Установка для сушки и подогрева литейных ковшей Советский патент 1982 года по МПК B22D41/00 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ И ПОДОГРЕВА

1

Изобретение относится к литейному производству.

Известно устройство для сушки и подогрева литейных ковшей, содержащие горелку, вводимую внутрь ковша {1.

Известно также устройство для сушки и подогрева литейных ковшей, содержащее колонку с консольно поворотным рычагом и горелками, перемещаемыми в вертикальной плоскости 2.

Недостаток данных устройств заключается в том, что они не обеспечивают оптимальный режим нагревания ковша, что приводит к образованию микротрешнн на трутеровке в процессе сушки, а значит , к преждевременному износу ее.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее электронагреватель, выполненный по форме внутренней футеровки ковша, и устройство подключения электронагревателя к питающей сети 3.

Однако известное устройство не обеспечивает оптимальный режим процесса сушки и подогрева литейных ковшей и поддержание его в режиме готовности к заливке, а taкжe требует повышенного расхода электроэнергии. ЛИТЕЙНЫХ КОВШЕЙ

Цель изобретения - оптимизация процесса сушки и подогрева литейных ковшей н поддержание их в режиме готовности к заливке, а также экономия электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что установка для сушки и подогрева литейных ковшей, содержащая электронагреватель, выполненный по форме внутренней футеров, ки ковша, устройство для подключения электронагревателя к питающей сети, оснащена системой управления, выполненной в виде

10 датчика температуры, соединенного через усилитель термосигнала с входом первого порогового устройства и первым входом сравнивающего устройства, выход первого порогового устройства соединен с сигнализатором и первым входом устройства автома15тического выключения, выход сравнивающего устройства соединен с сигнальным входом широтно-импульсного модулятора и входами второго н третьего пороговых устройств, выход широтно-импульсного модулятора че20рез согласующее устройство соединен с входом управления регулятора, входы питания которого через устройство для подключения электронагревателя к питающей сети соединены с входом устройства блокировки устройства автоматического выключения, выполненного в виде конечного выключателя, механически связанного с ковшом при его установке для сушки, выход которого связан с входом устройства автоматического выключения, выход которого соединен с входом блокировки генератора импчльсов фиксиров-анной частоты и входом формирователя импульса, а выход генератора импульсов фикшрованной часаготы соединен с импульсным входом широтно-импуяьсного модулятора и первым входом первого логического элемента И, вторым входом связанного с выходом триггера, а выходом связанного с первым входом второго логического элемента И, вторым входом связанного с выходом старшего триггера счетчика, выход второго логического элемента И соединен со счетным входом счетчика, вход установки на «О счетчика связан с выходом формирователя импульса и первым входом элемента ИЛИ, перт вый вход элемента ИЛИ связан с выходом формирователя нмпульса, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго порогового устройства, выход третьего порогового устройства соединен с входом установки триггера в состоянии «1, выход элемента ИЛИ соединен с входом установки триггера в состоянии «О, выходы триггеров старших разрядов счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого по порядку дешифрации соединены с соответствующими входами управления коммутатора, -а сигнальные входы коммутатора соединена с выходами соответствующих уставок наборного поля уставок температур, выход коммутатора через осреднитель соединен с вторым входом сравнивающего устройства, вход питания наборного поля уставок температур соединен с выходом стабильного источника питания наборного поля уставок температур. На фиг. 1 приведена принципиальная схема установки для сушки и подогрева литейных ковшей; на фиг. 2 - график разогрева футеровки ковша (где А - кривая нарастания температуры по времени при сухой футеровке ковша; В - кривая нарастания температуры по времени при сырой футеровке ковша; С - кривая поддержания ковша в режиме рабочей готовности; to - время включения; ti - время определения состояния футеровки; 2 - время завершения ки футеровки; is - время достижения заданной температуры при сухой футеровке; t.- время достижения заданной температуры при сырой футеровке ковша); на фиг. 3 - график расхода энергии при разогреве сухой футеровки ковща с фиксированной скоростью; на фиг. 4 - график расхода энергии при сушке сырой футеровки ковша (где Д -- кривая расхода энергии при сырой футеровки ковша, когда выброс с резким повышением мощности обусловлен испарением, F. - уровень срабатывания третьего порогоBOio устройства, F- уровень срабатывания второго порогового устройства). Электронагреватель 1 связан тепловым потоком с литейным ковшом 2 и системой управления. Электронагреватель 1 выполнен по форме внутренней футеровки ковша. Система управления выпол-нена в виде датчика 3 температуры, связанного через усилитель 4 термосигнала с входом первого порогового устройства 5 и первым входом сравнивающего устройства 6. Выход первого порогового устройства 5 связан с сигнализатором 7 и первым входом устройства 8 автоматического выключения. Выход сравнивающего устройства 6 связан с сигнальным входом широт но-импульсного модулятора 9 и входами вто Вого 10 и третьего 11 пороговых устройств. Выход широтноимпульсного модулятора 9 Через согласующее устройство 12 связан с входом управления регулятора 13, входы питания которого через устройство 14 для подключения электронагревателя к питающей сети соединены с устройством 15 блокировки устройства автоматического выключения, вьшолненного в виде концевого выключателя, механически связанного с ковшом 2 при его установке для сушки и своим выходом связанного с входом устройства 8 автоматического выключения, выход которого соединен с входом блокировки генератора 16 импульсов фиксированной частоты и входом формирователя 17 импульса, а выход генератора 16 импульсов фиксированной частоты соединен с импульсным входом широтно-импульсного модулятора 9 и первым входом первого логического элемента И 18. Второй вход первого элемента И 18 связан с выходом. триггера 19, а выход связан с первым входом второго логического элемента И 20, второй вход которого связан с выходом старшего триггера счетчика 21, а выход второго элемента И 20 соединен со счетным входом счетчика 21. Вход установки на «О счетчика 21 связан с выходом формирователя Ц импульса и первым входом элемента ИЛИ 22, второй вход которого связан с выходом второго порогового устройства 10. Выход третьего порогового устройства 11 связан с входом установки триггера 19 в состояние «, выход элемента ИЛИ 22 связан с входом установки триггера в состояние «О. Выходы триггеров старших разрядов счетчика 21 связаны с входами дешифратора 23. Выходы дешифратора 23 по порядку дешифрации 1,2,3...,п связаны с соответствующими входами управления коммутатора 24. Сигнальные входы коммутатора 24 связаны с выхода.ми соответствующих уставок температур ti,t2tn наборного поля 25 уставок температур. Выход коммутатора 24 через осреднитель 26 связан с вторым входоь сравнивающего устройства 6, вход питания наборного поля 25 уставок температур соедннен с выходом стабильного источника 27 пиания наборного поля уставок температур.

JifcraiioBKa работает следующим образом.

ЭлсктрОЕШтаиис на установку подается через устройство 14 для пШ1.ключения нагре-вателя к питающей сети. Этим же напряжением через одну из его фаз запитывается вся схема через предусмотренный в ней стабильный источник 27 питания наборного поля уставок температур.

При совмещении нагревателя 1 с ковщом 2 последний в крайнем положении воздействует на концевой выключатель устройства 15 блокировки устройства автоматического выключения, которое изменением состояния его контактов блокирует вход устройства 8 автоматического выключения и воздействует на формирователь 17 импульса. Для подготовки схемы к работе импульс формирователя 17 поступает на счетчик 21 и устанавливает после.дний в состояние «О, а при помощи элемента ИЛИ 22 устанавливает триггер 19 в исходное состояние «О. Управляемое устройство 8 автоматического выкл(очения после срабатывания концевого выключателя устройства 15 на генератор 16 импульсов фиксированной частоты подает разрешающий сигнал. Импульсы с генератора 16, при условии установки в состояние «О триггера 19, через первый элемент И 18 подаются на вход второго элемента И 20 при условии, что по крайней мере старший триггер счетчика 21 установлен в состояние «О. Это условие автоматически выполняется в результате подачи с формирователя 17 импульса сигнала для сброса в состояние «О счетчика 21. С выхода второго элемента И 20 импульсы поступают на вход счетчика 21.

По мере поступления импульсы накапливаются счетчиком 21, изменяя состояние его триггеров. Младшие триггеры обеспечивают коэффициент пересчета числа импульсов для получения определенной скорости нарастания температуры футеровки ковша.2. Старшие триггеры счетчика 21 используются для развертки заданной функции нарастания температуры футеровки ковша по времени. Состояние старших триггеров счетчика 21 при помощи деижфратора 23 представляют последовательный во времени рядом импульсов, поступающих по порядку, начиная с первого, на входы коммутатора 24 для набора температуры. Температура задается ря-дом потенциалов, набранных в соответствии с видом функции температуры ковша по времени, например соответствующей определенной скорости ее нарастания, при помощи элементов установки наборного поля 25 уставок температур. Набранный коммутатором 24 потенциал интегрируется осреднителем 26, например в виде RC цепи н подается на один из входов сравнивающего устройства 6. На его второй вход подается значение сигнала реальной температуры футеровки ковша от датчика 3 через усилитель 4 термосигнала.

При этом на выходе схемы сравнения усиливается определенное напряжение, которое при помощи широтно-импульсного модулятора 9 преобразует импульсную последовательность, вырабатываемую генератором 16 импульсов ф.иксированной частоты, в импульсы с шириной, т. е. длительностью, пропорциональной этому сигналу. Согласующее устройство 12 усиливает импульсы по мощности и воздействует на регулятор 13

который выполнен в виде матрицы дросселей магнитного насыщения, обеспечивающей линейное управление неограниченной для данного применения мощности. Наиболее выгодным для получения высокого КПД является ключевой режим регулятора 13 (не

рассеивается мощность на гасителях). Такой режим обеспечивается импульсами с частотой генератора 16 импульсов фиксированной частоты и.с вариацией включенного нагревателя 1 в пределах периода их следо

вания.

Мощность, выделанная на нагревателе

Р.. где Р...-эквивалентная мощность;

:тМз

R -эквивалентное электросопротивле Ние яагрузки;. Ь , -Лтйтающее напряжение; Т -период следования импульсов; 1„ -длительность импульсов. | При глубокой отрицате.чыиж обратной связи схемы регулярования между напряжением на выходе сравнивающего устройства и мощностью, выделенной на нагревателе, существует пропорциональная зависимость, так как мощности нагрева пропорциональна длительности импульса, а длительность импульса пропорциональна напряжению на входе широтно-импульсного модулятора и выходе сравнивающего устройства.

При сухой футеровке ковша 2 разогрев протекает монотонно (фиг. 2, кривая А и фиг..З) до тех пор, пока не срабатывает первое пороговое устройство 5. После этого включается сигнализатор 7, питаемый с выхода первого порогового устройства 5. Этот же сигнал подается на второй вход устройства 8 автоматического выключения и блокирует его работу, пока температура не опустится ниже порога срабатывания первого порогового устройства 5 н не установится режим поддержания рабочей готовности ковша. Прохождение импульсов на в.ход счетчика 21 в этом режиме прекращается в результате блокировки входа счетчика 21 вторым элементом И 20 при поступлении сигнала старшего триггера счетчика 21 на его второй вход.

При сыром ковше сначала происходит нагрев с определенной скоростью. Затем третье пороговое устройство 11 фиксирует превышение номинального значения мощности (для заданной скорости нарастания температуры) вследствие .здполнительно разогреваемой массы и особенно вследствие процесса испарения легких фракций (фиг. 2, .кривая В и фиг. 4). Сигнал выхода третьего порогового устройства 11 при его срабатывании переводит в состояние «1 триггер 19. Этот сигнал с выхода триггера 19 используется для запрета - прохождения импульсов элементами И 18 и 20 на 21. При этом прекращается дальнейший счет числа импульсов счетчиком 21 и выдерживается фиксированная температура, т. е. осуществляётся режим сушки ковша, который завершается фиксацией приведения мощности к номинальной величине (фиг. 4) при rtoMOщи второго порогового устройства 10, сигнал выхода которого используется для восстановления триггера 19. Он подается через второй вход элемента ИЛИ 22. После восстановления состояния «О триггера 19 импульсы с генератора 16 импульсов фиксированной частоты снова поступают на счетчик 21 и при ПОМОШ.И дешифратора 23 коммутатор 24 продолжает выдавать по точкам значения последовательности заданных температур наборным полем 25 уставок температур. Стабильный источник 27 питания наборного поля уставок температур служит для питания узлов схемы. Это питание осушествляется от одной из фаз питающей установки (ети. Автоматическое полное выключение электронагревателя обеспечивается при помощи концевого выключателя устройства 15 по мере транспортировки ковща для заливки его металлом. Отключение устройства 14 для подключения электронагревателя к питающей сети используется при ремонтных работах на установке, а также при длительной остановке в процессе эксплуатации. Управляемое устройство 15 блокировки автоматического вь1ключения используется в режиме автоматического управления. Устройство исключает перегрев футеровки и обеспечивает возможность вести разогрев ковша с анализом «сухой-сырой (фиг. 2, кривая С), а в случае «сырой приостановить разогрев при превышении номинальной мощнх сти разогрева, вызванной испарением летучих фракций. В результате выдержки ковша с фиксированной температурой выпаривание фракций протекает с малой затратой энергии, что предохраняет еще сырую футеровку ковша от перегрева и появления микротрещин. Когда моц ность нагрева достигает номинального значения, по окончании выпаривания автоматически продолжается разогрев по той же функции, как при разогреве сухого ковша. В зависим ости ot числа возгоняемых фракций устанавливается число выдержек. По завершении разогрева устройство переходит в режим поддержания ковша в состоянии рабочей готовности (фиг. 2, кривая С). Регулятор с согласовагелем работают в релейном (ключевом) режиме с управлением мощности коэффицнертом временного заполнения ключевых схем Рп и-П-Ьи, . где РП -мощность подогрева; 3 - приведенная сила тока, потребляемого нагревателем; i, Т и И имекЬт указанные значения. При таком регулировании не расходуется мощность на различных гасителях схемы регулирования, т. е. обеспечивается оптимизация процесса сушки, подогрева и поддер: жания ковша в состоянии рабочей готовности. Изобретение обеспечивает технико-экономический эффект, который заключается в том, что процесс сушки и подогрева литейных ковшей ведут в автоматическом режиме, исключающем перегрев и образование микротрещин вследствие перегревов и интенсивных испареиий при сыром ковше, а также обеспечивает равномерный разогрев и поддерживание футеровки ковша в режиме готовности. Данный режим работы обеспечивает экономию электроэнергии. Кроме того, при различных вариантах выполнения нагревателя и его положения относительно нагреваемой емкости оно может быть использовано в различных сушильных устройствах, а также для плавки со стабилизацией конечной температуры и поддержания ее в расплавленном металле или любом другом устройстве. Экономический эффект в одной установке для сушки ковшей составляет 20 тыс. руб. в год. Формула изобретения Установка для сушки и подогрева литейных ковшей, содержащая электронагреватель, выполненный по форме внутренней футеровки ковша, устройство для подключения электронагревателя к питающей сети, отличающаяся тем, что, с целью оптимизации процесса сушки и подогревалитейных ковшей, поддержания его в состоянии рабочей готовности и экономии электроэнергии, она оснащена системой управления, выполненной в виде датчика температуры, соединенного через усилитель термосигнала с входом первого порогового устройства и первым входом сраВНивающего устройства, выход первого порогового устройства соединен с сигнализатором и первым входом устройства автоматического выключения, выход сравнивающего устройства соединен с сигнальным входом .щиротно-импульсного модулятора и входами второго и третьего пороговых устройств, выход широтно-импульсного модулятора через согласующее устройство соединен с выходом управления регулятора, входы питания которого через устройство для подключения. электронагревателя к питающей сети соединены с входом устройства блокировки устройства автоматического выключения, выполненного в виде конечного выключателя, механически связанного с ковшом при его установке для сушки, выход которого связан с входом устройства автоматического выключения, выход которого соединен с входом блокнровки генератора импульсов фиксированной частоты и входом формирователя импульса, а выход генератора импульсов, сированной частоты соединен с импульсным входом ШИрОТНО-ИМПуЛЬСНОГО модулятора и первым входом первого логического элемен-. та И, вторым входом связанного с выходом триггера, а выходом - с первым входом второго логического элемента И, вторым входом связанного с выходом старшего триггера счетчика, выход второго логического элемента И соединен со счетным входом счетчика, вход установки на «О счетчика связан с выходом формирователя импульса и первым входом элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ связан с выходом формировате ля импульса, второй вход элемента ИЛИ сое динен с выходом второго порогового устройства, выход третьего порогового устройства соединен с входом установки триггера в состояние «1, выход элемента ИЛИ соединен с входом установки триггера в состояние «О, выходы триггеров старших разрядов счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого .по порядку дешифрации соединены с соответствующими входами управления коммутатора, а сигнальные входы коммутатора соединены с выходами соответствуюш,их уставок набарного поля уставок температур, выход коммутатора через осреднитель соединен с вторым входом сравнивающего устройства, вход питания наборного поля уставок температур соединен с выходом стабильного источника питания наборного поля уставок температур. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 376168, кл. В 22 D 41/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 619290, кл. В 22 D 41/00, 1974.. 3.Авторское свидетельство СССР № 476084, кл. В 22 D 41/00, 1976.

20

I .J

. W2.J

) ui.2

t(i/ac)

z

F i(mc)