Устройство для управления температурным режимом индукционной печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 88 2 119) (1) РЕСПУБЛИК 51) 4 С 05 Р 23/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ МИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОР омат Серда тво СССР 19, 1983. Ж(71) Киевский институтим. лХЧ съезда КПСС(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕ РАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к регулированию температуры технологического объекта, в частности к регулированию термовременного режима индукционных тигельных печей. Изобретение позволя ет повысить точность управления температурным режимом индукционной печи за счет обеспечения более длитель ного получения достоверной информации о температуре расплавленного1368867 металла и значительного уменьшениявозможности образования окисных пленок в поверхностном слое расплава,Это достигается введением датчика25 температуры газа, газоанализатора31, двух дополнительных блоков сравнения 26, 29, задатчиков температуры27 и состава газов 30, блока 28 логики, блока 32 задержки сигнала идвух исполнительных механизмов 33,34, Исполнительный механизм 33 предназначен для регулирования расходагорючей смеси, способной создаватьдля окисных пленок восстановительнуюсреду. Исполнительный механизм 34 1Изобретение относится к регулированию темиературы технологического объекта, в частности к регулированию термовременного режима индукционных тигельных печей, и является усовершенствованием известного устройства по авт,св, В 1095150.Цель изобретения - повышение точности устройства.На фиг. 1 представлено предлагае мое устройство;на фиг. 2 - реализация блока логики,Устройство содержит датчик 1 температуры расплава, представляющий собой водоохлаждаемый пирометр излучения с газовым отдувом, датчик 2 мощности, представляющий собой, например, прибор индукционной системы с аналоговым выходом, тензометрический датчик 3 веса печи, блок 4 де ления, блок 5 вычитания, нуль-орган 6, блок 7 суммирования, коммутатор 8, интегрирующую КС-цепь 9 - апериодическое звено, выход которого подключен к входу измерительного преобразователя 10 с позиционным регулятором 11, содержащим контактные задатчики нижней и максимальной температуры перегрева расплава, подключенные к первому входу исполни- ЗО тельного механизма 12, выход которого подключен к входу трансформатора 13 питания печи. Устройство содержит также блок 14 сравнения,задатчик предназначен для подачи вещества,способного снижать температуру плавления окисных пленок в поверхностномслое расплава, При этом значительноуменьшается воэможность появления вполе зрения пирометра помех, связанных с наличием окислов с присущим имкоэффициентом излучения, значительноотличающимся от коэффициента излучения расплава. Соответственно увеличивается и длительность получения точной информации о температуре расплава, вместо расчетных значенийтемпературы, отличающихся от действительных. 1 э.п. ф-лы, 2 ил,2т15 температуры основной тигельной реакции, представляющий собой потенциометрический задатчик напряжения, квадратор 16, представляющий собой Функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью,выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 17, представляющего собой преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, второй вход которого подключен к выходу синхрогенератора 18, представляющего собой мульти- вибратор,запускающийся от импульса запуска и прекращающий генерацию от импульса сброса, делитель 19, представляющий собой двоичный счетчик импульсов, двоичный счетчик 20,выходы каждого разряда которого подключены к соответствующим входам первой группы входов блока 21 совпадения, представляющего собой цифровую схему сравнения, вторая группа входов которого подключена к выходам блока 22 задания программы, представляющего собой двоичныи регистр памяти с ручной записью информации, блок 23 формирования сигналов управления, связанный с входом табло 24 сигнализации.Устройство также включает датчик 25 температуры газа, представляющий собой водоохлаждаемый пирометр излучения, содержащий модель абсолютно черного тела в виде пористого визира67 Р1+ оИ Ъ5 сТ ИК -о 1 С М 3 13688 и вауумный насос. Датчик 25 температуры газа соединен с первым входом первого дополнительного блока 26 сравнения, второй вход которого связан с задатчиком 27 температуры газа, а выход с первым входом блока 28 логики. Второй вход блока 8 логики соединен с выходом нуль-органа 6, третий вход с выходом вто- О рого дополнительного блока 29 сравнения, первый вход которого связан с задатчиком 30 состава газа, а второй вход с выходом газоанализатора 31. Четвертый вход блока 28 ло гики соединен с выходом блока 32 задержки сигнала, а первый и второй выходы блока логики соответственно связаны с первым входом реверсивного исполнительного механизма 33 на ли нии расхода горючей смеси, способной создавать для окисных пленок восстановительную среду и с входом исполнительного механизма на линии подачи вещества, способного снижать температуру плавления окисных пленок в поверхностном слое расплава. Второй вход исполнительного механизма ЗЗ соединен с выходом нуль-органа 6, а вход исполнительного механизма 34 30 соединен с входом блока задержки сигнала, Выходы исполнительных механизмов 33 и 34 соответственно связаны с регулирующими органами 35 и 36, Исполнительный механизм 34 представляет собой реверсивный двигатель, осуществляющий открывание регулируюшего органа 35 в магистрали горючей смеси при поступлении на его первый вход импульсного сигнала и закрытие ре гулирующего органа 35 при подаче импульсного сигнала на его второй вход. Исполнительный механизм 34 представляет собой электромагнит, открывающий регулирующий орган 36 при на личин управляющего сигнала на его входе и закрывающий регулирующий орган при отсутствии сигнала. Блок 32 задержки сигнала осущест вляет выдачу управляющего сигнала через заданный промежуток времени, после поступления на его вход сигнала с второго выхода блока 28 логики и представляет собой, например, устройство сйгналов времени типа Ф 260.Блок 28 логики содержит элемент НЕ 37, первый 38, второй 39 и третий 40 элементы И. Устройство работает следующим образом.На поверхность расплавленного металла визируют датчик 1 температуры и подают газовый отдув в сторону визирования, чем защищают виэирный канал и оптический датчик от брызг металла и воздействия промежуточной газообразной среды. Сигнал с выхода датчика 1 температуры расплава вслучае измерения температуры зеркала металла поступает через первыйвхоц коммутатора 8, КС-цепь9 навход измерительного преобразователя10 и первый вход блока 14 сравнения.В случае попадания окисных пленоки шлака в поле зрения датчика 1 температуры расплава сигнал на его в юходе резко изменится, что скажетсяна величине его производной. На выходе блока 5 вычитания присутствуетсигнал, пропорциональный производной температуры расплава, так какцепь - выход датчика 1 температурырасплава, первый вход коммутатора 8,его выход, апериодическое звено 9,второй вход блока 5 вычитания и его выход - линеариэуется в звеновида где- постоянная времени апериодического звена 9;Р - оператор Лапласа.Сигнал с выхода датчика 2 мощности, пропорциональный величине электрической мощности М, подводимой к печи, и сигнал с выхода датчика 3 веса, пропорциональный весу М содержимого печи, поступают на входы блока 4 деления, на выходе которого возникает сигнал, пропорциональный теоретическому значению производной температуры расплава, определяемой но формуле где- термический КПД индукционтной печи;К - коэффициент, пропорциональный для данных технологических условий.Значенияи К определяются предварительно для конкретного агрегата, 1368867В момент попадания в поле зрения окисных пленок и шлаков сигнал на выходе блока 5 вычитания примет значение, отличающееся от значения сигнала на выходе блока 4 деления на величину, превышающую заданную, что вызывает такое изменение значения сигнала на выходе нуль-органа 6, который переключает вход коммутатора 8. При этом сигнал с выхода блока 4 деления, суммируясь с сигналом с выхода апериодического звена 9, поступает через второй вход коммутатора 8 и апериодическое звено 9 на вход измерительного поеобоаэователя 10 и первый вход блока 14 сравнения. Цепь - первый вход блока суммирования 7, коммутатор 8, апериодическое звено 9, второй вход блока суммирования 7 - линеаризуется в интегрирующее звено вида1Ир входным сигналом которого являетсясигнал, пропорциональный теоретическому значению производной ИТ/д 1температуры расплава с выхода блока 4 деления,Таким образом, в периоды времени,когда в поле зрения пирометра присутствует помеха, на выходе апериодического звена будет присутствоватьсигнал, пропорциональный расчетномузначению температуры расплава, т,е,помеха, вызванная перемещением шлака и окисных пленок на зеркале металла, будет уменьшена и определитсятолько ошибкой расчетного значения,Вмомент возникновения в выходном сигнале пирометра импульсных выбросовбольшей амплитуды нуль-орган 6 также вкгйочает исполнительный механизм33 на открывание регулирующего органа 35 в магистрали горючей смеси,способной создавать для окисных пленок восстановительную среду. При подаче под давлением горючей смеси, наоснове, например, окиси углерода, вкольцевой зазор защитной арматурыдатчика 1 температуры и последующемее сгорании образуется газ с высокими восстановительными свойствами,вытесняющий из полости печи газокислитель воздух. Получение высокой восстанавливающей способностипроисходит при нагреве промежуточнойсреды до температуры не менее макси 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 мально допустимой температуры перегрева расплава, что достигается пригорении горючей смеси и пространственном распространении получаемого приэтом тепла.Температура промежуточной восста-,новительной среды определяется датчи.ком 25 температуры газа, пористыйвизир которого вводится в печь. Привключении отсоса газы фильтруются через лоры визира внутрь последнегои поступают через канал для прососа газав газоанализатор 31, При этом внутренние стенки визира при определенной скорости прососа газов нагреваются до температуры газа, Состав горючей смеси подбирается таким образом, чтобы при сгорании содержаниеосновного восстановительного компонента газа, например окиси углерода,в пространстве печи могло достигатьзначения не менее 357,Образование же промежуточной активной восстановительной среды,препятствующей доступу воздуха и находящейся в контакте с расплавом, приводит к восстановлению окисных пленок в поверхностном слое расплава.Измеренная после этого температурарасплава в большинстве случаев будет равна действительной, так какустраняются погрешности измерения,связанные с наличием окислов с присущим им коэффициентом излучения,отличным от коэффициента излучениярасплава. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению периодов времени, когда в поле зрения присутствует помеха и соответственно вводятся расчетные значения температурырасплава, отличающиеся от действительных значений, Уменьшается также возможность появления трудноустранимой помехи, связанной с минимальнымобнажением зеркала металла при непрерывном образовании окисных пленок в перемешивающемся металле. Придостижении заданных значений температуры и концентрации восстановительного газа с выходов блоков 26и 29 поступают сигналы, соответствующие логическим единицам,на входы третьего элемента И 40. При этомна выходе третьего элемента И 40 появится сигнал, который поступаетна первый вход исполнительного механизма 33, и регулирующий орган35 закрывается, прекращая подачу га713688за. Уровень заданных значений температуры и концентрации восстановительной среды обеспечивает восстановление тонких пленок и пирометр покажет5действительную температуру расплава.Если же восстановления ,пленок приэтих условиях не произошло, что может произойти при толщине пленоксвыше 0,2 мм, на выходе пирометра появятся импульсные выбросы. При этомна выходе нуль-органа появится единичный сигнал, поступающий на первый вход второго элемента И 39. Таккак в этот момент на второй вход 15второго элемента И 39 поступает единичный сигнал с выхода третьего элемента И 40, то на выходе второгоэлемента И 39 будет единичный сигнал,поступающий на второй вход первого 20элемента И 38,На первый вход первого элементаИ 38 будет поступать единичный сигнал с выхода элемента НЕ 37, таккак второй механизм 34 отключен и 25нулевой сигнал через блок 32 задерж-.ки поступает на вход элемента НЕ37. При совпадении единичных сигналов на входах первого элемента И 38на его выходе появится единичный 30сигнал, который поступит на входисполнительного механизма 34. Приэтом откроется регулирующий орган36 подачи вещества, способного снижать температуРу плавления окисныхпленок в поверхностном слое расплава. Вещество, например, мелкодиспер-.сный порошок соединения теллура,поступает в кольцевой зазор защитнойарматуры датчика 1 температуры расплава. Подача вещества может осуществляться, например, пневмокамернымнасосом. Доэирование вещества осуществляется следующим образом. Единичный сигнал с второго выхода блока 4528 логики одновременно поступает ина вход блока 32 задержки. Через заданный промежуток времени на выходеблока 32 появляется единичный сигнал,который поступает на вход элемента 50И 37. При этом на выходе элементаНЕ 37 и соответственно на выходе первого элемента И 38 появляется нулевойсигнал, который отключает исполнительный механизм 34 и закрывает регулирующий орган 36. Подача веществапрекращается. Одна доза обеспечиваетввод в поверхностный слой расплаваслой вещества толщиной не менее 1 ьм. 67 8При этом пленки разжижаются и при воздействии на них активной восстановительной среды восстанавливаются./ Таким образом, эффективность восстановления пленок повышается, а, значит, достоверная информация по температуре расплава будет продолжать поступать по ходу плавки, т.е, обеспечивается повышение точности устройства.При повторном появлении помех в процессе плавки цикл работы устройства повторяется.После расплавления шихты и окачивания шлака и при заполнении миксера расплавом температура поддерживается на нижнем уровне, который задается контактным задатчиком. Если в этом нет необходимости, задатчик блокируется, температура расплава поднимается до максимальной температуры перегрева, заданной вторым контактным задатчиком, и стабилизируется.В момент, когда температура перегрева достигает равновесной, заданной задатчиком 15 в зависимости от марки чугуна, нуль-индикатор блока 14 сравнения импульсом запуска переводит синхрогенератор 18 из ждущего режима в автоколебательный. Сигналы поступают на вход блока 14 сравнения в одном масштабе 1 мВ=1 град. Когда синхрогенератор 18 запустит преобразователь 17 аналог- цифра второй раз, температура перегрева будет уже превышать значение равновесной температуры и их разность с выхода сравнивающего устройства, возведенная в квадрат квадратором 16, поступит на вход преобразователя 17. Последний преобразует непрерывный входной сигнал в соответствующую последовательность ймпульсов. Если период запуска синхрогенератора выбран значительно меньшим минуты, то импульсы с выхода преобразователя поступят на делитель 19 с коэффициентом деления, равным отношению минуты к периоду следования импульсов синхрогенерато. ра. С выхода делителя импульсы подаются на счетчик 20.При наборе на счетчике числа, равного соответствующему значению интеграла для чугуна данной марки, предварительно набранному на переключателях блока 22 задания программы,Л уг витель Л.Птенцова д М.Ходаиич СосТех ктор Е,Папп орректор С.Шек Зак 95/5 ИИПИ ж 866ого комитета ССий и открытий5, Раушская наб 0 Тир Государствен елам изобрете 5, Москва, Жпис д. 4/ Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектн 13688 срабатывает блок 21 совпадения, и сигнал совпадения поступает через блок Формирования сигнала управления на исполнительный механизм 12 для отключения питания в печи и на световое табло 24 готовности металла. Формула изобретения 101. Устройство для управления температурным режимом индукционной печи по авт.св. У 1095150, о т л ич а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности устройства, в не го дополнительно введены датчик температуры газа, газоанализатор, два дополнительных блока сравнения, задатчики температуры и состава газа, блок логики, блок задержки сигна ла, реверсивный исполнительный механизм на линии расхода горючей смеси, способной создавать для окисных пленок восстановительную среду, и исполнительный механизм на линии по дачи вещества, способного снижать температуру плавления окисных пленок в поверхностном слое расплава, при этом датчик температуры газасоединен с первым входом первого до полнительного блока сравнения, второй вход которого связан с задатчиком температурЬ газа, а выход спервым входом блока логики, второй вход которого соединен с выходом 67 10нуль-органа, третий вход с выходом второго дополнительного блока срав. нения, первый вход которого связан с задатчиком состава газа, а второй вход с выходом газоанализатора,при этом четвертый вход блока логики соединен с выходом блока задержки сигнала,а первый и второй выходы блока логики соответственно связаны с первым входом реверсивного исполнительного механизма на линии расхода горючей смеси и входом исполнительного механизма на линии подачивещества, причем второй вход реверсивного исполнительного механизма соединен с выходом нуль-органа,а второй выход блока логики соединен с входом блока задержки сигнала.2. Устройство по п. 1,о т л ич а ю щ е е .с я тем,что блок логики содержит последовательно соединенные элемент НЕ и первый элемент И,а также второй и третий элементы И, причем выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого является вторым выходом блока, вход элемента НЕпервый вход второго элемента И ипервый и второй входы третьего элемента И являются соответственно четвертым,вторым, первым и третьим входами блока, выход третьего элементаИ связан с вторым входом второго элемента И и первым выходом блока.