Устройство контроля уровня расплава в индукционной печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) ЪР ,Ь 1 ЕТ втоматики им.ХХЧ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И ЗС) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Киевский институт асъезда КПСС(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УРОВНЯРСЛВА В ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к литейномупроизводству, а именно к управлению ин Изобретение относится к контролю параметров передельных материалов, а именно уровня расплава в индукционных печах промышленной частоты, работающих преимущественно в режиме полунепрерывной плавки (работа печи с "болтом") или миксера, и может быть использовано при управ лении этими агрегатами.Известны устройства для контроля уровня жидкого металла контактным способом с использованием подвижного контакт.ного электрода в качестве датчика уровня жидкого металла,Недостатком этих устройств является нестабильность контроля, связанная с изменением длины измерительного электрода в процессе эксплуатации, а также затруднительноств их использования на тигельных индукционных печах из-за наличия крышки.Известны индуктивные уровнемеры дляжидких металлов, содержащие индуктиВный датчик, выполненный в виде ферромаг1739207 А 5 6 01 Р 23/26, Р 27 8 14/О дукционной тигельной печью. В качестве датчика уровня расплава в тигле использован виток индукционной катушки. Устройство контролирует уровень расплава только после полного расплавления шихты, Использование в устройстве информации датчиков напряжения и коэффициента мощности позволяет получить сигнал об уровне расплава, не зависящий от величины напрякения питания индуктора и коэффициента мощности установки. Применение устройства в составе АСУ.ТП индукционной печи дает возможность вести процесс плав.ки металла и его хранения с меньшими энергозатратами, 1 з.п,ф-лы, 1 ил,нитного сердечника с обмотками и подключенный к измерительному мосту.Недостатком таких устройств является низкая надежность, вызванная тем, что при измерениях датчик помещается в емкость, а также сложность конструкции, вызванная необходимостью герметизации обмоток и использования специальных кабелей.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для обнаружения при помощи электрического сигнала уровня заполнения расплавленной массы в индукционной печи, содержащее. датчик уровня заполнения расплавленной массой в виде витка индукционной катуцки. соединенный с элементом, чувствительным к падению напряжения (индикатором). В зависимости от уровня расплавленной жидкой массы датчик посылает различный сигнал на чувствительный элемент.Недостатком данного устройства являЕтся низкая точность контроля, вызваннаявлиянием на величину сигнала датчика напряжения питания индуктора печи и коэффициента мощности печи, изменяющихся в зависимости от условий работы печи, кроме того, устройство не различает периоды расплавления твердой фазы садки и ее выдержки, что дает возможность выдачи ложной информации так как в процессе плавки уровень расплавленной массы определить невозможно.Цель изобретения - повышение точности контроля,Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля уровня расплава в индукционной печи, содержащее трансформаторы тока и напряжения, датчики уровня в виде витка индукционной катушки, блок обработки и индикатор, дополнительно введены сигнализатор расплава, датчик напряжения, датчик коэффициента мощности, преобразователь напряжения, причем выходы трансформатора тока соединены с датчиком коэффициента мощности, выходы трансформатора напряжения соединены с соответствующими входами датчика напряжения и датчика коэффициента мощности, выходы датчика уровня соединены с преобразователем напряжения, выходы датчиков напряжения, коэффициента мощности и преобразователя напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока обработки, соответствующие выходы которого соединены с индикатором и сигнализатором расплава,При этом блок обработки выполнен в виде вычислителя, содержащего блок деления, блок умножения, сумматор, первый, второй и третий задатчики поправок, ключ, блок сравнения, элемент задержки, инвертор, первый и второй элементы И, причем первый и второй входы блока умножения соединены соответс 1 венно с первым и вторым входами блока обработки, выход блока умножения соединен с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с третьим входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом сумматора, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего задатчиков поправок, выход сумматора соединен с первьм входом ключа, выход которого лвляется первым выходом блока обработки, второй вход ключа соединен с выходом второго элемента и, выход первого элемента И является вторым выходом блока обработки, первые входы элементов И соединены с первым входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом блока сравнения и входом элемента задержки,выход которсгс соединен с вторцм входомблока сравнения, выход которого соединенс вторым входом второго элемента И и черезинвертор - с вторым входом первого эле 5 мента И,Переменнцй магнитный поток Ф 1, создаваемый током индуктора, индуктирует всадке вторичный ток, создающий магнитный пото %., компенсирующий поток Ф 1,10 Суммарный магнитный поток Ф, Вб, равныФ= % + Фи (1)наводит в измерительном витке, расположенном над индуктором и используемом вкачестве датчика уровня, ЭДС индукции е,15 ВРассматривая индукционную печь каквоздушный трансформатор, действующеезначение ЗДС (Е, В), наводимой в витке,можно представить в виде20 ОСОБЕ= ф)- - - ф), (2) где - действующее значение тока индуктора,А;25 ф) - некоторая функция от уровня й, м,расплава, В/А;О - действующее значение напряженияпитания индуктара, В;30сов гр - косинус сдвига фаз между токоми напряжением (коэффициент мощности);з - активное эквивалентное сопротивление системы индуктор-садка, Ом,Таким образом, действующее значение35ЗДС, наводимой в витке. прямо пропорционально напряженик; питания индуктооа икоэффициенту мощности. Для исключениявлияния этих параметров, изменяющихся взависимости от условий работы печи, на точность контроля уровня расплава в качествеконтролируемой величины следует выбратьвеличину Ч, равную отношению0 соз ртак что45 Ч =(Ь), (3)1По ходу расплавления шихты (твердойфазы) значительно изменяется активное эквивалентное сопротивление Кэ системы ин 50дуктор-садка.Поэтому достоверно уровень расплава.можно контролировать после полного расплавления шихты, т,е, когда Я практическиуже не изменяется,55Допуская, что магнитное псле равно 5 мерно распределяется по всей высоте какиндуктора, так и садки, глубина проникновения тока в садке мала, и, пренебрегаяактивным сопротивлением садки, величинуЧможно представить в видеЧ=К О-,Н, 4)где М - коэффициент пропорциональности, 1/м;О - внутренний диаметр индуктора, м;б - средний диаметр садки, м;Н - высота индуктора, м.Поэтому статическую зависимость дляопределения уровня расплава в тигле определяют в видеЬ- Ыг Ч=И 1 ., 60Мг ЕО сову)где к 1, кг - статические коэффициенты, зависящие от геометрических размеров иэлектрических характеристик индуктора исадки, м,Так как тигель с течением времени изнашивается, то по мере износа его внутренний диаметр (средний диаметр садки)увеличивается. В первом приближении влияние износа футеровки на величину уровнярасплава, рассчитанную по формуле (5),можно учесть введением поправкигде Ь - средняя за сутки поправка величины уровня расплава, вызванная износом футеровки тигля, м;Й - количество суток с начала кампаниипечи.В соответствии с экспериментальнымиданными, полученными для печи типа ИАТ 1: 11=1,36 м; юг=4,7 м; Л =7,6 10 м.На чертеже приведены блок-схема устройства,Устройство содержит трансформаторытока 1 и напряжения 2, датчик 3 уровня ввиде. витка индукционной катушки, расположенный в верхней части тигля 4, блок 5обработки, первый выход которого соединен с индикатором 6, а второй - с сигнализатором 7 расплава, Кроме того, устройствосодержит датчик 8 напряжения, входв которого соединены с выходами трансформатора 2 напряжения, датчик 9 коэффициента .мощности, соответствующие входы которого соединены с выходами трансформаторовтока 1 и напряжения 2, и преобразователь10 напряжения, входы которого соединеныс выходами датчика 3 уровня. Выходы датчиков 8 и 9 напряжения и коэффициентамощности и выход преобразователя 10 напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 5обработки.Блок 5 обработки выполнен в виде вычислителя и содержит блок 11 деления, блок12 умножения, сумматор 13:, первый, второй. и третий 14-16 задатчики поправок, ключ 17, блок 18 сравнения, элемент 19.задержки, инвертор 20, первый и второй элементыИ 21 и 22, При этом первый и второй входыблока. 12. умножения соединены соответст 5 венно с первым и вторым входами блока 5обработки, а выход блока 12 умножения соединен с первым входом блока 11 деления,второй вход которого соединен с третьимвходом блока 5 обработки, а выход - непос 10 редственно с первым входом сумматора 13,первым входом блока 18 сравнения и черезэлемент 19 задержки с вторым входом блока.18 сравнения, Второй, третий и четвертыйвходы сумматора 13 соединены соответст 15 венно с выходами первого, второго и третьего 14-16 задатчиков поправок, а выход. сумматора 13 - с первым входом ключа 17,второй вход которого соединен с выходомвторого элемента И 22, а выход является20 первым выходом блока 5 обработки.Первые входы элементов Й 21 и 22 соединены с первым входом блока 5 обработки,а их вторые входы соединены соответственно через инвертор 20 и непосредственно с25 выходом блока 18 сравнения. Выход первого элемента И 21 является вторым выходомблока 5 обработки.Силовая часть индукционнойустановкисодержит источник. 23 питания индуктора25 24, постоянную часть конденсаторной батареи 25, блок-контакты 26-28 блоков переключения переменной частиконденсаторной батареи, состоящей изгрупп 29 - 31,30 В качестве трансформаторов 1 и 2 токаи напряжения могут быть использованы соответственно трансформаторы типа ТНШЛ0,66-0,5 1000/5 У 21 и НОС,5 У 4.Датчик 8 напряжения и преобразова 35 тель 10 напряжения представляютсобой измерительный преобразователь типа Е 825,В качестве датчика 9, коэффициентамощности может быть использован преобразователь фазового сдвйга Ф 5162 с уни 40 версальным измерителем Ф 520, а вкачестве датчика 3 уровня - холостой витокиндуктора,В качестве индикатора 6 может бытьиспользован вторичный прибор типа КСП, а45 в качестве сигнализатора расплава 7 - лампочка накаливания.В качестве остальных блоков могут бытьиспользованы стандартные средства системйАКЭСР и вычислительной техникиУстройство работает следующим обра 55 зом.При включении печи сигналы, пропорциональныенапряжению питания индуктора 0 и коэффициенту мощности саз Р,поступают соответственно с датчиком 8 и 9ется) 10 20 35 40 напряжения и коэффициента мощности на первый и второй входы блока 12 умножения, с выхода которого на первый вход блока 11 деления поступает сигнал, пропорциональный О соз р . На второй вход блока 11 деления от преобразователя 10 напряжения поступает сигнал, пропорциональный действующему значению ЭДСЕ, наводимой в датчике 3 уровня, а с его выхода сигнал, . пропорциональный ., поступаетЕц созфна первый вход сумматора 13, на остальные ,входы которого с первого, второго и третьего 14 - 16 задатчиков поправок поступают сигналы. пропорциональные соответственно К 1, К 2 и Ь Й, а на выходе формируется сигнал, праК 2 Е +порциональйый К 1 +. ЬН, т.е. уров 0 соз уню расплава. Этот сигнал поступает на индикатор 6 только после расплавления твердой фазы садки через ключ 17.Действительно, изменение эквивалентного активного сопротивления Вэ системы индуктор-садка па ходу плавки вызывает изменение величины сигкала на выходе преобразователя 10 напряжения, соединенного с датчиком 3 уровня расплава, При этом изменяющийся по величине сигнал поступает с выхода блока 11 деления непосредственно на первый вход блока 18 сравнения, в котором сравнивается с сигналом, поступающим на его второй вход через элемент 19 задержки. В случае наличия не- расплавившейся шихты в тигле индукционной печи сигналы, поступающие на входы блока 18 сравнения будут различными, Поэтому сигнал на его выходе будет нулевым, Этот сигнал не позволяет открыть ключ 17 на индикатор 6 информация не поступает) и, кроме того, инвертируясь в инверторе 20, через первый элемент И 21 поступает на сигнализатар расплава 7, который срабатывает и дает информацию о том, что не весь металл еще расплавился. На первые входы элементов И 21 и 22 поступает сигнал ат датчика 8 напряжения с целью воэможности включения в работу индикатора 6 и сигнализатора 7 расплава только при включенной печи.При полном расплавлении шихты вели-, чина ЭДС, наводимой в витке, и, следовательно сигнал с выхода преобразователя 10 напряжения практически не изменяются возможны только изменения сигкала при переключении переменной части конденсаторной батареи 29 - 31 с помощью блак-контактов 26-28 или при переключении отпаек источника 23 питания индуктара 24), При этом сигнал с выхода блока 18 сравнения проходит через второй элемент И 22 и отпирает ключ 17. На индикатор 6 с выхода сумматора 13 поступает сигнал, пропорциональный уровню расплава в тигле индукционной печи, В то же время сигнал с выхода блока 18 сравнения инвертируется инвертарам 20 и на сигнализатор расплава 7 через первый элемент И 21 сигнал не по- ступает (сигнализатар 7 расплава атключаТаким образам, устройство контролирует уровень расплава в тигле индукционной печи только после полного расплавления шихты, чта предотвращает поступление ложной информации на индикатор, а также повышает точность контроля за счет независимости показаний индикатора ат величинь 1 напряжения питания индуктара и коэффициента мощности установки.Формула изобретения 1. Устройство контроля уровня расплава в индукционной печи, содержащее трансформаторы тока и напряженил, датчик уровня в виде витка индукционной катушки, блок обработки и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с л тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введены сигнализатар расплава, датчик напряжения, датчик коэффициента мощности, преобразователь напряжения. причем выходы трансформатора тока соединены с датчиком коэффициента мощности, вь 1 хады трансформатора напряжения соединены с соответствующими входами датчика напряжения и датчика коэффициента мощности, выходы датчика уровня соединены с преобразователем напряжения, выходы датчиков напряжения, коэффициента мощности и преобразователя, напряжения соединены соответственна с первым, вторым и третьим входами блока обработки, соответствующие выходы которого соединены с индикаторам и сигнализатаром расплава.2. Устройство па п.1, отл и ч а ю щеес я тем, что блок обработки выполнен в виде вычислителя, содержащего блок деления, блок умножения, сумматор, первый, второй и третий задатчики поправок, ключ, блок сравнения, .элемент задержки, инвертор,первый и.второй элементь, И, причем первый и второй входы блока умножения соединены соответственно с первым и вторым входами блока обработки, выход блока умножения соединен с первым входом блока деления, второй вход. которого соединен с третьим входом блоа обработки, выход блока деления соединен с первым входом сумматора, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего эа1739207 едактор С,Патрушева оставитель Н.Церковицкийехред М.Моргентал Корректо сауленко каз 1995 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113 О 35, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,датчиков поправок, выход сумматора соединен с первым входом ключа, выход которого является первым выходом блока обработки, второй вход ключа соединен с выходом второго элемента И, выход первого элемента И является вторым выходом блока обработки, первые входы элементов И соединены с первым входом блока обработки, выход блока деления соединен с первым входом блока сравнения и входом элемента задержки, выход которогс соединен с вторым входом блока 5 сравнения, выход которого соединен с вторымвходом второго элемента И и через инверторс вторым входом первого элемента И,