Способ автоматического управления режимом нагрева металла в печи с защитной атмосферой

(и)908861 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическимиРеспублик(51 М. Кп.з С 21 0 9/00 Г 23 С 9/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий)Кгт щ Ф 1) Заявит РАВЛЕНИЯ РЕЖИМОИ ЗАЦИТНОЙ АТМОСФЕР СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГ НАГРЕВА МЕТАЛЛА В ПЕЧ 2 и, чвпрнони 0 ется темизменеИзобретение относится к нагреву и термической обработке металла в печах с защитной (безокислительной) или специальной атмосферой и может быть использовано в камерных и протяжных печах при термической и химико-термической обработке металлов, при .высокотемпературной поверхностной химико-термической обработке иэделий и диффузном насыщении, а также в порошковой металлургии и других процессах, требующих беэынерцион ного регулирования состава газовой среды и температуры.Известен способ автоматического управления режимом нагрева металла в печи с защитной атмосферой, включающий автоматическое регулирование состава и температуры печной атмосферы 1).Недостаток известного способа состоит в относительно низкой точности регулирования состава и температуры печной атмосферы по заданной программе.Цель изобретения - повыаение точности регулирования состава и температуры печной атмосферы.Поставленная цель достига что управление осуществляют ниЕм режима работы двухступенчатой электрогазовой горелки с независиьыу подводом электрической энергииразрядный участок каждой ступен и этом регулирование состава пе й атмосферы осуществляют иэменеем расхода воздуха при одновременном соответствующем изменении оличества подводимой впервую конверсионную ступень электрической энергии, а регулирование температуры осуществляют изменением количества электрической энергии, пода-, ваемой во вторую температурную сту" пень горелки.На чертеже приведена схема устрой" ства для реализации предлагаемого способа управления режимом нагрева в печи с защитной атмосферой.Схема содержит камерную печь 1 нагрева или термообработки металла, двухступенчатые конверсионные электрогазовые горелки 2, трубопроводы 3-5 воздуха, первичного и вторичного газов, датчик 6 температуры и датчик 7 состава, задающие блоки 8 н 9 по температуре и по составу газа, конверсионную ступень 10 электро- газовой горелки с электродами, температурную ступень 11 с электродами,90886) регулирующий орган 12 в цепи сеточного смещения лампового .высокочастотного генератора 13 в электрической цепи температурной ступени, ламповый генератор 14, регулирующий орган 15 в цепи конверсионной ступени, клеммы 16 подвода низкочастотной энергии.к электродам обеих ступеней горелки, блок 17 сравнения электрических сигналов, характеризующих соответствие подводимой в ступени горелки электрической мощности температуре и составу атмосферы задан ным их значениям, исполнительный механизм 18, оказывающий воздействие на пропорцианирующее устройство газоноздушного тракта конверсионной ,ступени горелки. Способ осуществляется следующим образом,Для безокислительнаго нагрева металла притемпературе поверхности металла выше 600-700 фС необходима защитная атмосфера, Для этос 0,25 0,30 0,35 0,40 0,50,фС 660700 792 967 1277 Таким образом, регулирование состава технологического газа в пер-вой стуиени горелки сопровождается изменением температуры газа на вы ходе первой ступени.Технологическое требование поддержания определенной, температуры н рабочем пространстве, например постоянной, выполняется работойвторой ступени горелки за счет подвода электрической энергии н эту ступень. В связи с этим вторая ступень горелки во время регулированиятакже работает н переменном режиме, нагревая газ до нужной температуры и компен сируя ту переменную температурную разность, которая вызвана изменением температуры в первой ступени . вследствие уменьшения .Таким образом, первая ступень го релки обеспечивает требуемый состав, на при этом, имеется отклонение температуры газа от заданной температуры. Вторая ступень устраняет это температурное отклонение, обеспечивая И постоянствотемпературы печи или изменение его па какому-либо закону, формирование которого осуществляется под действием изменения С .При осуществлении предлагаемого Я способа функции блоков 8 и 9 выполняют программные задатчики, содержащие задание параметров 1 и с во времени в виде зависимостей С(Ф) и д Вместо д, может быть паРаметр у го н процессе нагрева праизнодят снижение Ы от 1 до 0,25-0,35. Прнэтом с целью экономического и рационального потребления природногогаза расходуют его преимущественнона технологическое (а не энергетическое) сжигание, получая методомконверсии восстановительный г.=з,реализуя при этом процесс конверсиии с максимально возможной полнотой,т.е. получая гаэ,по составу близкийк равновесному. Последнее возможнотолько при достаточном энергообеспечении процесса и достижении определенной температуры. Подвод дополнительной энергии на протекание процесса конверсии осуществляется нпредлагаемом способе посредствомпервой разрядной ступени (конверсионной). Температура, при которойдостигается высокая степень конверсии метана с получением равновесного состава продуктов горения, завы"сит от коэффициента расхода воздуха.Эта зависимость"приведена в таблице. 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1492 1662 1797 1917 2017 концентрации одного или нескольких компонентов, Сравнивающее устройство, содержащееся в каждом блоке, вырабатывает сигнал о расхождении значения а (блок 9) и С .(блок 8) с заданными значениями с(,(Ф ) и (с)Сигнал о несоответствии состава впечи заданному составу передается на исполнительный механизм 18, .который,воздействуя на регулировочную аппаратуру расхода воздуха, устраняет это несоотнетствие. Новому значениюдолжно соответствовать другое значение 1.и Р(в соответствиис таблицей). Поэтому сигналс блока 9 поступает одновременно ина блок 17, который производит проверку соответствия с и поднодимойв первую ступень электрической мощности, А именно при изменении с(осуществляется корректировка подводимой электрической мощности всоответствии с содержащейся н бло-:ке 17 зависимостью Рз,=2(А) илиР =Е(С), где С,( - концентрациякойтролируемого компонента. Приэтом достигается равновесный составпродуктов конверсии и соответствующая этому равновесию температура 1 .Сигнал о корректировке Фпоступает в блок 17 на регулирующий орган 15. Последний воздействует наламповый генератор 14, изменяя количество генерируемой им высококачественной энергии и подводимой нНагрев металла по указанному ред жиму См обеспечивается температурой печи С, которая определяется темпе" ратурой газа-теплоносителя С 1, полученной на выходе двухраэрядной ЭГГ.Работа первой ступени ЭГГ в режиме конверсии происходит при определенной температуре С, обусловленной значением(как это показано разрядный участок первой ступениэлектрической моцности из сети отклемм 16,Сигнал о несоответствии температуры газа на выходе нз горелки С,1ее заданному значению С(Ю вырабатывается в сравниваюцем устройствеблока 8 в виде разности температур ЬС,которая может быть положительной илиотрицательной. ИнФормация о знаке .разности температур и ее абсолютной рвеличине поступает на блок 17, который содержит программный задатчикС(Р 9.) . Обеспечение подвода необходимого количества электрическойэнергии Р осуществляется совокупностью обеих разрядных ступеней горелки, т.е. Р=Р + Р. В результате чего в блоке 17 Формируется закон обизменении подводнмой во вторую ступень электрической мощности.Формирование этого управляющего 2воздействия осуцествляется поддействием суцествующего отклонения Сът ее заданного значения с учетом,изменения С в результате регулирование А, т.е. в виде Р 1.= Е(С 1 Ц25где С=й (А), т. е. Р -- й (С 1, ) .Величина Р зависит от температуры цечи в данный момент и от режимаработы конверсионной ступени горелки. Сигнал об изменении Р выраба- Ятывается в видеЬРй=ЬРЗ ьРлтак как Ря= Рь- Рфгде Р(С ),Р ,ц содержацйеся вблоке 17 йрограм- З 5мные задания вели.чины подводимойэлектрической моцности в зависимости от температурыпечи (или темпера,туры газа на выхо,де из ЭГГ) и с(,;ЬРаР - сигналы корректировки этих величинв результате отклонения соответственно С и Аот их заданныхзначений ;С(7,) и(ф)е 50ЬРК - сигнал корректировкиР с учетом показаний датчиковтемпературы 6 исостава 7. 55При этом возможны два случая:а) ф(й)Тогда Р=сопвСЬР =ОСледовательно ЬРуЬЧ т.е. управляюцее воздействие на Р формируетсятолько под влиянием программы С(Р ) 60и сигнала дС блока 8Если при этом С = С(С), тоЬС=О и ЬР =0Следовательно, управляюцие воздействия Р и Р 1 постоянны, а под вод электрической энергии осуществляется в постоянном режиме.Кслн С Ф С(Т), то ЬС, ЬР иьРне равны нулю, При этом управляющие воздействия по ступеням горелки равны соответственно Р, и Р + ЬР,2) А ) сТогда Р 1 ) сопвС и ЬР 1 сопвСОследовательно, ЬР 1 =ЬР)-ЬРл щиС,44; т.е. Управляющее воздействие на Р .Формируется под влиянием сигналов обоих измерительных блоков 8 и 9.При С=С, ЬС=О и ьР 01 Тогда ЬР=-ЬРУправляющие воэдейст" вия по ступеням равны Р+ ЬРл и Р - ЬР 1При СС(С), ЬСО и ЬАФО, ЬРФО и ЬРФОУправляющие воздействия равны Р+ЬРи Р+(аРП-дР)где ЬС, дй- поступаюцие в блок 17 сигналы о несоответствии измеряемых величин С инх заданным значениям СЮ и а). Таким образом, в блоке 17 осуцествляется отбор информации об изменении подводимой электрической мощности в первую ступень горелки и передача ее в управляющий контур второй ступени. Это позволяет исклю.чить влияние инерции объекта регули.рования на управление процессом нагрева по двум параметрам (С и сЦ . В результате регулирование температуры осуцествляется с предварением, .не дожидаясь пока изменения с и Р оказываются на показаниях датчика температуры 6.В процессе регулирования величины подводимой в разрядные участки электрической мощности высокочастотные генераторы температурного и конверсионного контуров работают в режиме усилителей.П р и м е р, Управление режимом нагрева необходимо провести в соответствии с заданными режимами изменения температур металла, газа, печи н состава печной атмосферы.Нагрев металла до 6000 С производят в продуктах полного сгорания пРИ а= 1, а нагрев от 600 до 1200 С. в безокислительной атмосфере, Температурный режим нагрева металла обус. ловливает режим изменения 1 . Снижение д, производится в данном случае ступенчато, хотя возможно и непрерывное регулирование с.ранее в таблице). Для конкретныхконструкций и видов топлива значенияС(с когут быть определены экспериментально или расчетным путем. Характерной особенностью температуры 1является то, что дальнейшее ее повышение практически не вызывает изменениясостава продуктов горения и в связис этик производится при осуществлении предлагаемого способа второй разрядной ступенью электрогазовой горел- оки (температурной) до уровня 1,обеспечивающего требуемую температуру печи 1 п(Ф) и заданный режим 1 м(1),Таким образом, определяющим Режимнагрева металла фактором являетсятемпература газа , регуйирование 15которой осуществляется исходя изследующей зависимости1 =1 + 61 = 1 1+ (1 1- 1 ),функция коэффициента расхода воз- .20духа с( и подводимойв первую ступеньэлектрическоймощности, т.е.й (Ру с ) 25температура газа навыходе из горелки1 -(Рзл. Й ) т(1 -1 ) =61 " область регулированчя температуры тех- ЗОнологического газа.Предлагаемый, способ автоматического управления режимом нагрева илитермообработки в печи с защитной атмосферой позволяет осуществлять этпроцессы без окисления и обезуглероживания, интенсифицировать их поскольку открывает возможность вести технологический процесс при высоких темпе"ратурах в пределах 1700-7500 С и ре-гулируемом в широких пределах восстановительном потенциале атмосФеры фСО+ИСО+ ИОс безынерционнык регулированием параметров и существенной экономией топлива на печь,Формула изобретенияСпособ автоматического управления режимом нагрева металла в печи с защитной атмосферой, включающий автоматическое регулирование состава и температуры печной атмосферы по раздельным каналам, о т л и ч аю щ и й с я тек, что, с целью повышения точности регулирования состава и температуры печной атмосферы по заданной программе, управление осуществляют изменением режима работы двухступенчатой электрогазовой горелки с независимым подводом электрической энергии в разрядный участок, каждой ступени, при этом регулирование состава печной атмосферы осуществляют изменением расходавоздуха при одновременном соответствующем изменении количества подводикой в первую конверсионную ступень электрической энергии, а регулирование температуры осуществляют изменением количества электроэнергии, подаваемой во вторую температурную ступень горелки.Источники информации,принятые во вникание при экспертизе 1, Патент СНА 9 3575398, кл, 26336, 1973..Коста ор эдпнсное е д, ул, Проектная, 4 тент", г. Ужг Филиа Тираж 58 осударственн лам изобрете москва, Еаказ 756/31 ВНИИПИ Г по де 113035, Пго комитета СССРий и открытийРаушская наб., д. 4/5