной печи, полученные для начальных условий, указанных в таблице, при известном способе управления (а,б,в) и предлагаемом (г).

Отсутствие дозирования подводимой мощности с учетом конкретной для каждого процесса массы садки, состояния футеровки и нагревателей, а также отсутствие оптимальной частоты корректировок подводимой мощности приводит к неравномерности нагрева изделий или удлинению срока разогрева печи, т.е. дополнительным потерям электроэнергии. Все эти факторы в сочетании с браком продукции из-за несоблюдения режима обуславливает зна- - тельные потери. Формула изобретения

Способ управления тепловым режимом электровакуумных печей в производстве углеродных изделий, включающий задание количества электроэнергии на интервал нагрева, ввод начальной мощности нагрева, измерение количества потребляемой печью электроэнергии и периодическое изменение мощности в зависимости от количества электроэнергии, заданного на каждый интервал нагрева,, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь электроэнергии, дополнительно измеряют температуру в печи до ввода начальной мощности и в конце каждого интервала, равного постоянной времени переходного процесса, а заданное количество электроэнергии на каждый последующий интервал ДЕ ц., определяют по формуле

X. 1 Гг . Е; ,. .it,

1855

пр iTil,, +

с.р А-(-1Й5 - -

где 6 - коэффициент черноты ла нагревателя;

С,. , - удельная теплоемкость мате- риала нагреваемых тел в каждый (1+1)-й интервал, опре- деляемая по формуле

+ а, ( т , + 0 1 2

. гр

т .г Т

Ijii-.:-Iib

)-2,

где а , а, постоянные коэффи-. циенты для определенного вида материала нагреваемых ар тел;

ЛТ - прогнозируемое приращение температуры на каждый последующий интервал, определяемое по формуле

т. т:;, -т о,158 т;., - 0,37 т;.; ,

где Т , Т- - измеренная температура в печи до ввода начальной мощности и в конце i-ro интервала соответ- ственно;

Т / - граничное значение тем- пературы на (i+l) интервал;

С п, - приведенный коэффициент излучения системы тел, определяемый по формуле 1

45

г : Аг::г :т

с, А/ С

е А, А, А - площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки соот- ветственно;

C, С - коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки;

f постоянная Стефана Больцмана.

Вдод програппы gj j

Изобретение касается управления тепловым режимом электровакуумных печей при производстве углеродных изделий, может быть использовано в химической промышленности и позволяет снизить потери электроэнергии. Измеряют температуру в печи до ввода начальной мощности и в конце каждого интервала, равного постоянной времени переходного процесса, а заданное количество электроэнергии на каждый последующий интервал ΔЕ_I+1 определяют по формуле ΔЕ_I+1=1/ε @ C_T(I+1)ΔЕ₁/C_T1(T₁-T₀)^.T_I+1+C_пр^.A^.φ[(T_I+1/100)⁴-(T_I/100)⁴] @ , где ε - коэффициент черноты материала нагревателя

C_T(I+1) - удельная теплоемкость материала системы нагревательных тел в каждый (I+1)-й интервал. C_T(I+1)=A₀+A₁(T_I+1-T_I/2+A₂)(T_I+1-T_I/2)^-2, где A₀, A₁, A₂ - постоянные для определенного вида материала системы нагреваемых тел

C_T1, ΔЕ₁ - удельная теплоемкость и приращение электроэнергии в первом интервале

ΔТ_I+1=T_I+1-T_I-0,158T_I-2-0,37T_I-1 - прогнозируемое приращение температуры на каждый последующий интервал

Τ - посточная времени переходного процесса

T_I+1 - температура, заданная по графику на I+1-й интервал

T_, T₁, T_I - измеренная температура в печи до ввода начальной мощности, в конце первого и I-го интервала соответственно, К

C_пр=1/1/C₁+A₁/A₂)1/C₂-1/C @ ) - приведенный коэффициент излучения исистемы тел, Вт/м^.К, A, A₁, A₂ - площади поверхности садки, нагревателей и внутренней поверхности футеровки соответственно, м²

C @ =5,67^.10 Вт/м C @ - постоянная Стефана-Больцмана

C₁ и C₂ - соответственно коэффициенты излучения нагревателей и внутренней поверхности футеровки, Вт/м^.К. 1 табл., 3 ил.

/

/

/

/

1 2 3 5 6 т S S 10

1 2 3 Л S 6 Т 8 S Ю (K/tZ

P,Ktm

Tit

(,mc

123 5678910

Фиг.З

С,ч ас