Способ управления процессом графитации в печи

(19) 19/ 511 4 С 01 В 31/04 Г ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ сляков б;Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(1) Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика"(56) Чалых Е,Ф, Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий. - М.: 1972, с. 191.Иаса 11 У, Тешрегагцге К 1 зе Са 11 ц 1 аг 1 оп оп Сгай 11 г 1 гцпц Рцзпаге, Ясгеза 25-29, Манного, 1959, Сош 1 ггаго, Е 1 егггопдсо. 1 га 11 апо Чала. Я. Рао 1 о. 10-М 11 апо (1 га 1 а).(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГРАФИТАЦИИ В ПЕЧИ путем изменения подводимого электрического напряжения в зависимости от измеренной электрической мощности, о т л ию щ и и с я тем, что, с цел увеличения производительности печиза счет сокращения времени процессаи повьцения точности управления,дополнительно измеряют, электрическуюпроводимость печи, определяют ее первую производнуюпо времении определяют моментыравенства нулюпервой производной,причем домомента равенстванулю первой производной при сменеее знака с отрицательного на положительный разогрев заготовок осуществляют. с удельной электрическоймощностью 70-147 кВт/т, а в дальнейшем до завершения процесса электрическую мощность увеличивают домаксимально возможной величины источника питания.Изобретение относится к управлению тепловыми процессами и можетбыть использовано для управлениярежимом графитации в промышленныхпечах электродного производс.тва.Цель изобретения - увеличениепроизводительности печи за счет сокращения времени графитации и повышение точности управления,На фиг.1 представлена блок-схемасистемы для реализации способа,нафиг.2 - графики изменения во времени электрической проводимости печии мощности.Система управления содержит измерительный трансформатор 1 тока,силовой автотрансформатор 2, печь 3графитации, нормирующий блок 4, исполнительный механизм 5, систему 6контроля электрических параметров,вычислительную машину 7 СМи,регистрирующий комплекс 8.Система работает следующим образом.Сигналы, пропорциональные напряжению (50-250 В) и току (0-5 А),поступают на вход нормирующего олока 4, а затем, в унифицированном виде 0-10 Б постоянного тока, на вход системы 6, На выходе последней форми - руются сигналы, пропорциональные величине электрической проводимостипечи, электрической мощности Р, расходу электрической энергии И, коэффициенту мощности сов Ч. Эти сигналы одновременно поступают на вход машины 7 СМи на регистрирующий комплекс 8, в состав которого входят не только регистраторы,обеспечивающие запись информации в цифровом,цесятичном коде, но и многоканальный реги; тратор типа КСП,обеспечивающий непрерывную графическую запись величин измеренных параметров. Такая система регистрации повышает эксплуатационную надежность управления в случае отказа автоматики, так как в любом случае сохраняется возможность визуального контроля с помощью системы 6, регистратора КСПи ручного управления.Перед запуском системы в работу г систему 7 СМвводится информация о массе загруженных в печь заготовок С, их диаметре 0 и значение температуры Т, до которой заготовки необходимо разогреть, Машина в соответствии с заложенной в нее программой управления решает задачу выборарежима. разогрева. Учитывая величинудиаметра загруженных заготовок оназадает начальное значение электри ческои мощности, которая и подается на печь 3 с помощью испопнительного механизма 5 путем подбора соответствующей ступени на автотрансформаторе 2. При включении автотранс форматора 2 контролируется значениеэлектрической проводимости и ее первой производной (СМ), а такжезначение величины начальной электрической мощности, которая поддержи вается с помощью исполнительного механизма 5 на заданном уровне. Послепоявления второй экстремальнойточки система СМвыдает командуна исполнительный механизм 5 и осу ществляется выход на максимальную .мощностьНа фиг,2 представлен один из характерных графиков электрической проводимости и мощности. От начала подвода мощности (точка =0) и придальнейшем ее повышении осуществляется разогрев печи, о чем свидетельствует равномерное увеличение проводимостиВ момент времени 30 проводимостьи мощность Р сталиодновременно понижаются, а в момент С одновременно повышаются,хотя искусственного понижения и повышения мощности не производят, чтовидно из характера изменения графикамощности.Температурное поле печи в любойплоскости поперечного сечения вдольее длины практически одинаково,заисключением торцов, где расположены токоподводы, что во вниманиев данном случае не принимается.В поперечном сечении керна лечинаибольшие значения температуры образуются в середине, а наименьшие - по краям. Экспериментальные исследования показывают, что первый экстремум в момент С соответствует началу разогрева поверхности заготовок при 1043 К в середине поперечного сечения керна печи . Второй экстремум в момент ", соответствует окончанию разогрева заготовок на периферии керна при той же температуре. При этом, если в середине керна на поверхности заготовок получена температура 1043 К, то на периферии оназначительно выше, т.е. температурное поле в печи неравномерное.До момента прогрева периферии до 1043 К материал. заготовок имеет неравномерную структуру, что в свою очередь, при повышенном темпе ввода электрической мощности, способствует образованию больших перепадов температур между серединой и периферией керна. В табл.1 приведены результаты практических измерений при графитации заготовок особо плотного графита. Таблица 1 Температура, К, в точ- ке Время отначала разогрева, ч А ВВ 1200 2100 1150 2250 1220 2320 1340 2250 1500 2430 1635 2400 1780 1250 1300 16 1380 1420 1480 2520 1920 2540 2050 2560 2100 1650 2600 2250 1740 2550 2340 1830 19 20 2620 2360 1940 2800 2480 2050 21 Измерения температуры выполняютчерез каждые 0,5 ч в трех точкахна периферии в поперечном сечениикерна: сверху (А), в середине (Б)и снизу ближе к подине (В). Через15 ч разогрева образовывается неболь-.шая разность температур, которая вдальнейшем нз увеличивается и даже 1245554намечается тенденция к ее у:1 ецьшению, хотя темп ввода электрическоймощности не снижается. В момент,когда периферия керна прогрета до1043 К и материал заготовок, с точкизрения термодинамики, имеет практически однородную структуру, тепловой поток по всему объему распределяется более равномерно. Если умепь 1 р шить темп ввода электрической мощности, то разность температур в поперечном сечении керна будет уменьшаться.На формирование неравномерного 15 температурного поля в поперечном сечении печи значительное влияниеОказывает те".п БВОдя электрическоймощности, Это связано с тем, чтоуглеродистый пн 1 ервал, из которого б сфО 7 ь 711 Оп:и к 1.рп печи, имеет От 17 пца- тельпый температурный коэффициентэлектр 1 ческога сопротивления. Б поперечном сечении проводника электрического тока, каковым является печь,с самого начала разогрева образуетсяте 1 тлОВОй центр, Появление тепловогоцентра с повьш енным значением температуры приводит к уменьшению в немВеличины элект 1 гнческого сопротивления и су 1 едовательнок увелцчеп 1 ьюи:Отпастп электрического тока ц мощности с последуюццм образованпемВОКР 7 Г ПЕГОС 7;С ПОБЫВЕ 1:НО,"1 СМ ПОратурой, С пов 11;епием э.пектрцче 1 коймощпостп уве:1 ц 1 пэается величина тем.- 35пературы и тепловой центр как бы фокусируется, т.е, разность температурпо атно 1 енцю к периферии увелцчиВается.Взаимосвязь параметров; электрцческая мощность - температура - элексрпческая проводимость - электрпческая мощность, с точки зрения управления, образует замкнутую системус положительной обратной связью.45Такая система находится в неустойчивом состоянии и при неограниченнойэлектрической мощности цсточп 11 капитания температура в печи неограниченно возрастает. Экспериментальнымпутем определено, что прц начальнойудельной электрической мощности147 кВТ/т печь начинает разогреват 1, -ся в режиме самовозбуждения, Прцэтом нет необходимости переключатьступени автотрансформатора, так какэлектрическая проводимость, а следовательно, мощность и температура,непрерывно возрастают, Когда электрц 1 245554При разогреве крупногабаритныхзаготовок для получения более равномерного температурного поля начальная удельная мощность снижается до70 кВт/т, Дальнейшее снижение удельной мощности с экономической точкизрения не целесообразно,Таким образом, на формированиетемпературного поля печи графитации,кроме геометрических размеров поперечного сечения печи, оказывает решающее влияние темп ввода. электрической мощности, причем начальнь 1 йпериод разогрева печи графитациидо появления второй экстремальнойточки на графике электрической проводимости является самым неблагоприятным.Повышенный темп ввода электрической мощности в этот период, с учетомтого, что заготовки состоят из двухразнородных по термодинамическимсвойствам материалов, приводит кследующим нежелательным результатам:появлению больших градиентов температур, которые в свою очередь приводят к разрушению заготовок и снижению качества графитации за счетбольшой неравномерности свойств полученного графита. Поэтому, в общемслучае, до появления второй экстремальной точки на графике электрической проводимости, темп ввода электрической мощности не должен превышать 147 кВт/т, чем значительно 50снижаются градиенты температур в заготовках,что исключает возможное ихразрушение в результате термоудараи повышает качество графитации засчет получения более однородной 55структуры материала заготовок, Послепоявление второй экстремальной точкитемп ввода электрической мощн:ости 20 ческая проводимость печи становится соизмеримой с электрической проводимостью ошиновки и источника питания, электрическая мощность самопроизволь но уменьшается, и с этого момента для дальнейшего повышения температурной мощности необхоцимо осуществлять переключение ступеней автотрансформатора. 10Режим самовозбуждения выгодно применять для разогрева малогабаритных заготовок и заготовок повторной графитации, которые не разрушаются при быстром разогреве, 15 увеличивается до максимально возможной величины для источника питания, так как в этот момент материалзаготовок приобретает примерно одинаковые термодинамические свойства,что способствует более равномерномураспределению теплового потока повсему разогреваемому обьему. За счетускоренного разогрева во второй фазепроцесса время цикла графитации сокращается., чта при комплексном подходе, с. учетом влияния на весь переделграфитации равнозначно повышениюпроизводительности печей,Способ управления процессам графитации в печи осуществляют следующим образом.В начальном периоде разогревапечь включают на электрическую мощность 70-147 кВт (в зависимости отразмера заготовок), одновременно измеряют электрическую проводимость,определяют ее первую производную ификсируют моменты появления экстремумов. Электрическую мощность поддерживают на заданном уровне путемизменения подвадимого к печи напряжения (переключение ступеней силового трансформатора) до момента появления второго экстремума.После появлепия второй экстремальной точки и резкого возрастания эле.ктрической проводимости, до завершения процесса, величина подвод 1 плай электрической мощностирегламентируется только возможностями источника питания.Если разогрев заготовок выполняют в режиме самовозбуждения, то первая экстремальная точка будет отсутствовать. Но поскольку оба случая предсказуемы, так как известна начальная, задаваемая удельная мощность, та задача управления процессом графитации решается заранее либо относительно ожидаемого появления двух экстремальных тачек либо одной.Способ опробован в производственных условиях при массе загруженных заготовок 30,1 т и диаметре заготовок 1,1 и,Начал.ьный период разогрева да момента появления второй экстремальной точки выполняют с удельной злек трической мощностью 70 кВт/т.Появление второй экстремальной точки на графике электрической проводимости."6 00 15 2050 2420 . 630 960 13601090 1550 ч 65 0 2120 2460 2200 2490 2250 2530 16 870 1210 2680 10 1720 2700 17 2320 2580 2730 2750 2390 2600 18 2460 2640 2780 12 25 00 2660 2800 2530 2670 2800 2550 2670 2850 13 20 71 зафиксировано через 15 ч. Затем мощ" ность увеличивают до такой величины, что величина приращения температуры составляет 110 К/ч.Момент окончания графитации определяют по величине температуры,которую определяют расчетным путем после появления второй экстремальной точки на графике электрической проводимости.Общее время разогрева составляет 40,5 ч против регламентированных 80 ч, К этому моменту периферия керна разогревается до 1973 К. В печь загружают 10 шт. заготовок диаметром 1,1 м, одна из которых после графитации оказалась с трещиной (перед загрузкой в печь эта заготовка была помечена, как возможно имеющая внутренний дефект). Таким Температура, К в точке 980 1360 1890 1070 1480 2000 1170 1620 2150 1300 1750 2250 1410 1870 2350 1550 2000 2400 1635 2070 2450 1760 2000 2510 Предлагаемый способ характеризуется высокой точностью управления, так как появление информационных . экстремальных точек соответствуют образом, полученный результат следует считать положительньм,В табл.2 представлены результатыизмеренных значений температуры при5 разогреве заготовок в режиме самовозбуждения, которые также можнооценить как положительные, Несмотряна то, что печь В 2, разогрев которой выполнялся в режиме самовоз 10 бужцения сформирована неудачно,чтоповлекло за собой с самого началаобразование большой разницы температур между точками А, Б и В, в конце цикла разогрева эта разность ста 15 ла приемлемой, с точки зрения качества полученной продукции, и составила300 К, при этом число переключенийступеней регулировочного трансформатора сократилось вдвое,Температура, К, в точке 55 строго определенной температуре, и уточнением контроля температуры. Кроме того, повышением производительности печей за счет сокращения1245554 9 10 равномерности ля в объеме нием расходагии,Фиг,2 Составитель А. Абросимов Техред О.Сопко Корректор Л. Патай Редактор И. Дербак Заказ 3958/15 Тираж 450 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 времени графитации и уменьшения количества разрушенных эаготовок,повышением качества графитированной продукции за счет уменьшения нетемпературного по- керна и сокраще-электрической энер