DE2625135C3 - Verfahren zur Regelung der Temperatur von metallischem Gut - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Temperatur von metallischem GutInfo
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- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
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- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung eines unter direkter Flammeneinwirkung
zu erwärmenden Gutes in einem Ofen bzw. einer oder mehrerer Heizzonen dieses Ofens mittels
einer optischen Temperatur- und -regeleinrichtung.
Bei der industriellen Erwärmung von metallischem Gut ist die genaue Temperaturregelung für die
Weiterverarbeitung des Gutes oder für die Erreichung eines gleichmäßigen Gefüges im Erwärmungsgut von
entscheidender Bedeutung. Hierbei ist es unerläßlich, daß das Erwärmungsgut nicht nur über seine gesamte
Längenausdehnung, sondern auch über den gesamten Querschnitt möglichst gleichmäßig erwärmt wird.
Da bei der Erwärmung von metallischem Gut unter direkter Flammeneinwirkung zwangsläufig ein Temperaturgefälle
von der Gutoberfläche zum Kern des Gutes hin auftritt, muß der Temperaturverlauf an der
Oberfläche sorgfältig überwacht werden, um Überhitzungen in der Randzone des Gutes zu vermeiden. Ist am
Ende der sogenannten Aufheizphase die maximal zulässige Solltemperatur in dieser Randzone erreicht, so
muß die weitere Zufuhr von Wärmeenergie gedrosselt bzw.. unterbrochen werden. Nachdem ein Teil der
Wärmeenergie von der äußeren Randzone des Gutes zum Kern hin abgeflossen und dadurch der Temperatursollwert
an der Oberfläche unterschritten ist, kann die Heizung bis zur erneuten Erwärmung der äußeren
Randzone auf die zulässige Solltemperatur erneut eingeschaltet bzw. erhöht werdea Dieser sogenannte
Regelvorgang wird so lange wiederholt, bis das TemperaturgefäUe im Erwärmungsgut weitgehend
abgebaut ist
Das Problem der Temperaturmessung zur Regelung
und Überwachung des Erwärmungsvorganges besteht bei diesem Erwärmungsverfahren aber nun darin, daß
die heißen Flammengase, die das zu erwärmende Gut umspülen, den Temperatbrmeßwert, ob er nun mittels
eines Thermoelements oder auch mittels eines optisehen Temperaturmeßgerätes erfaßt wird, beeinflussen
und verfälschen.
Zur Lösung dieses Problems hat man unter Anwendung des optischen Temperaturmeßverfahrens
ein, sogenanntes Abschirmrohr durch die Außenwand des Ofens hindurch bis nahe oder direkt bis an die
Oberfläche des Gutes herangeführt
Auf diese Weise hat man versucht, den Einfluß der heißen Flammengase auf die Temperaturmessung
auszuschalten. Um andererseits einer Überhitzung des Rohres und damit auch eine indirekte Beeinflussung der
Meßwerte zu vermeiden, muß das Rohr gekühlt werden. So hat man z. B. doppelwandige, mit Luft oder Wasser
gekühlte Stahlrohre verwendet. Aber nicht nur die Anwendung einer Kühlung ist nachteilig bei diesem
Verfahren, sondern es besteht auch die Gefahr, daß das Rohr bei kontinuierlichem oder diskontinuierlichem
Vorschub des Glühgutes bei Erwärmung im Durchlaufverfahren vom Gut gestreift und beschädigt wird. Es
müssen daher besondere Vorrichtungen geschaffen werden, die das Rohr gegen eine solche Beschädigung
schützen. So besteht z. B. die Möglichkeit, daß man das Rohr bei jedem Vorschubtakt abhebt und nach dem
Vorschub wieder an die Oberfläche des Glühgutes heranführt oder aber auch, daß man bei einer geringen
seitlichen Verschiebung des Rohres eine Unterbrechung des Vorschubtaktes über einen Endschalter bewirkt
Weiterhin wäre auch auf ähnliche Weise eine Anwendung von Thermoelementen möglich, die durch
ein Rohr hindurch gegen das Gut gedrückt und während
so des Vorschubtaktes wieder abgehoben werden. Derartige Thermoelemente sind jedoch im allgemeinen zu
träge, um den relativ schnell an der Oberfläche des Gutes sich verändernden Temperaturen zu folgen.
Diese vorerwähnten Einrichtungen haben daher den Nachteil, daß sie entweder aufwendig sind oder auch nicht zufriedenstellende Meßergebnisse liefern.
Diese vorerwähnten Einrichtungen haben daher den Nachteil, daß sie entweder aufwendig sind oder auch nicht zufriedenstellende Meßergebnisse liefern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Temperaturregelverfahren der eingangs genannten Art
zu schaffen, das auf einfache Weise genaue Meß- und Regelergebnisse gewährleistet und daß praktisch bei
allen öfen oder Ofenzonen zum Erwärmen von metallischem Gut, bei denen die optischen Temperaturermittlung
zweckmäßig erscheint, eingesetzt werden kann.
<>5 Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß
darin, daß nach Überschreiten eines bestimmten ersten Temperatursollwertes in der Aufheizphase die Wärmeenergiezufuhr
durch einen oder mehrere Brenner
über ein einstellbares Zeitglied verzögert unterbrochen
wird und dann jeweils in der anschließenden Regelphase
der bzw. die Brenner entweder für eine vom erneuten
Erreichen des Temperatursollwertes oder vom Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Brencers bzw. der
Brenner ab bestimmte Dauer über ein einstellbares Zeitglied verzögert abgeschaltet wird" bzw. ^werden,
wenn der bei abgeschalteter Wänneeaergiezüfuhr vom
Temperaturmeßgerät gemessene Wert den ersten oder einen zweiten Sollwert unterschritten oder erreicht hat
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dabei auf der Erkenntnis, daß eine besonders gleichmäßige und
genaue Erwärmung des metallischen Gutes erzielt wird,
wenn die weitere Energiezufuhr nach Erreichen eines bestimmten Sollwertes zur Durchwärmung des Gutes
von dem bei ausgeschalteten Brennern ermittelten Temperatunneßwert abhängig gemacht wird. Auf ein
Abschirmrohr kann dabei verzichtet werden. Im Gegensatz zu der relativ großen öffnung in der
Ofenwand bei der Verwendung eines Abqchirmrohres ist eine Meßöffnung mit geringem Durchmesser in der
Ofenwand erforderlich.
Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Durchlaufofen eine optimale Ausnutzung
des Heizbetriebes, da die Temperaturregelung auch während des Transportes wirksam ist und so die
Energiezufuhr, falls erforderlich, auch während des Werkstücktransportes im Ofen nicht ausgesetzt zu
werden braucht
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert:
Das in Fig. 1 dargestellte Temperatur-Zeit-Diagramm zeigt den der besseren Erklärung wegen hier
schematisch dargestellten mit 1 bezeichneten Verlauf der Temperatur, so wie sie vom optischen Meßgerät
während eines Aufheiz- und Regelvorganges an der Gutoberfläche mit und ohne Flammeneinfluß in einem
Durchlaufofen gemessen wird. Die Höhe der zu erreichenden Solltemperatur wird durch die mit 2
bezeichnete Linie dargestellt
Die gemessene Temperatur erreicht beim Aufheizen erstmalig den eingestellten Sollwert in Punkt A. Das zu
diesem Zeitpunkt vom Temperaturregler ausgehende Signal setzt ein Zeitschaltwerk in Tätigkeit, das nach
Ablauf des eingestellten Zeitintervalls tv die Wärmeenergiezufuhr
durch Ausschalten der Brenner unterbricht Die gemessene Temperatur fällt dabei vom
Punkt B auf den Punkt C rasch ab, da der Einfluß der Flammengase atf die Messung entfällt Da der Punkt C
unterhalb der Sollwertlinie liegt, gibt der Temperaturregler das Signal zum Wiedereinschalten der Brenner,
das dann wirksam wird, wenn der Punkt D erreicht wird. Die Zeitspanne C— D wird benötigt um die Einschaltbereitschaft
herzustellen. In dieser Zeit fällt die Temperatur im wesentlichen durch den Temperaturausgleich
innerhalb des Gutes weiterhin ab.
Beim Wiedereinschalten der Brenner steigt die vom optischen Meßgerät ermittelte Temperatur rasch auf
den Punkt E an, so wie der Einfluß der Flammengase
sich wieder auswirkt Sobald infolge der erneuten Wärmezufuhr die gemessene Temperatur in Punkt F
den Sollwert erneut erreicht hat wird das Zeitschaltwerk wieder in Tätigkeit gesetzt und die Brenner nach
Ablauf der Verzögerungszeit tv abgeschaltet Dieser
Vorgang kann sich zu Beginn der Regelphase mehrmals wiederholen, bis die im abgeschalteten Zustand der
Brenner gemessene Temperatur oberhalb des Sollwertes liegt Dieser Temperaturwert ist in F i g. 1 mit G
gekennzeichnet Nachdem die Temperatur auf den Sollwert in Punkt Habgefallen und die Einschaltbereitschaft
der Brenner gegeben ist werden die Brenner für die vom Zeitrelais bestimmte Zeit u eingeschaltet
Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis eine genügende Durchwärmung des Gutes erreicht ist Die
ausreichende Durchwärmung kann dabei empirisch ermittelt werden, indem z. B. die Anzahl der Heizimpulse
gezählt oder die Länge der Ausschaltzeit der Brenner
als Maß für die Durchwärmung des Gutes herangezogen wird.
Fig.2 zeigt ein weiseres schematisch dargestelltes Temperatur-Zeit-Diagramm eines Aufheiz- oder Regel-Vorganges
gemäß der Erfindung. Auch hier ist der Verlauf der vom optischen Meßgerät während eines
Aufheiz- und Regelvorganges mit und ohne Flammeneinfluß gemessenen Temperatur mit 1 und die Höhe der
Solltemperatur durch die Linie 2 dargestellt.
Nachdem am Ende der Aufheizphase die unter Flammeneinfluß gemessene Solltemperatur in Punkt A
erstmalig erreicht ist werden die Brenner gemäß der Erfindung durch ein Zeitschaltwerk verzögert abgeschaltet
Mit dem erneuten Einschalten der Brenner wird gleichzeitig das nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeit die Brenner abschaltende Zeitschaltwerk in Tätigkeit gesetzt auch wenn die beim Einschalten der
Brenner unter Flammeneinfluß gemessene Temperatur noch nicht den Sollwert erreicht hat, wie dies in Punkt /
dargestellt ist
Sobald nun der vom optischen Meßgerät bei abgeschalteten Brennern ermittelte Sollwert überschritten
wird, verläuft der weitere Regelprozeß in gleicher Weise, wie anhand von F i g. 1 bereits berichtet wurde.
Sollte jedoch zu Beginn der Regelphase gemäß F i g. 2 der Wärmetransport von der äußeren Randzone des
Gutes zum Gutkern hin während der Ausschaltperiode der Brenner so schnell erfolgen, daß beim erneuten
Einschalten der Brenner die während dieser Heizperioso de gemessene Solltemperatur nicht erreicht wird, so
kann entweder die Einschaltdauer der Brenner in diesem Regelbereich verlängert oder die Heizleistung
erhöht werden. Auf diese Weise kann die Zeitdauer für die Durchwärmung des Gutes verkürzt werden.
Die Verzögerungszeit fv liegt bei dem Temperaturregelverfahren
nach der Erfindung unterhalb einer Minute, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Sekunden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Temperaturregelung eines unter direkter Flammeneinwirkung zu erwärmenden metallischen
Gutes in einem Ofen bzw. einer Zone dieses Ofens mittels einer optischen Temperaturmeß-
und -regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreiten eines bestimmten
ersten Temperatursollwertes in der Aufheizphase die Wärmeenergiezufuhr durch einen
oder mehrere Brenner über ein einstellbares Zeitglied verzögert unterbrochen wird und dann
jeweils in der anschließenden Regelphase der bzw. die Brenner entweder für einen vom erneuten
Erreichen des Temperatursollwertes oder vom Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Brenners bzw.
der Brenner ab bestimmte Dauer über ein einstellbares Zeitglied verzögert abgeschaltet wird
bzw. werden, wenn der bei abgeschalteter Wärmeenergiezufuhr vom Temperaturmeßgerät gemessene
Wert: den ersten oder einen zweiten Sollwert unterschritten oder erreicht hat
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltverzögerung tv mit
fortschreitender Durchwärmung des Gutes während der Regelphase verkürzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkürzung der Abschaltverzögerung
tv mittels eines ferngesteuerten Zeitschaltwerkes
oder mittels mehrerer nacheinander zur Wirkung gelangender, entsprechend der gewünschten
Zeitverkürzung unterschiedlich eingestellter Zeitglieder automatisch bewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Ausschaltzeit des
Brenners oder der Brenner zwischen den einzelnen Heizperioden als Maß für die Verkürzung der
Abschaltverzögerung tv herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Temperaturmeßwert
am Ende der Heizperiode und dem Temperaturwert am Anfang der darauf folgenden Ausschaltzeit als Führungsgröße für ein die Abschaltverzögerung
bestimmendes regelbares Zeitglied dient.
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