Способ контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи Советский патент 1992 года по МПК F27B14/20 F27D19/00 

Изобретение относится к области электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавкой в индукционных тигельных печах.

Целью является повышение точности контроля температуры расплава.

Для достижения поставленной цели согласно способу контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи, заключающемуся в измерении температуры Та, атмосферы под крышкой печи в ходе плавки, определении момента полного расплавления шихты по изменению с минуса на

плюс знака второй производной температуры атмосферы печи, определении в этот момент температуры атмосферы печи Тар, температуры Тр н расплава в начале периода перегрева и окончании каждого периода плавления и перегрева по достижению температурной распллва в эти периоды требуемых по технологии температур, дополнительно по ходу периодов плавления последней загрузки шихты и перегрева расплава измеряют расходы W, Wn энергии соответственно с момента полного расплавления шихты и с момента начала

периода перегрева до отключения печи при окончании каждого из этих периодов, на каждом периоде плавления шихты в момент полного ее расплавления определяют коэффициент К по выражению:

К.

где: Та.р. - температура атмосферы печи в момент полного расплавления шихты,

Тр.р. - температура расплава в момент полного расплавления шихты, определенная экспериментально, и осуществляют контроль температуры расплава до конца периода по выражению:

т та

где: Тр - температура расплава,

Та - температура атмосферы печи, при проведении периода плавления последней загрузки определяют коэффициент по выражению:

W

р.к.т.

-тp.p.

где: Тр.к.т. - требуемая температура расплава в момент окончания периода, а при проведении периода перегрева расплава текущую температуру расплава контролируют по выражению:

Т,,-Т

р.н.

+

Wn Y

Совокупность признаков способа связана как с конструктивными особенностями печи, так и с особенностями технологии процесса плавки, состоянием атмосферы под крышкой печи, эффектами (нергетиче- скими, тепловыми) реакций взаимодействия материалов (газ, шихта, металл) во время процесса, а также невозможностью (вытекает из условий, созданных в печи) измерения целого ряда показателей: мощности тепловых потерь печи, температуры расплава, теплоемкости загружаемой шихты и др.

Тигельная печь представляет из себя сосуд со стенками из огнеупорных материалов и с футерованной крышкой. Конструкция исключает практически ощутимые подсосы в печь внешнего воздуха, что объясняется также и повышенным давлением в печи за счет выделения из расплава в течение плавки газа. Температуры газа в печи и

расплава не равны друг другу, но их изменения связаны друг с другом, причем эта связь достаточно малоинерционна, так как атмосфера печи имеет активный конвективный

обмен с шихтой и ванной металла как за счет перемешивания ванны и выделения из расплава газов, так и за счет достаточно развитой поверхности твердой шихты.

Наблюдения за температурой атмосфе0 ры печи показали, что после загрузки шихты, закрытия крышки и включения печи она интенсивно повышается, что скорость ее роста постоянно падает до момента расплавления всей твердой шихты. После

5 расплавления всей твердой шихты скорость роста температуры атмосферы начинает повышаться и быстро стабилизируется на определенной величине. Это объясняется тем, что до расплавления шихты практически

0 вводимая в расплав энергия идет на фазовое превращение твердой шихты в расплав при незначительном изменении температуры расплава, после расплавления шихты энергия затрачивается на повышение тем5 пературы расплава, которая начинает заметно увеличиваться. Температура атмосферы печи отражает эти процессы. При определенном принятом режиме плавки температура расплава в момент полного

0 расплавления шихты одинакова для всех циклов плавки и может быть определена экспериментально по замеру температуры расплава в указанный момент времени (при поведении экспериментальной плавки).

5 Способ согласно изобретению заключается в следующем.

Производится координация или анализ взаимовлияния текущих параметров: температуры Та, атмосферы под крышкой печи и

0 температуры расплава Тр. на периодах плавления шихты после момента полного ее расплавления, а также учет измеренных показателей активной энергии W, Wn процесса плавки на периодах соответственно

5 плавления и перегрева для возможности определения (косвенного) параметра температуры Тр, расплава на этих периодах, проверки температур Тр. на соответствие заданным значениям и своевременному от0 ключению печи в момент их равенства.

Таким образом, по способу контролируют температуру Та атмосферы под крышкой печи (газовой среды) и определяют по изменению знака второй производной с минуса

5 на плюс момент полного расплавления шихты. В момент полного расплавления порции шихты на каждом периоде плавления определяют коэффициент К - коэффициент зависимости температур атмосферы печи и расплава для текущих сложившихся

условий процесса. При этом, для определения коэффициента К используют измеренное значение температуры атмосферы печи Та.р. в момент полного расплавления шихты и значение температуры расплава Тр.р. в момент полного расплавления шихты (экспериментальный показатель) и определяют коэффициент К по выражению:

.p.

После этого, используя этот коэффициент до конца периода плавления,контролируют текущую температуру Тр. расплава в

соответствии с соотношением: р

где Та - текущая температура (измеряемая) атмосферы печи. По равенству на периодах плавления Тр, текущей и заданной по данному способу заканчивается (отключение печи) период расплавления каждой порции шихты. По ходу периода плавления последней порции шихты определяют значение расхода энергии W от момента полного расплавления шихты до конца периода и определяют коэффициент У} характеризующий расход электроэнергии при изменении температуры расплава от его температуры ТР.Р. в момент полного расплавления шихты до требуемой в конце периода температуры Тр.к.т. по соотношению:

у

W

Т

р к.т

-т

p.p.

По ходу периода перегрева измеряют текущий расход энергии Wn печи от начала и до конца периода, а в начале его измеряют температуру Тр.н. расплава.

По данным Wn, Тр.н. и Y определяют в ходе периода перегрева расплава его текущую температуру Тр. по выражению:

т -т +Wn

I D. - I D.H. т -Г,

Рр.н.

Y

Окончание периода перегрева (выключение печи) соответствует моменту равенства текущей Тр. и заданной температур расплава, измеренных в этот период.

Пример результатов использования данного способа в сравнении с прототипом.

Плавки чугуна проводились на печи ИЧТ-60 емкостью 60 т. и установленной мощностью 20 мВт.

Экспериментально установлено, что при работе с мощностью печи 10 кВм, температура расплавления шихты Тр.р. - 1230°С.

1. Плавки по прототипу.

1.1.В середине кампании тигля.

В момент расплавления шихты последней загрузки была зафиксирована темпера- 5 тура атмосферы печи Та 1120°С. Печь отключили при достижении Та 1120 + 120е 1240°.

Замер температуры расплава показал результат Тр. 1361 °С.

0 Ошибка выхоца на заданную температуру составила: 1361-1350 11°С.

Перед началом периода перегрева была замерена температура расплава Тр. 1358°С. В ходе перегрева была зафиксирована 5 скорость роста температуры атмосферы 19 град.мин. Соответственно перегрев вели 7 мин 30 с. и печь отключили. Замер температуры расплава показал результатТр. 1509°С. Ошибка выхода на температуру слива 0 составила:

1509-1500 9°С.

1.2.В конце кампании тигля.

В момент расплавления последней загрузки шихты зафиксирована температура 5 Та 860°С.

Печь отключили при достижении Та 860+ 120 .

Замер температуры расплава показал ТР 1397°С.

0 Ошибка выхода на заданную температуру составила:

1397-1350 47°С.

В ходе перегрева была зафиксирована скорость роста температуры атмосферы 13 5 град./мин.

Соответственно перегрев вели - 7мин.55 с и печь отключили. Замер температуры расплава показал результат ТР 1535°С.

Ошибка выхода на заданнуютемперату- 0 ру слива составила:

1535-1500 35°С.

2, Плавки по предлагаемому способу.

Вслед за циклом плавки п п. 1.2 был проведен цикл плавки по предлагаемому 5 способу.

В момент расплавления последней загрузки зафиксирована температура Та.р. 86б°С и был вычислен коэффициент

0К ЩИ 705

Соответственно печь отключили при достижении температурой расплава, контро-гТа

лируемои по выражению: Тр. 5 значения - 1350°С.

0,705

Замер температуры расплава показал Тр. 1354°С.

Ошибка выхода на заданную температуру составила:

1354-1350 4°С.

Расход электроэнергии от момента расплавления до окончания периода расплавления составил:

W 875 кВт.ч.

Соответственно удельный расход энергии:

Y- ВТбкВьчВтц/

120 °С

Замер начальной температуры Тр.н. расплава в начале периода перегрева (период периодом) показал, что Тр.н. - 1351°С.

Соответственно перегрев вели до достижения температурой расплава Тр., контролируемой по выражению:

Тр. 1351 + yj , значения - 1550°С.

Замер температуры расплава показал результат Тр. 1502°С.

Следовательно, ошибка выхода на заданную температуру составила: 1502-1500 2°С.

По проводимых плавках значения температур - 1350°С и 1500°С соответствовали их требуемым значениям.

Формула изобретения

Способ контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи, включающий измерение температуры Та атмосферы под крышей печи в ходе плавки, определение момента полного расплавления шихты по изменению с минуса на плюс знака второй производной температуры атмосферы печи, фиксацию в этот момент температуры атмосферы печи Т3р, измерение температуры Тр.н расплава в начале периода перегрева, прогноз температуры металла в периоды его плавления и перегрева, о т- ли чающийся тем что, с целью повышения точности контроля во время периодов плавления последней порции

0

шихты и перегрева расплава, определяют расходы W, Wn энергии соответственно с момента полного расплавления шихты и с момента начала периода перегрева до отключения печи при окончании каждого из этих периодов, на каждом периоде плавления шихты в момент полного ее расплавления определяют коэффициент К по выражению

где Та.р. - температура атмосферы печи в момент полного расплавления шихты;

Тр.р. температуре расплава в момент полного расплавления шихты, определенная на опытной плавке, и осуществляют контроль температуры рас- плава до конца периода по выражению

т - а

где Тр - температура расплава;

Та - температура атмосферы печи, при проведении периода плавления последней порции шихты определяют коэффициент Y по математическому выражению

- W

р.к.т.

-Т

pp.

где Тр.к.т. - требуемая температура расплава в момент окончания периода, а при проведении периода перегрева расплава текущую температуру расплава контролируют по математическому выражению

т -т + Wn

1р- Тр.н. + -у-

Изобретение относится к области электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавкой в индукционных тигельных печах. Целью изобретения является повышение точности контроля температуры расплава и оптимизация процесса плавки. Для достижения поставленной цели по предлагаемому способу следят за температурой атмосферы печи в ходе плавки, определяют момент полного расплавления шихты, фиксируют температуру расплава в начале периода перегрева, контроль температуры расплава на каждом периоде расплавления шихты производят по соотношению температуры атмосферы печи к коэффициенту, характеризующему изменение температуры атмосферы печи в момент полного расплазления шихты по отношению к экспериментальной температуре расплава, для периода перегрева температуру расплав определяют с учетом температуры в начапе периода перегрева и отношения расхода энергии от начала пеои- ода перегрева до ею окончания к коэффициенту для периода плавления последней загрузки, характеризующему отношение затрат энергии периода расплавления от момента полного расплдЕтения до ко;)ца периода на отклонение требуемого значения температуры расплава от ее экспериментального значения и заканчивают как периоды плавления, так и перегрева, отключая печь по достижению температуры расплава требуемых ее значений на этих периодах. (/ С