УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТИТАНА
DEVICE FOR MONITORING METALLOTHERMIC REDUCTION REACTION OF TITANIUM

Изобретение относится к устройствам для контроля металлотермической реакции восстановления металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности, например, в аппаратах магниотермического восстановления титана.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для контроля металлотермической реакции восстановления титана в реакторе, размещенном в печи с электронагревателями, питающимися от трехфазной сети, в виде витков вокруг реактора, содержащее датчики индуцированного магнитного поля, суммирующий трансформатор с элементами балансировки и фазометр (заявка на изобретение №2007119362, приоритет 24.05.2007, решение о выдаче от 17.04.2008.)
Недостатком его является сложность и высокая стоимость конструкции и ее монтажа, связанная с необходимостью оснащения печи дополнительными измерительными обмотками. Кроме того, устройство не защищено от вариации фазы напряжения питающей трехфазной сети, что увеличивает погрешность измерения.
Предлагаемым изобретением решаются задачи упрощения конструкции устройства за счет использования элементов конструкции печи в качестве элементов конструкции устройства, повышения точности контроля металлотермической реакции восстановления титана и расширения технологических возможностей.
Для достижения этого технического результата устройство для контроля металлотермической реакции восстановления титана в реакторе, размещенном в печи с электронагревателями, питающимися от трехфазной сети, в виде витков вокруг реактора, содержит датчики индуцированного магнитного поля, суммирующий трансформатор с элементами балансировки и фазометр, при этом в качестве датчиков индуцированного магнитного поля используются витки нагревателя, снабженные трансформаторами тока, установленными в их цепях, причем вторичные обмотки трансформатора тока подключены к первичным обмоткам суммирующего трансформатора через элементы балансировки суммирующего трансформатора, выполненные в виде балластных и переменных шунтирующих резисторов, кроме того, устройство содержит компенсатор фазовых искажений питающей сети в виде дополнительного суммирующего трансформатора, содержащего три первичные обмотки, связанные с обмотками трансформаторов, питающимися от трехфазной сети питания нагревателя, причем дополнительный суммирующий трансформатор снабжен устройством балансировки в виде переменных резисторов и дополнительных шунтирующих сопротивлений с выключателями в каждой первичной цепи дополнительного суммирующего трансформатора, кроме того, фазометр снабжен цифровым кросс-корреляционным вейвлет-анализатором.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что в качестве датчиков индуцированного магнитного поля используются витки нагревателя, снабженные трансформаторами тока, установленными в их цепях, причем вторичные обмотки трансформатора тока подключены к первичным обмоткам суммирующего трансформатора через элементы балансировки суммирующего трансформатора выполненные в виде балластных и переменных шунтирующих резисторов, кроме того, устройство содержит компенсатор фазовых искажений питающей сети в виде дополнительного суммирующего трансформатора, содержащего три первичные обмотки, связанные с обмотками трансформаторов, питающимися от трехфазной сети питания нагревателя, причем дополнительный суммирующий трансформатор снабжен устройством балансировки в виде переменных резисторов и дополнительных шунтирующих сопротивлений с выключателями в каждой первичной цепи дополнительного суммирующего трансформатора, кроме того, фазометр снабжен цифровым кросс-корреляционным вейвлет-анализатором.
Сущность устройства поясняется чертежом, где изображена общая схема устройства.
Устройство для контроля металлотермической реакции восстановления титана в реакторе 1, размещенном в печи 2 с электронагревателями, питающимися от трехфазной сети и выполненными в виде витков 3, охватывающих реактор 1. Витки 3 электронагревателя используются в качестве датчиков индуцированного магнитного поля. Устройство содержит суммирующий трансформатор 4 с элементами балансировки и фазометр 5. В цепях питания витков 3 установлены трансформаторы тока 6, вторичные обмотки которого подключены к первичным обмоткам суммирующего трансформатора 4 через элементы балансировки, выполненные в виде балластных 7 и переменных шунтирующих резисторов 8. Устройство содержит компенсатор фазовых искажений питающей сети в виде дополнительного суммирующего трансформатора 9, содержащего три первичные обмотки 10, связанные с обмотками трансформаторов 11, питающимися от трехфазной сети питания нагревателя. Дополнительный суммирующий трансформатор 9 снабжен устройством балансировки в виде переменных резисторов 12 и дополнительных шунтирующих сопротивлений 13 с выключателями 14 в каждой первичной цепи трансформатора 9. Фазометр 5 снабжен цифровым кросс-корреляционным вейвлет-анализатором 15.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В начале при пустом реакторе 1 с помощью переменных резисторов 8 производят балансировку устройства, добиваясь максимального подавления составляющей выходного сигнала суммирующего трансформатора на частоте 50 Гц. Введение в схему устройства балластного сопротивления 7 обеспечивает устойчивость работы устройства. С помощью переменных резисторов 12 производят таким же образом балансировку компенсатора фазовых искажений питающей сети, что позволяет исключить влияние перекоса фаз питающей сети на результаты измерений.
Опорная фаза устанавливается с помощью выключателей 14. Комбинируя состояние выключателей 14 (чередуя их включение) можно установить фазу в интервале от 0 до 360° и одновременно синхронизировать изменение фазы выходного сигнала суммирующих трансформаторов 4 и 9. Затем производят заливку металла в реактор 1 и замеряют начальное значение фазы индуцированного магнитного поля относительно опорного, соответствующего начальному состоянию реактора (уровню металла в реакторе и его проводимости). Затем в процессе реакции по изменению значения фазы судят о характере состояния среды в данный момент реакции восстановления титана.
Для точного измерения вариаций фазы, контроля реакции восстановления титана и анализа результатов измерений используется вейвлет-анализатор (см. Фрик П.Г. Турбулентность: подходы и модели. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003, с.253-258, 267-273.) Процесс реакции является сложным, многофакторным процессом, определяемым рядом параметров (расходом тетрахлорида титана, давлением в реакторе, температурой различных зон и т.д.). Вейвлет-анализатор позволяет проводить полный кросс-корреляционный анализ измеряемого сигнала с любым из регистрируемых параметров процесса, получая развернутую характеристику по времени для каждой частоты (в этом случае речь идет о низких частотах, характеризующих изменение процесса).
Для определения значения сдвига фазы между измеряемым и опорным сигналами используется вейвлетная кросс-корреляция.
Испытания предлагаемого устройства проходили на металлургическом участке цеха завода ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА.
Анализ выполненных измерений показал, что предлагаемое устройство позволяет контролировать состояние слоя магния внутри реактора.
Устройство реагирует на наполнение магния непроводящими продуктами реакции и позволяет диагностировать доминирующую компоненту смеси (либо магний, либо соли магния). Устройство реагирует на образование гарнисажа на всех стадиях реакции и на обрушение гарнисажа в процессе.
При использовании нижних витков нагревателя печи устройство позволяет контролировать процесс смешения (разделения) магния и хлористого магния в донной части реторты.
Испытания показали, что предлагаемое устройство повышает качество и точность контроля, что позволяет оптимизировать ход реакции восстановления титана, увеличить выход готового продукта и повысить его качество.