УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННЫМ ТИГЕЛЬНЫМ МИКСЕРОМ

Предлагаемое техническое решение относится к средствам выдержки расплавов металлов перед разливкой в индукционных тигельных миксерах и может быть использовано в металлургии и машиностроении для управления температурой расплава в индукционных тигельных миксерах.
Известно устройство (патент на полезную модель №75129, Б.И. №20, 2008), содержащее вычислительное устройство, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик активной мощности, датчик уровня расплава в тигле, включающий блок деления, датчик напряжения и датчик тока. Данное устройство использует косвенную оценку температуры расплава и обеспечивает перегрев и выдержку расплава при температуре перегрева, а также его длительное хранение в миксере.
Данное устройство обладает следующими недостатками:
Накопление ошибки при вычислении температуры расплава и отсутствие визуализации технологического процесса выдержки расплава.
Точность косвенной оценки температуры может оказаться недостаточной вследствие пренебрежения влиянием изменения толщины стенки тигля в процессе эксплуатации миксера на тепловые и электрические характеристики миксера.
Наиболее близким к предлагаемому авторами решению является устройство (патент на полезную модель №95213, Б.И. №16, 2010), содержащее вычислительное устройство, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик полного сопротивления индуктора, датчик уровня расплава в тигле, включающий блок деления, датчик напряжения и датчик тока. Данное устройство использует косвенную оценку температуры расплава и обеспечивает перегрев и выдержку расплава при температуре перегрева, а также его длительное хранение в миксере.
Основными недостатками данного устройства являются недостаточная точность оценки температуры по косвенным параметрам вследствие не учета в модели влияния изменения толщины стенки тигля на тепловые и электрические параметры установки в процессе эксплуатации миксера и отсутствие возможности изменения номинальной емкости миксера и перегреваемого металла, что в условиях литейного производства возможно при переходе на выплавку другого металла или при переходе на миксер с другой емкостью.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении точности регулирования (поддержания) температуры расплава в миксере, увеличении надежности и срока службы оборудования.
Технический эффект, возникающий при решении поставленной технической задачи, заключается в обеспечении контроля за образованием локальных трещин в тигле, и обеспечивается тем, что известное устройство для управления индукционным тигельным миксером, содержащее вычислительное устройство, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик полного сопротивления индуктора, включающий блок деления, выход которого подключен ко второму входу вычислительного устройства, датчик напряжения, включенный параллельно индуктору и соединенный своим выходом с первым входом блока деления, и датчик тока, подключенный последовательно с индуктором и соединенный своим выходом со вторым входом блока деления, и датчик уровня расплава, подключенный к первому входу вычислительного устройства, дополнительно снабжено датчиком толщины стенки тигля, соединенного с третьим входом вычислительного устройства, устройством визуализации, датчиком коэффициента мощности, подключенным к устройству визуализации, и блоком сигнализации, подключенным ко второму выходу вычислительного устройства.
Кроме того, датчик толщины стенки тигля может быть выполнен в виде блока, состоящего из рефлектометра, оптоволоконного кабеля, укладываемого на наружной поверхности тигля с подогреваемым металлом, и микропроцессорного блока с программным обеспечением, выход которого соединен с третьим входом вычислительного устройства.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит тигель 1 с подогреваемым расплавленным металлом 2, помещенный внутрь индуктора 3. Индуктор 3 подключен к выходу источника питания 4, имеющего вход задания напряжения. В качестве источника питания 4 может использоваться трансформатор с переключателем ступеней напряжения или статический тиристорный преобразователь. Параллельно индуктору 3 подключена конденсаторная батарея 5, включающая в себя постоянную и переменную части. Вход задания напряжения источника питания 4 соединен с первым выходом вычислительного устройства 6 через блок согласования 7. В устройстве предусмотрены датчик коэффициента мощности 8, подключенный к устройству визуализации 9, датчик полного сопротивления 10 индуктора, и датчик уровня расплава 11, подключенный своим выходом к первому входу вычислительного устройства 6.
Датчик полного сопротивления 10 выполнен в виде датчика 12 тока индуктора 3, датчика 13 напряжения на индукторе 3 и блока деления 14, соединенного своим первым входом с выходом датчика 13 напряжения, вторым входом - с выходом датчика 12 тока, а выходом, который является выходом блока деления 14, - со вторым входом вычислительного устройства 6. При этом датчик тока 12 подключен последовательно к индуктору 3, а датчик напряжения 13 подключен параллельно индуктору 3. Помимо этого введен датчик 15 толщины стенки тигля, выход которого подключен к третьему входу вычислительного устройства 6. При этом датчик толщины стенки тигля 15 состоит из оптоволоконного кабеля 16, уложенного на наружной поверхности тигля с подогреваемым металлом, рефлектометра 17 и микропроцессорного блока 18.
Вычислительное устройство 6 соединено своим первым выходом с входом устройства визуализации 9 технологического процесса и вторым выходом со входом блока сигнализации 19.
Устройство работает следующим образом.
Подогрев металла 2 в тигле 1 осуществляется за счет токов проводимости, возникающих при проникновении в металл электромагнитной волны, сформированной индуктором 3. Компенсацию реактивной мощности тигля с расплавленным металлом и индуктора, образующих миксер, осуществляет конденсаторная батарея 5.
Вычислительное устройство 6 осуществляет расчет износа тигля на основании информации о температуре в каждой точке на поверхности тигля, полученной от датчика 15 толщины стенки тигля и информации о геометрическом расположении оптоволоконного кабеля 16, заложенной в память вычислительного устройства 6, и расчет температуры расплава на основании введенной в память зависимости температуры расплава от полного сопротивления индуктора и уровня расплава в тигле при различных уровнях износа стенки тигля для заданного материала загрузки и емкости миксера.
Коэффициент мощности измеряется датчиком 8. Вычислительное устройство 6 получает значение полного сопротивления индуктора с выхода блока деления 14, уровень износа тигля с датчика 15 и уровень расплава тигля с датчика 11 и рассчитывает температуру расплава по одной из зависимостей температуры от полного сопротивления и уровня расплава в тигле, соответствующей вычисленному уровню износа для заданного материала загрузки и емкости миксера. Информация о емкости и материале загрузки поступают соответственно с четвертого (вход G) и пятого (вход Me) входов вычислительного устройства.
3
При превышении температуры расплава, рассчитанной вычислительным устройством 6, заданного значения вычислительное устройство 6 уменьшает сигнал задания напряжения U источника питания 4, что приводит к уменьшению потребляемой мощности и, следовательно, температуры расплава. При значении температуры расплава, рассчитанном вычислительным устройством 6, меньшем, чем заданное значение, вычислительное устройство 6 увеличивает сигнал задания напряжения источника питания 4, что приводит к увеличению потребляемой мощности и, следовательно, температуры расплава. Таким образом осуществляется стабилизация температуры расплава во времени.
В случае возникновения локального перегрева на наружной поверхности тигля (жидкий металл будет находиться ближе к оптоволоконному кабелю из-за локального разрушения тигля) вычислительное устройство 6 подает сигнал на отключение установки, также сигнал о возникновении аварийного режима подается вычислительным устройством 6 на блок сигнализации 19.
Визуализация технологического процесса осуществляется устройством визуализации 9, на экран которого выводятся текущие значения массы и температуры металла в тигле, коэффициента мощности, напряжения и тока индуктора, а также распределение температуры по длине оптоволоконного кабеля.
Тип датчика толщины стенки тигля - оптоволоконный, производитель - Lios Technology GmbH, в качестве вычислительного устройства можно использовать любой современный программируемый логический контроллер, например ПЛК 154 производства фирмы ОВЕН.
Использованные технические решения позволяют уточнить определение температуры расплава за счет учета изменения толщины стенки тигля в процессе работы установки, повысить качество регулирования, а также осуществить визуализацию изменения параметров установки индукционного тигельного миксера в процессе работы.