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

-ч| 00

СП

го ел

Изобретение относится к электротермии, точнее к техническим решением по уп- равлению плавкой индукционных тигельных печей.

Целью является повышение точности контроля температуры расплава.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - алгоритм работы блока вычислений.

В таблице приведен перечень реквизитов алгоритма функционирования блока вычислений. и

Устройство содержит печь с тиглем 1, крышкой 2 и индуктором 3, а также систему 4 электрооборудования с датчиком положения высоковольтного выключателя, датчиками тока и напряжения печи (на схеме не показан), термопару 5, блок б вычислений, блок 7 контроля и управления, датчик 8 активной электрической энергии печи и задат- чик 9 темпера туры расплава в °момент полного расплавления шихты.

Четыре входа блока 6 вычислений соединены соответственно с термопарой 5, первым выходом системы 4 электрооборудования печи, с первьТм й втбрым выходами блока 7 контроля и управления.

Выход блока 6 вычислений соединен со входом блока 7 контроля и управления. Первый и второй входы датчика 8 активной элек- трической энергии n eW c 0 еЦинены соответственно со вторым и третьиМ выхо- дами системы 4 электрооборудования печи, а выход датчика 8 активной электрической энергии печи соединен с пятым входом блока 6 вычислений, шестой вход которого соединен с выходом задатчика 9 температуры расплава в момент полного расплавления шихты.

Выходы датчика положения высоковольтного выключателя, датчика тока и датчика напряжения системы 4 электрооборудования печи, на данной схеме не показанных, являются соответственно первым, вторым и третьим выходами данной системы 4.

Термопара 5 расположена над уровнем металла и измеряет температуру газа в печи.

Блок 6 вычислений работает по алгоритму, реализованному алгоблоками 10-42 (см. фиг. 2 и перечень реквизитов в таблице).

В качестве блока 6 может быть использован контроллер Ломиконт или Реми- конт - известные средства из области вычислительной техники, обладающие устройствами связи с объектом,

В состав блока 7 входят известные из области средств вычислительной техники задатчики ручного задания типа РЗД, РЗДК для задания начальной температуры периода перегрева, переключатель на два положения типа тумблер для установки предстоящего периода плавки и индикатор

Ф-203 для предоставления значения температуры расплава.

В качестве задатчика 8 может быть использован преобразователь Ф443 или СА- ЗУ-И 687 с числоимпульсным выходом.

0 Работа устройства основана на следующем.

Тигельная печь представляет собой сосуд со стенками из огнеупорных материалов и с футерованной крышкой. Конструкция ис5 ключает 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

0 равны друг другу, но изменения связаны друг с друг ом, причем эта связь достаточно малоинерционна, так как атмосфера печи имеет активный конвективный обмен с шихтой и ванной металла как за счет перемеши5 вания ванны и выделения из расплава газов, так и за счет достаточно развитой поверхности твердой шихты.

Наблюдения за температурой атмосферы печи показали, что после загрузки ших0 ты, закрытия крышки и включения печи она интенсивно повышается, но скорость ее роста постоянно падает до момента расплавления всей твердой шихты. После расплавления всей твердой шихты скорость

5 роста температуры атмосферы начинает повышаться и быстро стабилизируется на определенной величине. Это объясняется тем, что расплавления шихты практически вся вводимая в расплав энергия идет на фазо0 вое превращение твердой шихты в расплав при незначительном изменении температуры расплава, после расплавления шихты энергия затрачивается на повышение темпера туры расплава, которая начинает за5 метно увеличиваться. Температура атмосферы печи отражает эти процессы. При определенном, принятом режиме плавки температура расплава в момент полного расплавления шихты одинакова для всех

0 циклов плавки и может быть определена

экспериментально по замеру температуры

расплава в указанный момент времени (при

проведении экспериментальной плавки.

Алгоритм функционирования предлага5 емого устройства опирается на особенности работы тигельных печей.

Плавильщик после проведения ручных операций (загрузка шихты, скачивание шлака и тгд.) закрывает крышку печи, устанавли- вает на блоке 7 переключатель (см.

вышесказанное о составе блока 7) и положение предстоящего периода плавки - плавление или перегрев, сигнал о чем поступает с первого выхода блока 7 на третий вход блока 6 вычислений, а также для периода пере- грева температуру Тн расплава в начале этого периода, приходящую на четвертый вход блока 6 со второго выхода блока 7.

Затем плавильщик включает печь (управляющее воздействие от плавильщика на данной схеме не показано) и на второй вход блока 6 вычислений поступает сигнал о включенном состоянии высоковольтного выключателя (нет на схеме), входящего в состав системы 4. По этому сигналу начина- ет работу в соответствии с алгоритмом блок 6 вычислений.

При этом по характеру изменения производной температуры атмосферы печи определяется момент плавки (полное расплавление шихты), для которого известна температура расплава - Тр.р. (экспериментальное значение) и измеряется температура Тг.ф.р. атмосферы печи, между которыми блок 6 вычислений находит коэф- фициент К пропорциональности - показатель зависимости температур агаза (атмосферы печи) и расплава для текущих сложившихся условий плавки на данном период расплавления шихты. Информация о температуре атмосферы печи поступает на первый вход блока вычислений от термопары 5 а значение (экспериментальное) Тр.р. поступает на шестой вход блока 6 от задат- чика 9. Значение Тр.р . может корректиро- ваться в зависимости от условий опытной плавки. При дальнейшем нагреве расплава после расплавления шихты на данном периоде расплавления контроль за его текущей температурой Тр производится блоком б вычислений по показателям измеряемой термопарой 5 текущей температуры Тг.ф. газовой атмосферы печи и коэффициента К по соотношению-Тг.ф./К. Окончание периода расплавления (выключение печи) насту- пает при соответствии текущего значения текущей температуры расплава Тр заданному его значению, что определяется оператором по информации о Тр в блоке 7.

Далее в данном устройстве при прове- дении расплавления последней загрузки для повышения точности значений температуры расплава определяют в блоке 6 энергетические затраты на повышение температуры расплава на один градус. Для этого определяют датчиком 8 расхода W активной электрической энергии с момента расплавления шихты до отключения печи (до конца периода расплавления) по показаниям датчиков тока и напряжения, входящих в систему 4 электрооборудования, ноне показанных на схеме. После чего, по показаниям W-. поступившим на пятый вход блока 6 вычислений, этим блоком производится определение расхода электроэнергии W на изменение температуры расплава от температуры его в момент расплавления (экспериментальное значение, поступающее от задатчика 9 и изменяющееся в зависимости от складывающихся условий процесса оператором - связи от оператора нет на схеме) до требуемой температуры в конце периода расплавления, т.е. от Тр.р. до Тр.к. Таким образом, в блоке 6 происходит определение

Wyn . где W«n - затраты электI рк - I р.р

роэнергии на один градус повышения температуры расплава.

Т.к. количество металла в печи после периода расплавления последней загрузки не меняется, то полученную величину Л/уд используют для контроля за температурой расплава Тр в течение периода перегрева по расходу электроэнергиигпрактически независящему от случайных условий закрытия крышки печи. Для расчета текущей Тр блок

6использует температуру Тн. расплава в начале периода перегрева, поступающую на его четвертый вход со второго выхода блока

7контроля и управления текущее значение расхода активной электроэнергии Wn на периоде перегрева, поступающее на его пятый вход с выхода датчика 8, и производит расчет текущей температуры Тр, по выражению

Тр Тн +

Wn Ww

Период перегрева заканчивается (выключение печи) по соответствию текущей температуры Тр. расплава на данном периоде его заданному значению.

Работа блока 6 вычислений происходит по алгоритму, представленному на фиг. 2 с использованием реквизитов из таблицы. В соответствии с алгоритмом блок 6 вычислений определяет значение температуры расплава Тр. в печи (реквизит ТМ), выводимое на выход блока 6 вычислений. При значении реквизита ТМ- пробел индикаторы блока 7 (на предлагаемой схеме последние не показаны - погашены. Числоимпульсный сигнал датчика 8 поступает на модуль ввода число- импульсных сигналов (вход 5 блока б), где он интегрируется, преобразуясь в реквизит W. Обнуление счетчика (W 0) производится в соответствии с алгоритмом работы блока.

Алгоблок 10 определяет установленный период плавки (реквизит Р) Если Р 1, то

значит установлен период перегрева и алгоритм переходит к блоку 38. В противном случае установлен период плавления и алгоритм переходит к алгоритму 11.

Алгоблок11 устанавливает значение ре- квизита ТМ, соответствующее отсутствию показаний показывающего прибора.

Алгоблок 12 устанавливает значение времени периода, равное нулю (Т 0).

Алгоблоки12,14,15,43 с периодом 30 с наращивают значение реквизита Т, также проверяют не превысило ли значение Т 0,3 от оценки времени выполнения периода (реквизит ТР) и остается ли печь включенной (реквизит PV).

При отключении печи блок 6 работу заканчивает.

При достижении реквизита Т значения 0,3 ТР алгоритм переходит к алгоблоку 16.

Алгоблоки 16, 17, 18 последовательно присваивают значение, равное нулю, вспомогательному реквизиту (индикатору) А и VT, значение температуры газа, измеряемое термопарой 5 (реквизит ТЕ) и поступающее на первый вход блока 6, реквизиту ТП1. Алгоблоки 19,20 производят выдержку и отсчет времени с дискретностью ТД.

Алгоблок 21 присваивает реквизиту ТА2 значение температуры, измеряемое термопарой 5.

Алгоблок 22 определяет скОро СТь роста реквизита ТЕ за время ТД.

Алгоблок 23 проверяет включена ли печь, при отключении которой блок 6 заканчивает вычисления, в противном случае ал- горитм переходит к алгоблоку 24.

Алгоблок 24 проверяет равен ли индикатор А нулю (за период определено только одно значение VT). Если А не равен нулю, то алгоритм переходит к алгоблокам 25, 26, 27, последовательно присваивающим реквизи- ту VT1 значение VT, реквизиту ТА1 значение ТА2, индикатору А значение единицы и вновь переходит к алгоблоку 19.

Если А 1, алгоритм переходит к алгоб- локу 28.

Алгоблок 28 определяет изменение скорости роста температуры (реквизит ИТ) за время ТД и передает управление алгоблоку 29.

Алгоблок 29 проверяет: значение реквизита ИТ больше или равно ную или меньше нуля (скорость роста температуры повышается).

Если ИТ больше (равно) нулю, управле- ние передается алгоблоку 26и цикл повторяется.

Если на некотором цикле ИТ оказывается меньше нуля, фиксируется момент расплавления твердой шихты и управление передается алгоблоку 30

Алгоблоки 30, 31 присваивают реквизиту ТМ значение ТМР, которое вводится в блок 6 вычислений заранее как постоянная, разная температуре расплава в печи, определенной экспериментально для момента расплавления шихты, реквизиту W значение нуль (обнуляется счетчик модуля ввода чис- лоимпульсного сигнала датчика 8).

Алгоблок 32 определяет коэффициент пропорциональности роста температур расплава и атмосферы печи.

Алгоблок 33 проверяет включена ли печь.

Если печь включена, алгоблоки 34 и 35 производят выдержку времени и определение нового значения реквизита ТМ. Блок 35 передает управление вновь на блок алгоб- лока 33, организуя циклическое определение ТМ.

Если печь отключена, управление передается алгоблоку 36, который присваивает реквизиту WP значение реквизита W (запоминается значение дозы энергии, затраченной от момента расплавления шихты до окончания периода).

Алгоблок 37 присваивается реквизиту ТМ1 значение разницы реквизитов ТМ и ТМР (запоминается, на сколько градусов нагрет расплае от момента расплавления шихты до окончания периода). После этого блок 6 заканчивает вычисления.

Если при включении печи установлен период перегрева расплава (Р 1 для алгоб- лока 10) алгоритм передает управление алгоблоку 38.

Алгоблок 38 присваивает реквизиту W значение нуль (обнуляет счетчик энергии).

Алгоблок 39 определяет затраты энергии (реквизит WV) на нагрев расплава на один градус, произведенные на предыдущем периоде плавления (последнем в цикле плавки), как частное от деления значения реквизита WP на значение реквизита ТМ1 и передает управление алгоблоку 40.

Алгоблок 40 определяет значение температуры расплава (реквизит ТМ), прибавляя к значению реквизита TN - температуре расплава в начале периода перегрева (перед перегревом) установленной на блоке 7 контроля и управления, значение частного от деления реквизита W (энергия, введенная в печь за время от начала периода перегрева до момента определения температуры расплава) на реквизит WV.

Алгоблок 41 проверяет, включена ли печь. Если печь отключена, блок 6 заканчивает вычисления. Если печь включена, ал- гоблок42 производит выдержку времени ТД

(дискретность определения температуры расплава) и возвращает управление алгоб- локу 40, организуя циклическое определение ТМ-температуры расплава.

Работа предлагаемого устройства основана на особенностях конструкции индукционных тигельных печей с крышкой и принципе их действия, а его структура (блоки и связи между ними), отличает данное предложение от известных решений аналогичного назначения и позволяет, в отличие от известных разработок, осуществить контроль за температурой расплава по температуре атмосферы печи на периодах расплавления и перегрева с большей точностью, для повышения стабильности выхода на технологические заданные значения температур расплавления и слива. Это позволяет сделать вывод о существенности признаков данного устройства.

Экспериментальные измерения на печи показали, что устройство согласно изобретению, для периода окончания компании печи повышает точность измерения на 5- 10°С, что соответствует точности измерения температуры слива (1500°С) 0,3 % по сравнению с прототипом, делающим точность измерения в этих же условиях около 1,5% (15°С).

Формула изобретения Устройство контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи, содержащее термопару, систему электрооборудования печи с датчиком положения высоковольтного выключателя, а также датчиком тока и напряжения, блок вычислений и блок управления и контроля, причем четыре входа блока вычислений соединены соответственно с термопарой, датчиком положения высоковольтного выключателя системы электрооборудования печи, а также с первым и вторым выходами блока контроля и управления, выход блока вычислений соединен с входом блока управления и контроля, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля температуры расплава, оно дополнительно содержит блок определения активной электрической энергии печи и за- датчик температуры расплава в момент полного расплавления шихты, причем первый и второй входы блока определения активной электрической энергии соединены соответственно с датчиком тока и датчиком напряжения системы электрооборудования печи, а выход блока определения активной электрической энергии печи соединен с пятым входом блока вычислений, шестой вход которого соединен с выходом задатчика температуры расплава в момент полного расплавления шихты.

Изобретение относится к электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавкой индукционных тигельных печей. Устройство блок 6 вычислений по температурам,- измеренным с помощью термолары 5 температуры атмосферы печи и экспериментальному значению температуры расплава, поступающей в блок 6 с выхода задатчика 9, определяют коэффициент, учитываемый блоком б вместе с измеряемыми текущими значениями температур атмосферы печи для расчета температуры расплава после момента полного расплавления шихты, а на периоде перегрева блок 6 определяет удельные Затраты электроэнергии по показаниям расхода энергии, определяемой датчиком 8 с момента расплавления шихты до отключения печи по показаниям датчиков тока и напряжения, входящих в систему 4 электрооборудования, и разнице между температурами: экспериментальной температуре расплава от задатчика 9 и требуемой его температуре в конце периода расплавления, после чего блоком 6 вычисляется температура расплава на периоде перегрева с учетом полученных данных с использованием значения о температуре расплава в начале периода перегрева, поступающей на блок 6 с выхода блока 7 контроля и управления, момент окончания периодов с отключением печи наступает по соответствию определенных блоком 6 температур расплава и их требуемых значений. 2 ил., 1 табл СО С

Реквизит

Температура распяваа, СТН

Время периода, сТ

Оценка времени выполнения периода плавления,с ТР

Индикатор, 0; 1А

Значение температуры, измеряемое термопарой,

а начале длительности опроса,0СТЛ1

Значение температуры, измеряемой термопарой,

в конце длительности дискретности опроса,°СТА2

Скорость роста температуры на предыдущем

цикле опроса, град/сVX

Скорость роста температуры на текущем цикле

опроса, град/сJ VT1

Измерение скорости роста температуры,град/с2VT

Дискретность опроса, НеТД

Температура металла в момент плавления,frCТМР

Разница температур, соответствующая дозе введенной энергии,0СТМ1

Удельная энергия, к8т/ч«градMV

Коэффициент пропорциональностиК

Доза энергии, б/р кВт.ч WP

Положение высоковольтного выключателя 0; 1PV

Положение переключателя периода плавки, 0; 1Р

Температура, измеряемая термопарой,йС ТЕ

Начальная температура периода перегрева,°СTN

Активная электрическая энергия, кВт/чW

г

Обозна че..:::I.

Вид информации блока 6 вычислений

Выходная информац. Внутренняя информ. Информация 4 входа Внутренняя информ.

То же .«

-.

.- .11Внутренняя информ. Константа

Внутренняя информ. .

Информация 2 входа Информация 3 входа Информация 1 входа Информация 5 входа

Интегрированный сигнал 6 входа

(Начало j

г-№

Выдержка

Времени

тз

-37 J

(Конец) а Фиг2 с /

Otn(SblxoSO

Фиг.2.

Лист 2