(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫМ НАГРЕВОМ Изобретение относитс к области упра лени тепловыми процессами при нагреве заготовок путем передачи тепла с поверх слоев заготовки к центральным, например, при индукцион1«)М нагреве и может быть использовано дл ускоренкого достижени заданной температуры с допустимей неравномерностью по толщине заготовки перед обработкой заготовки давлением. При награве заготовок с выделением тепла в ее поверхностных сло х температура боковой поверхности заготовки растет « быстрее чем температура центра, поэтому требуетс допотштельна фаза процесса нагрева заготовки с пониженной мощностью нагрева, в течение которой температуры по толщине заготовки вьфавниваютс до заданной конечной технологической температуры с заданным перепадом . В процессе вьфавнивани тетлператур поверхностные спои заготовки, нагретые до этого выше заданной , температуры. ЗАГОТОВСЖ отдают тепло центральным сло м, нагретым до этого ниже заданной температуры. В результате температура поверхноста падает, а те пература центра растет, чем и достигаетс требуемое выравнивание температур. Известен способ управлени поверхностным нагревом заготовок, при котором нагрев ведут в два этапа, сначала при полной мощности, а затем при мощности компенсирующей тепловые потери футеровки печи . Такой способ характеризуетс большим BpeMeH vt полного цикла нагрев-выдержка, так как процесс вьфавнивагаг TsvcnepaTyp в нем зат нут. Специальные метопы управлени мощостью нагрева в интервалах непосредственого нагрева и вьфавнквани темпера-ту озвол ют сократить суммарное врем агрева заготовки по заданной темпеатуры с заданной равномерностью по олщине заготовки. 37 Известен способ управпегаш, при котором включают источник питани дл нагрева заготовки, затем его выключают и выдерживают заготовку в зоне нагрева вьгравнива при этом тегАпературу по сечению заготовки, во врем нагрева и выдержки контролируют температуру поверхности и центра заготовки -и при достижении этими температурами конечной вегаг ч ййй б ё1аданным перепадом по сечению заготовки, Выгружают заготовку. Недостатком известного способа вл етс увеличешюе врем нагрева по сравнению с мй1 ймалъ.но возможным, так как в процессе нагрева стабилизируетс значение средней температуры заготовки, а это не об зательно по физическим свойствам заготовки. Перегрев средней части заготовки над конечной температурой поз волил бы создать в заготовке за первый интервал больший запас тепла и йатем сократить врем выравнивани температур . Цепью изобретени вл етс повышени производительности путем сохфащени времени нагрева. Указанна цель достига тс за счет того, что выгружают заготовку при равенстве контролируемых температур центра и поверхности заготовки и достижениии ими при этом нижнего допустимого значени конечной тем пературы. Сущность изобретени по сн етс чер тежами, где на фиг. 1 изображены крибыё изменени во времени температур по толщине эагхэтовки без достижени темпе ратурой поверхности максимально допустимого значени ; на фиг. 2 - кривые измене и во времени температур поверхн:ости и центра при достиже-. НИИ температурой поверхности максимально допустимого значени ; на фиг. 3- конечное распределение тем ператур по толщине заготовки; на фиг. 4 заданна совокупность температур в вид лиШи в системе коо рдинат контролируемых температур и текуща траектори нагрева.- Процесс нагрева ведут до заданной температуры и два интервала управлени В первом интервале нагрева мощность нагрева поддержйвайт на максимально допустимом уровйё, а температуру повер ности перегревают откэсительно заданно температуры заготовки ,„ . Если в процессе интервала нагрева темйё атура поверхностиТп не доЬтигает тйаксймал но допустимой температуры (кри6 ) , фиг. 1 ) по уСЛОВИ ТК1 ва Тр, ( изи 1еского состо тш материала заготовки (оплавление, необрат 1мые изменени и пр.), то максимально допустима мощность нагрева определ етс максимальной мощностью нагревательнрй установки . Если же в процессе интервала нагрева температура поверхности Т достигнет максимально допустимой температуры , (крива Т ( t ), фиг. 2), то после этого максимальнодопустима мощность нагрева определ етс уровнем, обеспечивающим поддержание максимально допустимой температуры поверхности , регулирование мощности нагрева при этом производитс либо уменьщен1йе количества источника тепла (например , газа), либо изменением времени включени и отключени полной мощности нагревательной установки (например, индукционной ) , т.е. регулированием средней мощности нагрева. В течение времени интервала нагрева Т ц (фиг. 1, 2) температура поверхности Т растет быстрее температуры центра Тц . Если после достижени некоторых значений температур и Тц,(фиг. 1) закончить интервал нагрева и начать интервал выравййй&йй температур при уменьшенной мощности нагрева, то за счет отдачи тепла от более нагретых слоев заготовки к менее нагретым температура поверхности будет падать, а температура центра - расти, при этом падение температуры поверхности будет происходить и за счет потерь тепла. Процесс выравнивани температур приведет к такому состо нию , когда температуры центра и поверхности сравн$потс , при этом распределение температур по радиусу заготовлен примет вид фиг. 3, где R - радиус заготовки . Как видно, в некоторой точке вблизи noBepXHoctH при г-т имеет место максимум кривой распределе ги температур , что объ сн етс меньшей интенсивностью охлаждени слоев заготовки .при г-гVI по сравнению с поверхностью. Процесс; нагрева; слоев заготовки при приведен на фиг. 1 (крива T(t) . Х5т Т.д Tj, , но при выравнивании температур эти слои охлаждаютс медneifflee , чем поверхность, так как поверхностные слои целиком отдают свое тепло к центру и в виде потерь, а слои при г-г, не только отдают тепло, но и частично получают eix с поверхгюсти. S7 П опиольпемом способе интервал пы)- гчвии1 ашш температур проходит при огключетнюй мощности нагрева, т.е. рост температуры центра (а достижение именно этой температуры заданного значени определ ют длительность нагрева) происходит только за счет накопленного во врем интервала нагрева запаса теппа в наружных сло х. Преимущества проведени интервала выравнивани при отключениой мощности нагрева заключаетс , во-первых, в ускорении достижени равенства температур поверхности и центра и, во- вторых, в независимости процесса выравнивани температуротвозможных помех при изменении мои(ности .нагрева (изменени расхода газа, напр жени в сети). Конец второго интервала управлени и процесса нагрева в целом определ етс достижением температурой центра нижнег допустимого значени , т.е. TJCXQ-it n где Tj - заданна температура; С допустимый конечный период температур по толщине. Очевидно, что организаци окончани процесса управлени при nvf наиболее целесообразна с точки зрени ускорени нагрева, так как во-первых, поверхностные слои успел отдать весь запас тепла, т.е. длительност интервала нагрева была минимально возможной , а, во-вторых, снижение температуры поверхности до нижнего допустимого значени приводит и к снижению максиму ма конечного распределени температур (фиг. 3), т.е. величина , 2 , характеризующа неравномерность нагрева, минимально возможна . Естественио, что данный способ полезен лишь при условии gon т.е. допустимый перепад t .gon при двухинтервальном управлении воо&це достижим. Однако расчёты и эксперименты показали, что величина Е доста точно мала и в большинстве случаев тех нологические требовани к равномерности нагрева заготовок .перед обработкой давлением, вполне обеспечиваетс . Конечное значение контролируемых температур Т,, быть достигнуто в интервале выравнивани с отключенной мощностью нагрева только в том случае, если совокупность температур поверхности и центра в начале интервала выравнивани удовлетвор ют условию такого одновременного достижени . Эта совокупность может быть рассчитана по известной конечной T viпературе и известных услови х протекани 96 процесса выравнивани температур или получена экспериментально. Таких взаимосв занных значений температур поверхности и центра, при которых продесс вьгравюшани приводит к Т Т -T-ja - ,бесчисленное множество, и заданна совокупность температур может быть представлена в системе координат (фиг. 4) линий д),о, котора гЛожет быть реализована техшгческими средствами. Когда текуща траектори нагрева (фиг.4), начата в точке с координатами Ти.нач пересечет линию заданной совокупности температур Р(,)« ;.интервал нагрева закончен, а интервал выравнивани об зательно закончитс в заданной конечной точке, так как процесс выравнивани проходит при иэмененных заранее известных услови х. В то же врем прогнозировать начало интервала вьфавнивани и, следовательно, программировать процесс нагрева практически невозможно, так как переменные факторы: йачапьнйё температурь Г изменени мощности нагрева, могут существенно йзменить траекторию нагрева (пунктирные, кривые, фиг, 4). В предлагаемом способе эти переменные факторы приведут лищь к различным значени м температур начала интервала выравнивани , различным временем интервала нагрева t н и выравнивани t , но общий процесс нагрева заготовки закончйэрс в заданной точке. Суммарное врем нагрева tj + nпри этом ока; - жетс меньше, чем у известных способов, так как за счет перегрева средних с/юев заготовки (крива Tc(.t ), фиг. 1) в интервале нагрева создаетс повышенный запас тепла, и интервал вьфавнивани проходит быстрее. Реализаци способа производитс с помощью функционального блока, где задаетс найденна расчетом или экспериментально совокупность температур поверхности и центра в виде функции двух переменных. Реализаци способа может быть упрощена в случае, когда нагреватель имеет значительный запас мощности, что приводит к об зательному достижению температурой поверхности максимально допустимого значени мсхкс процессе интервала нагрева (фиг2). В этом случае при поддержании техтюлогической мощности,нагрева на MaKCHNtanbHo допустимом уровне, обеспечивающем стабтглизацию температуры пбвёрхностн п м |10коица интервала нагрева, одна из контролируемых температур извёстрШ заранее , а так как заранее известнаи совокупность температур, начина с ко , торой интервал выравтшвани ведет к задатюй -точке, то изв естна и Температура Тцд т при достижении которой дадо начинать интервал вырав1гйвани . Переменные начальные тёмйёраТуры и Мощность нагрева приведут лишь к изменению времени первого интервала управлени t , а совокупность темпера ПТР максИ Ц (фиг.2) сохранитс . Поэтому реализовать данный способ можн без достаточно сложного функционального блока по простой схеме совпадени температуры центра с заданной температурой по описанной выше совокупнсюти. Практическа реашзахш описанного способа была 1фоведена Н(Э индукщюнпноЙ печи типа ИН-8бО при Йх-йнтер1вальнЬм управлении. Нао заго1х вке диаметром 48О мм процесс нагрева вели До заданной конечно rj.... температуры 34О С. В первом интервале мощность была максимальной 2500 квт. Допустима величина отключени температуры составл ла ± 2°С. В конце первого интервала TevraepaTyp центра равн лась 282°С, а поверхности ,.4200С. --- - - Во втором интервале ис1х)Чни& пвргани отключалс . Момент окончани интервап19 определ ли по достижению температуры
п1г,Тцл -
(Риг.1