Способ автоматического управления режимом нагрева металла в печи с защитной атмосферой

Способ автоматического управления режимом нагрева металла в печи с защитной атмосферой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(1)908861

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистическими

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211178 (2() 2686825/22-02 с присоединением заявки М (51) М. Кд.з

С 21 D 9/00

F 23 С 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53) УДК 621. 783. . 2 (088. 8) Опубликовано 2802 2. Бюллетень Н9 8

Дата опубликования описания 280282 B.Ë.Íèøâàíîâ

I (72) Авторы изобретения

Б.Г. Подольский, T.A. Низ овцева, A. В. Быч

Всесоюзный научно-исследовательский инеиыут. металлургической теплотехники (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ

НАГРЕВА МЕТАЛЛА В ПЕЧИ С ЗАЦИТНОЙ АТИОСФЕРОИ

Изобретение 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 безынерционного 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. 25

Цель изобретения — повыаение точности регулирования состава и температуры печной атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что управление осуществляют изменениам режима работы двухступенчатой электрогазовой горелки с независиьыу подводом электрической энергии в разрядный участок каждой ступени, при этом регулирование состава печной атмосферы осуществляют изменением расхода воздуха при одновременном соответствующем изменении количества подводимой в первую конверсионную ступень электрической энергии,-а регулирование температуры осуществляют изменением количества электрической энергии, пода-, ваемой во вторую температурную сту" пень горелки.

Иа чертеже приведена схема устройства 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 и 9 по температуре и по составу газа, конверсионную ступень 10 электрогазовой 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 падводимой в ступени горелки электрической мощности температуре и составу атмосферы задан« ным их значениям, исполнительный механизм 18, оказывающий воздействие на пропорцианирующее устройство газовоздушного тракта конверсионной ,ступени горелки.

Способ осуществляется следующим образом.

Для безокислительнаго нагрева металла при:температуре поверхности металла выше 600-700 гС необходима защитная атмосфера. Для этос 0 25 0 30 0,35 0 40 0 50, С 660 700 792 957 1277

Таким образом, регулирование состава технологического газа в пер- вой стуиени горелки сопровождается изменением температуры газа на вы- 35 ходе первой ступени.

Технологическое требование поддержания определенной, температуры в рабочем пространстве, например постоянной, выполняется работой второй ступени горелки за счет подвода электрической энергии в эту ступень.

В связи с этим вторая ступень горелки во время регулирования * также работает в переменном режиме, нагревая газ до нужной температуры и компен- 4> сируя ту переменную температурную разность, которая вызвана изменением температуры в первой ступени, вследствие уменьшения *.

Таким образом, первая ступень горелки обеспечивает требуемый состав, но при этом .имеется отклонение температуры газа от заданной температуры. Вторая ступень устраняет это температурное отклонение, обеспечивая И постоянство температуры печи или изменение era па какому-либо закону, формирование которого осуществляется под действием изменения 1 .

При осуществлении предлагаемого ф) способа функции блоков 8 и 9 выполняют программные задатчики, содержащие задание параметров t и с во времени в виде зависимостей t(C) и

d.(i) . Вместо d. может быть параметр у,го в процессе нагрева праизводят снижение ат 1 до 0,25-0,35. Прн этом с целью экономического и рационального потребления природного газа расходуют его преимущественно на технологическое (а не энергетическое) сжигание, получая методом конверсии восстановительный r.=ç, реализуя при этом процесс конверсии и с максимально возможной полнотой, т.е. получая гаэ,по составу близкий к равновесному. Последнее возможно только при достаточном энергообеспечении процесса и достижении определенной температуры. Подвод дополнительной энергии на протекание процесса конверсии осуществляется в предлагаемом способе посредством первой разрядной ступени (конверсионной). Температура, при которой достигается высокая степень конверсии метана с получением равновесного состава продуктов горения, зависит ат 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 d (блок 9) и t .(блок 8) с заданными значениями с(,(Ф ) и (с )

Сигнал о несоответствии состава в печи заданному составу передается на исполнительный механизм 18, который,воздействуя на регуАировочную аппаратуру расхода воздуха, устраняет это несоответствие. Новому значению * должно соответствовать другое значение t <, .и Р >> < (в соответствии с таблицей) . Поэтому сигнал с блока 9 поступает одновременно и на .блок 17, который производит проверку соответствия с и подводимой в первую ступень электрической мощности. A именно при изменении с( осуществляется корректировка подводимой электрической мощности s соответствии с содержащейся в бло-: ке 17 зависимостью Рз . =f (d) или

Р А„ =f(Ñ„), где С,г — концентрация койтролируемого компонента. При этом достигается равновесный состав продуктов конверсии и соответствующая этому равновесию температура .

Сигнал о корректировке Ф „ поступает в блок 17 на регулирующий орган 15. Последний воздействует на ламповый генератор 14, изменяя количества генерируемой им высококачественной энергии и подводимой в

908861

Нагрев металла по указанному ре жиму tù обеспечивается температурой печи t<, которая определяется температурой газа-теплоносителя tg.„ полученной на выходе двухраэрядной ЭГГ.

Работа первой ступени ЭГГ в режиме конверсии происходит при определенной температуре й„, обусловленной значением * (как это показано разрядный участок первой ступени электрической моцности из сети от клемм 16.

Сигнал о несоответствии температуры газа на выходе нз горелки и ее заданному значению t(Y) вырабатывается в сравниваюцем устройстве блока 8 в виде разности температур д, которая может быть положительной или отрицательной. Информация о знакераэности температур и ее абсолютной О величине поступает на блок 17 который содержит программный задатчик

t (P 9„ ) . Обеспечение подвода необходимого количества электрической энергии Р осуществляется совокупностью обеих разрядных ступеней горелки, т.е. Р «Р + Р . В результате чего в блоке 17 формируется закон об изменении подводнмой во вторую ступень электрической моцности.

Формирование этого управляющего ® воздействия осуцествляется под действием суцествующего отклонения g от ее заданного значения с учетом ,изменения t„ в результате регули рование <, т.е. в виде Р .« (1it)) ° 25 .где t<«f (сС), т.е. Р =f (1,*).

Величина Pg зависит от температуРы цечи в данный момент и от режима работы конверсионной ступени горелки. Сигнал об изменении Р выраба- Я тывается в виде

h Py ЭРД-аР<, так как Ря«Р„- Р, где p (t i p (,ц содержацйеся в

17 йрограммные задания величины подводимой электрической моцности в зависимости от температуры печи (или темпера- 4О ,туры газа на выхо;де из ЭГГ) и с(.у

МАРВ„рР„ — сигналы корректировки этих величин s результате от- - 45 клонения соот ветственно t и А от их заданных значений . t (C) и

* (<) 5О йР— сигнал корректировки Р с учетом показаний датчиков температуры 6 и состава 7 ° 55 !

При этом возможны два случая, а) *=*()

Тогда P<«const„hPq =О

Следовательно ЬРу Щ, т.е. управляющее воздействие Hà Р формируется только под влиянием программы t(P ) и сигнала ht блока 8..

Если при этом t = й(С), то

ht«0 и hPg =0

Следовательно, управляюцие воздействия Р„ и Р 1 постоянны, а под- а5 вод электрической энергии осуществляется в постоянном режиме.

Кслн t Ф t(Y), то Ь(:, bPg и вР не равны нулю. При этом управляющие воздействия по ступеням горелки равны соответственно Р, и P + hPg. 2) d f с (Т)

Тогда P1 P const и дР1const/0 леиовательно, ЬР1 « Р )-дРл «f (й,,cL); т-е управляцее воздействие на Р1 .формируется под влиянием сигналов обоих измерительных блоков 8 и 9.

: При t=t(), ht=O и Р ) 01

Тогда ЬР «-hP„..Управляющие воздействия по ступеням равны Р„+ аР„и

Р - hPg

При tft(i), htp0 и ай О, hP„pQ и

4Р 0

Управляюцие воздействия равны

P„+hP1 И +(hPP-hP„ ) где ht, ьй- поступаюцие в блок 17 сигналы о несоответствии измеряемых величин t и * нх заданным значениям

t(<) и М).

Таким образом, в блоке 17 îñóцествляется 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 (t и cL).

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.

Пример. Управление режимом нагрева необходимо провести в соответствии с заданными режимами изменения температур металла, газа, печи н состава печной атмосферы.

Нагрев металла до 600ОС производят в продуктах полного сгорания пРи d= 1, а нагрев от 600 до 1200 С.» в безокислительной атмосфере. Температурный режим нагрева металла обус« ловливает режим изменения d . Снижение с производится в данном случае ступенчато, хотя возможно и непрерывное регулирование d .

908861 ранее в таблице). Для конкретных конструкций и видов топлива значения

1„(с() когут быть определены экспериментально или расчетным путем. Характерной особенностью температуры 1„ является то, что дальнейшее ее повыше- 5 ние практически не вызывает изменения состава продуктов горения и в связи с этик производится при осуществлении предлагаемого способа второй разрядной ступенью электрогазовой горел- о

KH (температурной) до уровня 1, обеспечивающего требуемую температуру печи trr(Ф) и заданный режим te(% ) °

Таким образом, определяющим режим нагрева металла фактором является температура газа tg, регулирование 1S которой осуществляется исходя из следующей зависимости

tg=tp+rrt = 1+ (1 )- tq), функция коэффициента расхода воз- .20 духа d, и подводимой в первую ступень электрической мощности, т.е, f (P&A сi )i 25 температура газа на выходе из горелки 1 (РЭ .Q, ) r (t -t ) =at " область регулированчя температуры тех- ЗО

1 нологического газа.

Предлагаемый, способ автоматического управления режимом нагрева или термообработки в печи с защитной атмосферой позволяет осуществлять эт процессы без окисления и обезуглероживания, интенсифицировать их поскольку открывает возможность вести технологический процесс при высоких температурах в пределах 1700-2500 C и ре- гулируемом в широких пределах восстановительном потенциале атмосферы ф

p = (- 3 ++ )

СО + Н 0 с безынерционнык регулированием па" раметров и существенной экономией топлива на печь.

Формула изобретения

Способ 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 шийся 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 расхода воздуха при одновременном соответствующем изменении количества подводикой в первую конверсионную ступень электрической энергии, а регулирование температуры осуществляют изменением количества электроэнергии, подаваемой во вторуго температурную ступень горелки.

Источники информации, принятые во вникание при экспертизе

l. Патент CUA Р 3575398, кл. 26336, 1973.

90 886 1.

Подписное

Заказ 756/31 Тираж 587

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Е-35, РаУшская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Абросимов

Редактор Л.ПЧелинская Техред )Х.Кастелевич Корректор М. Коста