Способ управления процессом плавления металла в индукционной чугуноплавильной тигельной печи

(51)5 С 21 С 1 Ю Изобретентермин, точиплавкой индуных тигельныЦель изобтроэнергии иувеличение пза счет увелиния заданной е относитс е к способ ционных чу печей. электрауправленио плав ильетения - экон мия элекатериалов, ти печи получе- темперафуте ров очныхоизводительна чения точност по технологии регрева металла ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследователь. ский и проектный институт систем автоматизации и управления(56) Разработка и внедрение типовых решений по совершенствованию и автоматизации технологического процесса плавки чугуна в индукционных печах с применением вычислительной техники. Исследование энерготехноло гиче ско го процесса, моделей контроля и управле" ния индукционной плавки на примере металлургического производства о бъединения АвтоВАЗ. Ч 1., Промежуточный за 0.007.003 ПКБ АСУ. - Куйбышев: ВНТИЦ, 1984, 5- гос. регистрации 0184004650, инв. В 024840074083.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМПЛАВЛКНИЯ МКтАЛЛА В. ИНДУКЦИОННОЙЧУГУНОПЛАБИЛБНОИ ТИГВЛПОИ ПВЧИ(57) Изобретение относится к электротермин, а.именно к способам управления плавкой индукционных чугуноплавильных тигельных печей, Целью изобретения является экономия электроэнергии и футеровочных материалов,повышение производительности печи засчет увеличения точности получениязаданной по технологии температурыперегрева металла. Согласно способупо прошествии от начала периодоврасплавления и перегрева времени,равного 0,3-0,4 времени протеканиякаждого периода, начинают постоянныйпо ходу расплавления и перегрева контроль за скоро стью роста температурыатмосферы печи, приравнивая последнюю к скорости роста температурыванны жидкого металла на периодерасплавления от момента плавленияшнхты, а на периоде перегрева от момента начала контроля за температурой, и заканчивают каждьп период повыходу на требуемые. по технологиитемпературы соответственно расплавления и слива металла без учета изменения других параметров. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. На фиг. 1 и 2 приведены кривые изменения температуры атмосферы печи на периодах расплавления и перегрева соответственно; на фиг. 3 - временная диаграмма работы печи,Согласно изобретению контролируют температуру атмосферы печи, которая в силу особенностей конструкции и работы тигельных печей (индукционных) отражает с достаточной точностью иинформативностью протекающие процессы плавления металлаТигельная печь представляет из себя сосуд со стенками из огнеупорныхматериалов с Футерованной крышкой,т,е. конструкцию, исключающую практически ощутимые подсосы в печь внешнего воздуха, что объясняется повышенным давлением в печи за счет выделения из расплавленного металла газов., Стенки тигля и крышка обладаютдостаточно высокими теплоизоляционными свойствами, что определяет высокий тепловой КПД печи.15П р и м е р, Процесс проводят вИЧТ, имеющей емкость 60 т и работающей с остаточной емкостью ("болотом") в 48 т и двумя загрузками по6 т. Последовательность проведенияпериодов следующая: загрузка 1 (подача и загрузка в печь из бадьи шихты массой 6 т); расплавление загрузки 1 (включение печи с закрытой крышкой, расплавление шихты, доводка расплава в печи до технологической температуры расплавления, например1350 С, и выключение печи); загрузка2 (аналогично загрузке. 1); расплавление загрузки 2 (аналогично загрузке 1); вспомогательные операции (приоткрытой крышке печи производят скачивание шлака, отбор пробы, если необходимо введейие присадок для достижения заданного химсостава, измерение температуры расплава разовой35термопарой); перегрев расплава(включение печи с закрытой крышкойи доводка расплава в печи до технологической температуры перегрева,например 1500 С); слив металла (наклон печи и слив расплава массой12 т в ковши).Характер изменения температурыатмосФеры печи отражает характер 45процесса плавления и перегрева металла. Эта связь достаточно малоинерционна, так как атмосфера печи имеетактивный конвективный обмен с шихтойи ванной металла как за счет перемешивания ванны и выделения из жидкогометалла газов, так и за счет достаточно развитой поверхности твердойшихты,После загрузки шихты в печь, ее55закрытия и включения температура атмосферы печи интенсивно повышается,так как идет быстрый процесс нагревахолодной шихты, с которой контактиРует атмосфера печи. В начале, за счет большой разности температур июдкого металла "болота" и твердой шихты загрузки, металл шихты нагревается быстро, однако, по мере повышения его температуры, скорость процесса роста температуры падает. При приближении температуры шихта, еще не погруженной в ванну, к температу ре плавления, скорость ее нагрева продолжает снижаться. За счет расплавления нижних слоев шихта постепенно оседает в жидкую ванну. Ио даже когда вся шихта погрузилась в ванну, но еще не расплавилась, температура ванны металла, с которой начинает контактировать атмосфера печи,растет незначительно (или стабилизируется), так как значительная часть поступающей в металл энергии идет надоплавление шихты. Таким образом, дорасплавления шихты в печи наблюдается постоянное уменьшение скорости роста температуры атмосферной печи.Как только вся шихта расплавлена, поступающая энергия полностью идет на повышение температуры ванны, что приводит к увеличению скорости роста температуры атмосферы печи. За счет перемешивания ванны и восходящих газовых потоков изменение температуры атмосферы происходит без заметной задержки вслед за температурой ванныметалла, Установить непосредственную связь между температурой металла и температурой атмосферы не представляется возможным из-за изменяющихся от плавки к плавке условий: плотности закрытия крышки, толщины Футеровки и ее теплоизолирующих свойств количества шлака на поверхности металла и так далее, однако момент расплавления шихты однозначно связан с увеличением скорости роста температуры атмосферы после постоянного уменьшения скорости на этапе расплавления, так как дпя каждого конкретного периода плавки, эа которым ведется контроль, эти условия достаточно постоянны. Если периоды расплавления шихты проводятся при постоянном режиме (вес загрузки,мощность печи, состав загрузки), чтосоответствует принятой в практике работе в чугуноплавильном производстве, то и температура ванны металла,при которой происходит полное расплавление шихты и начинается увели50 5 164 чение скорости роста температуры, постоянна.1Таким образом, на периодах расплавления можно определить момент расплавления шихты и достижения ванной определенной температуры.Эта температура может быть определена экспериментально по замеру температуры металла в указанный момент времени (при проведении экспериментальной плавки). Указанный прием позволяет определить состояние металла в печи, избежать излишнего нагрева металла, перерасходов электроэнергии и повышенного износа футеровки.На периоде перегрева жидкой ванны между металлом и атмосферной печи устанавливается термодинамическое равновесие, которое характеризуется одинаковой скоростью роста температуры металла и атмосферы печи. Это явление основывается на том, что изменением теплопотерь из печи в результате изменения температуры металла и атмосферы печи можно пренебречь ввиду малости этих изменений, Следовательно, для конкретных сложившихся для данного периода перегрева условий поступление тепла в атмосферу печи зависит от разницы ее и ванны металла температур, а потери тепла атмосферой печи не изменяются. -При установившемся режиме теплообмена это приводит к одинаковым скоростям роста температуры металла и атмосферы печи при большей или меньшей разности этих температур, что зависит от конкретных условий для текущего периода.Таким образом, следя за ростом температуры атмосферы печи, можно определить рост температуры жидкого металла. При проведении периода перегрева на постоянной мощности, что соответствует широкой практике, измерив скорость роста температуры металла (атмосферы печи) и приняв ее постоянной для всего периода перегрева (так как мощность постоянна), можно точно рассчитать время выхода на заданную температуру перегрева,Описанные приемы позволяют проводить периоды расплавления и перегрева с контролем наиболее важного параметра процесса: температуры металла в печи, а следовательно, с учетом всех условий, сложившихся для конкретной плавки, без предварительной информации о точном весе метазг 0175 6 ла в печи, весе шихты загрузки, температуре шихты, ее теплоемкости,КПЦ печи, мощности тепловых потерьи так далее, которые необходимы припроведении процесса по расчету энергетического баланса печи, сбор которых усложняет систему управленияплавкой,10 На практике из опытных данных илипо расчету энергетического балансапечи выбирается мощность и номинальная длительность периодов перегреваи плавления. При выбранной мощностиостается практически важным определить момент окончания периодов, т.е.выход на требуемую температуру ванны, .Слежение за температурой атмосферы печи следует начинать через время,20 равное 30-407 от номинального времени периода, что гарантирует завершение переходных процессов нагреватермодатчика и атмосферы печи до начала слежения и своевременность фор 25 мирования команд на отключение печидо фактического окончания периода.Увеличение скорости роста температуры на периоде расплавления можноопределять как изменение знака нро 30 изводной скорости роста температурыс отрицательного значения на положительный. Экспериментальные данныена печах емкостью 10-60 т показывают,что изменение можно считать завершенным, если оно сохраняется в течение 15-20 с. Предварительная оценкавремени выполнения периода может бытьпроизведена либо по экспериментальнымплавкам (по опыту эксплуатации печи),40 либо по расчету теплового баланса печи при номинальных значениях парамет-. ров.Возможные отклонения в длительности периода от расчетного, вызванныеотклонением фактических значений параметров от номинальных, не превышают 153. Значения длительности периодов лежат в пределах 5 - 30 мини более для различных печей. Началослежения за температурой атмосферыпечи через 30-403 времени периодагарантирует достаточное время дляпрохождения переходных процессов теп-,лообмена в печи и нагрева датчикатемпературы, а также своевременностьначала этого слежения. Обычно требуемая технологическая температурарасплавления несколько вьюе температуры расплавления, определяемой по,предлагаемому способу. В этом случае после определения момента расплавления (достижения температуры расплавления) продолжают период до тех пор, пока прирост. температуры атмосферыпечи за время, прошедшее после момента расплавления, на становится равным разнице между требуемой технологической температурой расплавления и температурой расплавления, достигаемой в момент расплавления шихты.После этого печь отключают.Измерение температуры атмоаферы печи может быть осуществлено с помощью различных датчиков температуры газа, в частности термопарными датчиками, располагаемыми под крышкой печи так, что они отражают температуру атмосферы печи и защищены от лучевого нагрева, Проведенные эксперименты показали точность соответствия температуры, определяемой по предлагаемому способу, температуре металла в пределах + 8 С. 25Предлагаемый способ позволяет с большей достоверностью контролировать температуру металла по ходу процесса плавки по измеренной температуре атмосферы печи и обеспечивает соответ О ствие температуры металла требуемым значениям нри расплавлении и перегреве без проведения расчетов теплового баланса печи, результаты которых являются лишь рекомендацией к выходу на требуемые температуры металла и основываются на комплексе других технологических параметров, отклонения которых от номинальных значений приводят и к отклоненим от требуемой конечной температуры металла. Формула изобретенияСпособ управления процессом плавления металла в индукционной чугуноплавильной тигельной печи, включающий последовательное проведение периодов, состоящих иэ загрузки и расплавления порций шихты до номинального заполнения печи жидким ме"- таллом, проведение периода подогрева металла до заданного по технологии значения и слив металла из печи, причем на каждом периоде устанавливают заданную по технологии подводимую к печи мощность, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью экономии электр роэнергии и футеровочных материалов, увеличения производительно сти печи за счет увеличения точности получения заданной но технологии температуры перегрева металла, дополнительно для периодов расплавления через интервал времени, равный 30" 40% от интервала времени, заданного по технологии на данный, период, измеряют температуру атмосферы печи, определяют ее вторуюпроизводную по времени и по изменению ее знака с отрицательного на положительный фиксируют момент расплавления шихты, начиная с которого определяют температуру расплава по температуре атмосферы печи и заканчивают период при достижении температурой расплава величины, заданной по технологии, для периода перегрева металла определяют начальную температуру металла в печи, через интервал времени, равный 30-40% от интервала времени, заданного по технологии на данный период, измеряют температуру атмосферы печи, по которой определяют температуру в печи.2. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что начальную температуру металла в печи в период перегрева определяют путем непосредственного замера.3. Способно п. 1,о тличающ и й с я тем, что начальную температуру металла в печи в период перегрева определяют по достигнутой температуре металла в предшествующий пери" од расплавления с учетом теплопотерь за время загрузки печи.1640175Ь ,ь с, ь о Ъ1 ъ Ъ Со став итель А, Абросимов едактор И.Дербак Техред Л,Олийнык Корректор С.Щекмар Заказ 997 Тираж 391 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101