Способ управления нагревом заготовок в многозонной нагревательной печи

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик964015(61)Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 11.11;80 (21) 3002433/22-02с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -Опубликовано 07,10.82.Бюллетень Йо 37Дата опубликования описания 03. 02. 83 И) М. Кл.з С 21 Э 11/00 О 05 р 23/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявител 4) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ ЗАГОТОВОК В МНОГОЗОННО НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИИзобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки черных и цветных металлов и сплавов, и может быть использовано при проведении процессов нагрева металла в нагревательных печах.В общем случае при нагреве заготовок в многозонной нагревательной печи температура греющей среды распределена вдбль каждой зоны неравномерно, причем на кривой распределения температуры греющей среды имеются экстремальные точки (максимумы и минимумы ), что, помимо других факторов, влияет на интенсивность нагрева заготовок в печи.Известен способ управления нагревом заготовок в многозонной нагревательной печи, эаклк 1 чающийся в том, что измеряют температуру заготовок в томильной и верхних сварочных зонах печи, толщину и ширину заготовок и поддерживают температуру в томильной, верхних сварочных и нижних сварочных зонах в зависимости от изменений толщины, ширины заго-,товок, скорости прохождения заготовок через печь, марки нагреваемого металла и разности между заданной температурой выдачи заготовок и измеренным значением температуры поверхности заготовок в соответствую-щей зоне 1.Недостатками известного способаявляются низкая точность нагрева заготовок и возможные простои станаиэ-эа остановок печи на подогрев,обусловленные, во-первых, тем, чтосвязь между измеренной температуройповерхности заготовок и заданнойтемпературой греющей среды устанавливается неизменной по времени, а, вовторых, не учитывается характер распределения температуры греющей среды по длине зоны.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способ уп-,равления нагревом заготовок в многозонной нагревательной печи, включающий измерение температуры греющейсреды по длине печи, слежение за положением заготовок в печи, измерение 25 температур поверхности заготовокна входе и выходе иэ зоны, расчетнагрева заготовок в зонах на основемоделирования внешнего и внутреннеготеплообмена в ряде сечений по длине ЗО.печи, задание траекторий нагрева ивыдачу заданий температур греющей среды в зонах регулирования,причем задаваемые температуры в зонах регулирования устанавливают пропорционально разности температур между ,рассчитанной по модели, измеренной 5 и заданной траекториями нагрева Г 23.Недостатком известного способа являются перегрев и оплавление ме,талла при нагреве с высокими температурами греющей среды, вызванными 1 О неточным моделированием нагрева и отсутствием коррекции нагрева в сечениях с максимальными температурами греющей среды, и останов печи на подогрев при неточном моделировании и отсутствии коррекции нагрева в сечениях с минимальными температурами греющей среды.Целью изобретения является улучшение качества нагревания заготовок и увеличение производительности печи.Цель достигается тем, что по способу управления нагревом заготовок в многозонной нагревательной печи, включающему измерение температуры греющей среды по длине печи, слежение за положением заготовок в печи, измерение температур поверхности заготовок в ряде фиксированных сечений по длине печи и управление расходом топлива в каждой зоне с учетом мо- ЗО делей. внешнего и внутреннего тепло- обмена в ряде сечений по длине печи, измеренных температур и заданных траекторий нагрева, определяют координаты сечений с экстремальными зна 35 чениями температуры греющей среды измеряют температуру поверхности заготовок в этих сечениях по длине печи и последовательно по их координатам вычитают из рассчитанной по модели для этой координаты температуры поверхности измеренную температуру поверхности, и при положительной разности увеличивают, а при отрицательном уменьшают расход топлива в зоне, в которой находится рассматриваемая координата, на величину, обратно пропорциональную расстоянию от рассматриваемой координаты до выхода из зоны.На чертеже представлена принципиальная схема системы для осуществления предлагаемого способа.Система содержит проходную печь 1, включающую методическую зону 2, первую сварочную зону 3, вторую сварочную зону 4, томильную зону 5, заготовки 6, датчик 7 загрузки заготовки, блок 8 ввода исходной информации, блок 9 слежения. Информация о новой сажаемой в печь заготовке по сигналу 60 с датчика 7 загрузки поступает из блока 8 ввода исходной информации в блок 9 слежения. Система содержит также датчики 10 температуры греющей среды, датчики 11 температурЫ поверх ности нагреваемых заготовок, блок 12 определения координат экстремальных температур греющей среды; соединенный с выходами датчиков 10, блок 13 моделирования внешнего теплообмена, подсоединенный к датчикам 10 и блоку 9,системы. слежения, блок 14 коррекции, коэффициента теплопередачи модели внешнего теплообмена, подсоединенный к выходу блока 13 моделирования внешнего теплообмена, блока 12 определения координат .экстремальных температур греющей среды, блока 13 моделирования внешнего теплообмена, и датчиками 11, блок 15 моделирования внутреннего теплообмена, соединенный с выходом блока 9 слежения и блока 13 моделирования внешнего теплообмена, блок 16 задания траекторий нагрева, связанный с блоком 8 ввода исходной информации, блок 17 задания температур в зонах регулирования, подсоединенный к выходу блока 16 заданных траекторий нагрева и блока 13 моделирования внешнего теплообмена и блока 15 моделирования внутреннего теплообмена, блок 18 коррекции заданий температур в зонах регулирования, подсоединенный к выходам блока 13 моделирования внешнего теплообмена, и блока 14 коррекции коэффициента теплопередачи модели внешнего теплообмена, блок 19 регулятор температур греющей среды, связанной с выходом блока 18 коррекции температур греющей среды и блока 17 заданий температур греющей среды и датчиками 10.Датчик 7 загрузки представляет со бой фотодатчик, выдающий сигнал при посаде очередной заготовки в печь.Система работает следующим образом.Нагреваемые в печи 1 заготовки б последовательно проходят методическую зону 2, сварочные зоны 3, 4 и томинальную зону 5, нагреваясь при этом. Загрузка новых заготовок фиксируется датчиком, 7 загрузки, и при этом с блока 8 ввода исходной информации в систему слежения поступает информация о посаженной заготовке, температура греющей среды измеряется датчиком 10, сигналы от которых поступают в блоки 12, 13 и 19, В блоке 12 по этим сигналам определяются координаты сечений, имеющих экстремальные температуры греющей среды. В блоке 13 по данным тепло- Физических парамеТров заготовок блока 9 слежения и сигналом блока 12 моделируется внешний теплообмен. В блоке 19 регулятора температуры грею. щей среды сравниваются заданные температуры с блока 17 заданий температуры греющей среды и блока 18 коррекции температуры греющей средыдизмеренной датчиками 10,и в случае рас;согласования изменяется подача топлива. Для определенных в блоке 12определения координат экстремальныхсечений координат экстремальных сечений координат измеряютсятемпературы поверхности датчиками 11 темпе-.ратуры поверхности и в блоке 14 коррекции коэффициента теплопередачимодели внешнего теплообмена опреде-,ляют новое значение коэффициента,сравнивая измеренную температуру срасчетнойВ блоках 13 и 15 моделируетсянагрев заготовок и расчетные траектории нагрева в блоке 17 заданий температуры греющей среды по сигналурассогласований измеренной и расчетной температур поверхности с блока14 коррекции коэффициента теплопередачи модели внешнего теплообменатеплопроводности изменяется заданиерегулятору температуры греющей средывПреимушества предлагаемого способа заключаются в следующем.В общем случае внешняятеплопередача имеет случайный характер, вто время как внутренняя теплопередача в заготовке имеет детермированный характер. При этом критическимиявляются сечения с экстремальнымитемпературами греющей среды, таккак неточное моделирование и управление приводит как к перегреву и оплавлению заготовки, так и к недогреву, останову печи на подогрев, снижению производительности, В этомслучае оценка качества по нагреву вфиксированных сечениях приводит кзначительным запаздываниям и не позволяет оперативно управлять нагревомкаждой заготовки и корректироватьмодель внешнего теплообмена, так каккоординаты сечений с экстремальнымитемпературами непрерывно изменяютсяв процессе нагрева,Предлагаемый способ исключает этинедостатки, так как позволяет корректировать модель внешнего теплообмена и нагрев заготовок при изменении условий. тепловой работы нагревательной печи в сечениях с экстремальными температурами. Предлагаемый способ за счет более.точного нагрева позволяет снизитьокалинообразование не менее чем на2 и повысить производительность неменее чем на 3. При этом ожидаемыйэкономический эффект от внедрения наодной печи составит не менее 359 тыс,рубв год,Формула изобретения10 Способ управления нагревом заготовок в многозонной нагревательнойпечи, включающий измерение температуры греющей среды по длине печи,слежение за положением заготовок в15 печи, измерение температур поверхности заготовок в ряде фиксированныхсечений по длине печи и управлениерасходом топлива в каждой зоне сучетом моделей внешнего и внутреннего теплообмена в ряде .сечений по длине печи, измеренных температур и заданных траекторий по длине печи, измеренных температур и заданных траекторий нагрева, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения ка.чества нагревания заготовок и повышения производительности печи, определяют координаты сечений с экстремальными значениями температуры греющей среды, измеряют температуры поверхности заготовок в этих сеченияхпо длине печи и последовательно поих координатам вычитают из рассчитанной по модели для этой координатытемпературы поверхности измереннуютемпературу поверхности, и при положительной разности увеличивают, а приотрицательной уменьшают расход топлива.в зоне, в которой находитсярассматриваемая координата, на ве 40 личину, обратно пропорциональную расстоянию от рассматриваемой координа.ты до выхода из зоны,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе45 1. Авторское свидетельство СССРР 441298, кл, С 21 Э 1/34,605 В 1/00, 1972.2, Челюсткин А.Б. Автоматизация процессов прокатного производст 5 О ва. М., "Металлургия", 1971, с. 192195.964015 Составитель В.Островскийва Техред Т.фанта Корректор Е. Рошко едактор О исн 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,аз 266/3, Тираж 587 ВНИИПИ Государственного комит по делам иэобретений и откр 113035, Мсква, Ж, Раушская н