RU2497957C1 - Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace - Google Patents

Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2497957C1
RU2497957C1 RU2012123931/02A RU2012123931A RU2497957C1 RU 2497957 C1 RU2497957 C1 RU 2497957C1 RU 2012123931/02 A RU2012123931/02 A RU 2012123931/02A RU 2012123931 A RU2012123931 A RU 2012123931A RU 2497957 C1 RU2497957 C1 RU 2497957C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
temperature
metal
adder
temperature sensor
Prior art date
Application number
RU2012123931/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Андреевич Узенгер
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"
Priority to RU2012123931/02A priority Critical patent/RU2497957C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2497957C1 publication Critical patent/RU2497957C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: control device includes two temperature sensors with temperature setting devices and a controlled power converter. The first temperature sensor is arranged in surface metal layer, and the second one is arranged at the bath bottom. The device includes an adder unit with coefficient, the first and the second inputs of which are connected to the output of the first temperature sensor and the output of its setting device, an adder unit with coefficient, the first and the second inputs of which are connected to the output of the second metal temperature sensors and the output of its setting device, an adder unit, the inputs of which are connected to outputs of the above adder units with coefficients, a relay control, the input of which is connected to the adder unit output, the inputs of which are connected to outputs of adder units with coefficients, a shaping unit of delayed feedback, the input of which is connected to the output of temperature sensors of, and an adder unit, the first input of which is connected to the output of the relay control, the second input is connected to the shaping unit of delayed feedback, and the output is connected to controlled power converter.
EFFECT: quick action of the device and guaranteed achievement of metal temperature as to the bath depth.
3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам автоматического управления процессом нагрева жидкого металла в газовых отражательных печах ванного типа для плавления алюминиевых сплавов и может быть использовано на печных агрегатах в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for automatically controlling the process of heating liquid metal in gas reflective furnaces of a bath type for melting aluminum alloys and can be used on furnace units in the metallurgical, engineering and other industries.

Известна система автоматического регулирования нагревательной печи (патент РФ №2030462, кл. C21D 11/00), содержащая датчик температуры, блок определения скорости изменения температуры нагреваемого металла, регуляторы температуры и блока определения теплопоглощения металла. В качестве блока определения скорости изменения температуры система содержит термопару, устанавливаемую в своде печи, выход которой подключен к дифференциатору.A known system for automatic control of a heating furnace (RF patent No. 2030462, class C21D 11/00), comprising a temperature sensor, a unit for determining the rate of change of temperature of the heated metal, temperature controllers and a unit for determining metal heat absorption. As a unit for determining the rate of temperature change, the system contains a thermocouple installed in the arch of the furnace, the output of which is connected to the differentiator.

Недостатки этой системы обусловлены тем, что в устройстве используется один датчик температуры расположенный в своде печи, способ управления требует прецизионной настройки уставок управляющего воздействия в целях недопущения перегрева верхних слоев металла и недогрева на дне ванны. Техническая реализация устройства сложна и не обеспечивает оптимальное управление по критериям быстродействия и энергосбережения.The disadvantages of this system are due to the fact that the device uses a single temperature sensor located in the roof of the furnace, the control method requires precise adjustment of the control action settings in order to prevent overheating of the upper layers of the metal and underheating at the bottom of the bath. The technical implementation of the device is complex and does not provide optimal control according to the criteria of speed and energy saving.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления процессом нагрева (патент РФ №2015183, кл. C21D 11/00), которое рассматривается в качестве прототипа. В рассматриваемом устройстве имеется два датчика температуры. Первый представляет собой термопару, при помощи которой измеряется температура печной атмосферы. Второй представляет собой бесконтактный датчик температуры, при помощи которого измеряется температура поверхности садки металла. Вычислительный блок устройства по измеренной температуре поверхности садки металла и по заданным теплофизическим параметрам рассчитывает температуру центра садки путем решения дифференциального уравнения теплопроводности при начальных и граничных условиях. По рассчитанной температуре центра садки металла формируется управляющее воздействие.The closest in technical essence and the achieved result is a device for controlling the heating process (RF patent No. 2015183, class C21D 11/00), which is considered as a prototype. The device in question has two temperature sensors. The first is a thermocouple, with which the temperature of the furnace atmosphere is measured. The second is a non-contact temperature sensor, with which the surface temperature of the metal charge is measured. The computing unit of the device, based on the measured temperature of the surface of the charge of the metal and the given thermophysical parameters, calculates the temperature of the center of the charge by solving the differential heat equation under initial and boundary conditions. Based on the calculated temperature of the center of the metal cage, a control action is formed.

Недостатком устройства является во-первых, невозможность его использования в высокотемпературных газовых отражательных печах ванного типа, в связи с серьезными техническими трудностями размещения бесконтактного оборудования и непрерывного измерения температуры в агрессивной жидкометаллической среде. Сечение газовой отражательной печи представлено на фиг.1. Размещение термопар 2 возможно только в сливном кармане. Во-вторых, сигналы рассогласования в обоих контурах подаются на коммутатор через линейные регуляторы, где в зависимости от преобладающего значения коммутируются, таким образом формируется сигнал управления, который подается на исполнительный механизм. Рассматриваемое устройство управления не обеспечивает оптимальное управление по критериям быстродействия и энергопотребления. В-третьих, решение дифференциального уравнения теплопроводности в реальном времени для расчета температуры центра садки металла является избыточным, затратным по времени и может привести к неустойчивости системы регулирования в целом.The disadvantage of the device is, firstly, the impossibility of its use in high-temperature gas reflective furnaces of a bath type, due to serious technical difficulties in the placement of contactless equipment and the continuous measurement of temperature in an aggressive liquid metal environment. The cross section of a gas reflective furnace is shown in figure 1. Placing thermocouples 2 is only possible in the drain pocket. Secondly, the mismatch signals in both circuits are fed to the switch through linear regulators, where they are switched depending on the prevailing value, thus forming a control signal, which is fed to the actuator. The considered control device does not provide optimal control according to the criteria of speed and power consumption. Thirdly, solving the differential heat equation in real time to calculate the temperature of the center of the metal cage is redundant, time-consuming and can lead to instability of the control system as a whole.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства, обеспечение гарантированного достижения температуры жидкого металла по глубине ванны за минимально возможное время при минимальном энергопотреблении, упрощение устройства.The technical result of the invention is to increase the speed of the device, ensuring guaranteed achievement of the temperature of the molten metal along the depth of the bath for the minimum possible time with minimal energy consumption, simplification of the device.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство содержит датчик температуры поверхностного слоя металла, датчик температуры металла на дне ванны, задатчик температуры поверхностного слоя металла, задатчик температуры металла на дне ванны, сумматор с коэффициентом, в котором первый и второй входы подключены к выходу датчика температуры поверхностного слоя металла и выходу задатчика температуры поверхностного слоя металла, сумматор с коэффициентом, в котором первый и второй входы подключены к выходу датчика температуры металла на дне ванны и выходу задатчика температуры металла на дне ванны, сумматор, в котором входы подключены к выходами сумматоров с коэффициентами, релейный регулятор вход которого соединен с выходом сумматора, блок формирования задержанной обратной связи, вход которого подключен к выходу датчика температуры поверхностного слоя, и сумматор, у которого первый вход подключен к выходу релейного регулятора, второй - к блоку формирования задержанной обратной связи, а выход - к управляемому силовому преобразователю, управляемый силовой преобразователь, выход которого управляет горелками газовой отражательной печи.The technical result is achieved by the fact that the proposed device contains a temperature sensor of the surface metal layer, a metal temperature sensor at the bottom of the bath, a temperature sensor of the surface metal layer, a metal temperature sensor at the bottom of the bath, an adder with a coefficient in which the first and second inputs are connected to the output of the temperature sensor the surface layer of metal and the output of the temperature setter of the surface layer of metal, an adder with a coefficient in which the first and second inputs are connected to the output of the temperature sensor metal at the bottom of the bath and the output of the metal temperature setter at the bottom of the bath, an adder in which the inputs are connected to the outputs of the adders with coefficients, a relay controller whose input is connected to the output of the adder, a delayed feedback generating unit, the input of which is connected to the output of the surface temperature sensor , and the adder, in which the first input is connected to the output of the relay controller, the second to the delayed feedback generation unit, and the output to the controlled power converter controlled by power converter, whose output controls the gas burners reverberatory furnace.

Устройство изображено на фиг.2, где представлена его блок схема. Устройство содержит (фиг.2) задатчик температуры поверхностного слоя металла 1, сумматоры с коэффициентами 2 и 11, блок формирования задержанной обратной связи 3, датчик температуры поверхностного слоя металла 4, сумматоры 5 и 7, релейный регулятор 6, управляемый силовой преобразователь 8, распределенный объект управления 9, в качестве которого понимается распределенная температура жидкого металла в ванне газовой отражательной печи, задатчик температуры металла на дне ванны 10, датчик температуры металла на дне ванны 12.The device is shown in figure 2, which presents its block diagram. The device comprises (FIG. 2) a temperature adjuster for the surface layer of metal 1, adders with coefficients 2 and 11, a delay feedback generating unit 3, a temperature sensor for the surface layer of metal 4, adders 5 and 7, a relay controller 6, a controlled power converter 8, distributed control object 9, which is understood as the distributed temperature of the liquid metal in the bath of a gas reflective furnace, a metal temperature setter at the bottom of the bath 10, a metal temperature sensor at the bottom of the bath 12.

Устройство работает следующим образом, в момент включения устройства сигнал с датчика температуры поверхностного слоя металла 4 вычитается из сигнала задатчика температуры поверхностного слоя металла 1 в сумматоре 2, разность сигналов с весом c1 поступает на первый вход сумматора 5, сигнал датчика температуры металла на дне ванны 12 вычитается из сигнала задатчика температуры металла на дне ванны 10 в сумматоре 11, разность сигналов с весом c2 поступает на второй вход сумматора 5, сигнал с выхода сумматора 5 поступает на релейный регулятор 6. Подобное соединение элементов позволяет реализовать закон управления в устройстве следующим образом:The device operates as follows, at the moment the device is turned on, the signal from the temperature sensor of the surface metal layer 4 is subtracted from the signal of the temperature setter of the surface metal layer 1 in the adder 2, the difference of the signals with weight c 1 is fed to the first input of the adder 5, the signal of the metal temperature sensor at the bottom of the bath 12 is subtracted from the signal of the metal temperature setter at the bottom of the bath 10 in the adder 11, the difference of the signals with weight c 2 is supplied to the second input of the adder 5, the signal from the output of the adder 5 is fed to the relay controller 6. A good connection of elements allows you to implement the control law in the device as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- функция переключения;
Figure 00000003
 ,
Figure 00000004
 - расчетное значение температуры в конечный момент оптимального процесса управления; T1, T2 - текущее значение температуры жидкого металла в ванной печи в двух точках по глубине; c1, c2 - постоянные коэффициенты. Расчетное значение температуры в конечный момент оптимального управления
Figure 00000005
 задается в задатчике температуры поверхностного слоя металла 1, а
Figure 00000006
 задается в задатчике температуры металла на дне ванны 10. Функция переключения S1(T1,T2) реализуется в сумматорами 2, 5 и 11. Релейный регулятора 6 формирует выходной сигнал Qmax=1 при функции переключения S1(T1,T2)>0 и Qmin=0 при S1(T1,T2)<0. Постоянные коэффициенты c1 и c2 рассчитываются в случае S1(T1,T2)=0, при значениях температур конечного распределения, полученных в результате решения системы дифференциальных уравнений с граничными и начальными условиями. На графике (фиг.3) представлен вид управляющего воздействия. На интервале времени от 0 до t1 действует максимальное управляющее воздействие Qmax=1. На интервале времени от t2 до t3 действует минимальное управляющее воздействие Qmin=0. Промежуточный интервал времени от t1 до t2 необходим для ограничения температуры поверхностного слоя металла на допустимом уровне, то есть исключается перегрев поверхности жидкого металла. Управление на промежуточном интервале формируется на выходе сумматора 7 при подаче на первый вход максимального управляющего воздействия с выхода релейного регулятора 6 и при подаче на второй вход управляющего сигнала с блока формирования задержанной обратной связи 3. Блок формирования задержанной обратной связи 3 работает только на интервале времени t1-t2, он формирует задержанный экспоненциальный сигнал вычитаемый из максимального управляющего воздействия в сумматоре 7. Моментом запуска формирования управления блоком формирования задержанной обратной связи 3 считается превышение сигнала температуры поверхностного слоя металла допустимого уровня, величина которого считается фиксированной и задается при проектировании. Формируемый с выхода сумматора 7 управляющий сигнал (фиг.3) подается на управляемый силовой преобразователь 8, который управляет газовыми грелками в распределенном объекте управления 9, нагревая жидкий металл в ванне газовой отражательной печи.Where
Figure 00000002
 - switching function;
Figure 00000003
 ,
Figure 00000004
 - the calculated temperature at the final moment of the optimal control process; T 1 , T 2 - the current value of the temperature of the liquid metal in the bath furnace at two points in depth; c 1 , c 2 are constant coefficients. The calculated value of the temperature at the final moment of optimal control
Figure 00000005
 is set in the temperature setter of the surface layer of the metal 1, and
Figure 00000006
 is set in the metal temperature setter at the bottom of the bath 10. The switching function S 1 (T 1 , T 2 ) is implemented in the adders 2, 5 and 11. The relay controller 6 generates an output signal Q max = 1 with the switching function S 1 (T 1 , T 2 )> 0 and Q min = 0 for S 1 (T 1 , T 2 ) <0. The constant coefficients c 1 and c 2 are calculated in the case S 1 (T 1 , T 2 ) = 0, for the temperatures of the final distribution obtained as a result of solving a system of differential equations with boundary and initial conditions. On the graph (figure 3) presents a view of the control action. On the time interval from 0 to t 1 the maximum control action Q max = 1. On the time interval from t 2 to t 3 the minimum control action Q min = 0. An intermediate time interval from t 1 to t 2 is necessary to limit the temperature of the surface layer of the metal to an acceptable level, that is, overheating of the surface of the liquid metal is excluded. The control at the intermediate interval is formed at the output of the adder 7 when the maximum control action from the output of the relay controller 6 is supplied to the first input and when the control signal is supplied to the second input from the delayed feedback generating unit 3. The delayed feedback generating unit 3 works only on the time interval t 1 -t 2, it generates an exponential delayed signal is subtracted from the maximum manipulated variable in the adder 7. The time of start of formation control forming unit aderzhannoy feedback excess of 3 is considered an acceptable level of the surface layer metal temperature signal, the magnitude of which is considered fixed and defined in the design. The control signal generated from the output of the adder 7 (Fig. 3) is supplied to a controlled power converter 8, which controls gas heaters in a distributed control object 9, heating liquid metal in a bath of a gas reflective furnace.

Вся система управления обладает высоким быстродействием вследствие того, что все расчеты коэффициентов оптимального управления выполняются на этапе проектирования, и в процессе установки системы управления возможны корректировки на реальном промышленном объекте управления. Реализуемый алгоритм управления обеспечивает оптимальное управление по совокупности критериев быстродействия и энергосбережения, при условии ограничения на максимальную температуру поверхности жидкого металла в ванне печи.The entire control system has high speed due to the fact that all calculations of the optimal control coefficients are performed at the design stage, and during the installation of the control system, adjustments are possible at a real industrial control facility. The implemented control algorithm provides optimal control according to the set of performance and energy saving criteria, provided that the maximum surface temperature of the liquid metal in the furnace bath is limited.

Claims (1)

Устройство для автоматического управления процессом нагрева жидкого металла в газовой отражательной печи, содержащее два датчика температуры, два задатчика температуры и управляемый силовой преобразователь, отличающееся тем, что один датчик температуры размещен в поверхностном слое металла, а другой датчик температуры - на дне ванны печи, один задатчик температуры предназначен для датчика температуры поверхностного слоя металла, а другой - для температуры металла на дне ванны, в него введен сумматор с коэффициентом, в котором первый и второй входы подключены к выходу датчика температуры поверхностного слоя металла и выходу задатчика температуры поверхностного слоя металла, сумматор с коэффициентом, в котором первый и второй входы подключены к выходу датчика температуры металла на дне ванны и выходу задатчика температуры металла на дне ванны, сумматор, в котором входы подключены к выходам сумматоров с коэффициентами, релейный регулятор, вход которого соединен с выходом сумматора, блок формирования задержанной обратной связи, вход которого подключен к выходу датчика температуры поверхностного слоя, и сумматор, у которого первый вход подключен к выходу релейного регулятора, второй - к блоку формирования задержанной обратной связи, а выход - к управляемому силовому преобразователю. A device for automatically controlling the process of heating liquid metal in a gas reflective furnace, containing two temperature sensors, two temperature sensors and a controlled power converter, characterized in that one temperature sensor is located in the surface layer of the metal, and the other temperature sensor is at the bottom of the furnace bath, one the temperature setter is designed for a temperature sensor of the surface layer of the metal, and the other for the temperature of the metal at the bottom of the bath, an adder with a coefficient in which the first and the second inputs are connected to the output of the temperature sensor of the surface metal layer and the output of the temperature sensor of the surface metal layer, an adder with a coefficient in which the first and second inputs are connected to the output of the metal temperature sensor at the bottom of the bath and the output of the metal temperature sensor at the bottom of the bath, the adder in which the inputs are connected to the outputs of the adders with coefficients, a relay controller, the input of which is connected to the output of the adder, the unit for the formation of delayed feedback, the input of which is connected to the output of the sensor The temperature of the surface layer, and an adder whose first input is connected to the output of the controller relay, and the second - to block formation of the delayed feedback, and an output - to a controllable power converter.
RU2012123931/02A 2012-06-08 2012-06-08 Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace RU2497957C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123931/02A RU2497957C1 (en) 2012-06-08 2012-06-08 Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123931/02A RU2497957C1 (en) 2012-06-08 2012-06-08 Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2497957C1 true RU2497957C1 (en) 2013-11-10

Family

ID=49683142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123931/02A RU2497957C1 (en) 2012-06-08 2012-06-08 Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2497957C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015183C1 (en) * 1991-05-12 1994-06-30 Центральный научно-исследовательский институт материалов Heating process control device
RU2030462C1 (en) * 1992-02-10 1995-03-10 Евгения Валерьяновна Захарова Automatic control system for indirect radiation mode of heating periodic-action furnace
RU2068006C1 (en) * 1994-12-05 1996-10-20 Акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат" Method to control metal heating in flame heating furnace
RU2076465C1 (en) * 1992-12-18 1997-03-27 Самарский государственный технический университет Temperature controller used at induction heating
RU73668U1 (en) * 2007-07-16 2008-05-27 Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК") SYSTEM OF TWO-LEVEL REGULATION BY THE HEAT PROCESS OF THE HEATING FURNACE
RU104002U1 (en) * 2010-12-14 2011-04-27 Роберт Викторович Минеев AC ELECTRIC ARC CONTROL DEVICE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015183C1 (en) * 1991-05-12 1994-06-30 Центральный научно-исследовательский институт материалов Heating process control device
RU2030462C1 (en) * 1992-02-10 1995-03-10 Евгения Валерьяновна Захарова Automatic control system for indirect radiation mode of heating periodic-action furnace
RU2076465C1 (en) * 1992-12-18 1997-03-27 Самарский государственный технический университет Temperature controller used at induction heating
RU2068006C1 (en) * 1994-12-05 1996-10-20 Акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат" Method to control metal heating in flame heating furnace
RU73668U1 (en) * 2007-07-16 2008-05-27 Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК") SYSTEM OF TWO-LEVEL REGULATION BY THE HEAT PROCESS OF THE HEATING FURNACE
RU104002U1 (en) * 2010-12-14 2011-04-27 Роберт Викторович Минеев AC ELECTRIC ARC CONTROL DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102121755A (en) Heating control method for constant temperature gas water heater
CN106037506A (en) Control method and control device of electric oven and electric oven
CN103397171A (en) Method for determining furnace-temperature set value of billet heating furnace
RU2691819C1 (en) Steel sheet temperature control device and temperature control method
CN109128453A (en) A kind of device monitored in real time and control welding deformation
CN109182731A (en) A kind of high-carbon-chromium bearing steel continuous casting billet method for heating and controlling based on temperature-time control
MX2017016165A (en) Fast response heaters and associated control systems used in combination with metal treatment furnaces.
RU2497957C1 (en) Automatic control device of liquid metal heating process in gas-fired reverberatory furnace
CN102455134A (en) Automatic temperature regulating system for constant temperature furnace
US20150352635A1 (en) Method, Controller And Tundish Control System For A Continuous Casting Process
CN101887275A (en) High-precision temperature control method
EP2071262B1 (en) Method for heating in an industrial furnace
Kuvaldin et al. Development of relay control systems of power and temperature mode of induction crucible furnaces with use of physical modeling
RU158317U1 (en) RESISTANCE TEMPERATURE REGULATOR OF RESISTANCE VACUUM ELECTRIC FURNACE USING THE HEAT FLOWS MODEL
JP5117236B2 (en) Apparatus for controlling soaking of flat plate member and method for controlling the same
CN105467837B (en) Control device and control method
Andreev et al. Evaluation of constraints influence on optimal control of billet heating before rolling
JPS5822325A (en) Optimum control means for heating oven for bloom
TWI544196B (en) Method for automatically controlling temperature of continuous reheating furnace
JP2018119700A (en) Heating device inside refractory vessel and heating method
RU2553147C2 (en) System of automatic control of metal heating in heating furnaces of discontinuous operation
Hadała et al. Analysis of the slab temperature, thermal stresses and fractures computed with the implementation of local and average boundary conditions in the secondary cooling zones
RU130419U1 (en) RESISTANCE ELECTRIC FURNACE TEMPERATURE REGULATOR (OPTIONS)
Panishev et al. Modernization of Chamber Furnace Electric Equipment
JP7050616B2 (en) Control device and control method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140609