RU2630160C2 - Electric mode automatic control system of melting facility with two electric heating sources using smart control sensor of melting metal aggregate state - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: electric mode automatic control system of a melting facility provided with arc heating source and resistance heaters comprise an arc source control line including a power source configured to supply voltage to crown and hearth electrodes through a current controller and current conductors. The system also includes a resistance heater control line including a thyristor voltage regulator connected to the resistance heaters, a video image device for fixing surface of the melting metal with a sensor for controlling its aggregate state. The system includes a microprocessor unit configured to shut off the arc source control line at the time of complete melting of the charge based on signal from said control sensor and connecting the resistance heater control line.

EFFECT: improved regulation quality when material is heated in furnace.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электрометаллургии и решает задачу управления режимом работы печного агрегата, содержащего в себе графитированный электрод, пропущенный через свод корпуса, подовый электрод, пропущенный через корпус, нагреватели сопротивления, встроенные в футеровку, источник электропитания электрически связанный с регулятором тока, графитированным и подовым электродами. Данный плавильный агрегат может быть использован для переплава металлического лома в виде слитков цветных сплавов (в частности алюминия). The invention relates to electrometallurgy and solves the problem of controlling the operating mode of a furnace unit containing a graphite electrode passed through a body arch, a hearth electrode passed through the body, resistance heaters built into the lining, an electrical power source electrically connected to a current regulator, graphite and hearth electrodes . This melting unit can be used for remelting scrap metal in the form of ingots of non-ferrous alloys (in particular aluminum).

Известна система автоматического управления на базе регулятора режима дуговой печи, содержащий элемент измерения режима, элемент сравнения, задающий элемент, усилительный элемент, исполнительный двигатель, механизм перемещения электрода дуговой электропечи, состоящей из ванны с шихтой и электрода. Система также снабжена измерителем промежутка между торцом электрода и шихтой в печи, элементом выделения направления движения электрода, блоком умножения, сумматором, элементом задания ползучей скорости, ключевым элементом и пороговым элементом (Регулятор режима дуговой печи, патент на полезную модель №110582 U1 МПК Н05В 7/148, G05F 1/02, опубликовано 20.11.2011 Бюл. №32).A known automatic control system based on an arc furnace mode controller, comprising a mode measurement element, a comparison element, a driver, an amplifying element, an actuator, a mechanism for moving an electrode of an electric arc furnace, consisting of a bath with a charge and an electrode. The system is also equipped with a gap meter between the end of the electrode and the charge in the furnace, an element for highlighting the direction of movement of the electrode, a multiplication unit, an adder, an element for setting the creeping speed, a key element and a threshold element (Regulator of the arc furnace mode, utility model patent No. 110582 U1 MPK Н05В 7 / 148, G05F 1/02, published November 20, 2011 Bull. No. 32).

Известна система автоматического управления на базе регулятора температуры электропечи сопротивления, содержащая задатчик температуры, соединенный выходом с суммирующим входом элемента сравнения, подключенного выходом через регулирующее устройство с информационным входом регулятора напряжения. Выход регулятора напряжения соединен с нагревателями электропечи сопротивления, снабженной датчиком температуры, связанным выходом с вычитающим входом элемента сравнения, причем силовой вход регулятора напряжения подключен к источнику питания переменного тока. Между источником питания и силовым входом регулятора дополнительно введен датчик тока, подключенный через пороговый элемент к первому входу сумматора, соединенного своим выходом с вычитающим входом элемента сравнения, причем второй вход сумматора соединен с выходом датчика температуры (Регулятор температуры электропечи сопротивления, патент на полезную модель №98602 U1, МПК G05D 23/19, опубликовано 20.10.2010 Бюл. №29).A known automatic control system based on a temperature regulator of an electric resistance furnace, comprising a temperature adjuster connected by an output to a summing input of a comparison element connected by an output through a control device to the information input of a voltage regulator. The output of the voltage regulator is connected to the heaters of the resistance electric furnace, equipped with a temperature sensor, connected to the subtracting input of the comparison element, and the power input of the voltage regulator is connected to an AC power source. An additional current sensor is connected between the power source and the regulator’s power input, which is connected through a threshold element to the first adder input connected to its subtracting input of the comparison element, and the second adder input is connected to the temperature sensor output (Resistance electric furnace temperature regulator, utility model patent No. 98602 U1, IPC G05D 23/19, published October 20, 2010 Bull. No. 29).

Системы автоматического управления построенные по структуре, указанной выше, не позволяют определить момент расплавления всей садки и как следствие синхронизировать два источника электронагрева заявленного плавильного агрегата.Automatic control systems built according to the structure indicated above do not allow determining the moment of melting of the entire charge and, as a result, synchronize two sources of electric heating of the declared melting unit.

Технический результат заключается в том, что повышается пластичность металла при плавке печи с двумя источниками электронагрева за счет того, что нагрев металла с помощью дуги прекращают в момент полного расплавления металлического лома и в дальнейшем нагрев металла с момента расплавления металлического лома до температуры разливки металла производят исключительно нагревателями сопротивления, что исключает процесс насыщения расплава атомарным кислородом дуги.The technical result is that the ductility of the metal increases when melting a furnace with two sources of electric heating due to the fact that the heating of the metal with the help of the arc is stopped at the time of complete melting of the scrap metal and further heating of the metal from the moment of melting the scrap metal to the temperature of casting of metal is carried out exclusively resistance heaters, which eliminates the process of saturation of the melt with atomic oxygen of the arc.

Для достижения технического результата предлагается система автоматического управления электрическим режимом плавильного агрегата, имеющего источник дугового нагрева и нагреватели сопротивления, содержащая контур управления источником дугового нагрева, включающий источник электропитания, выполненный с возможностью подачи напряжения на сводовый и подовый электроды через регулятор тока и токопроводы, и контур управления нагревателями сопротивления, включающий тиристорный регулятор напряжения, подключенный к нагревателям сопротивления, устройство видеофиксации изображения поверхности расплавляемого металла с датчиком контроля его агрегатного состояния и микропроцессорный блок, выполненный с возможностью отключения контура управления источником дугового нагрева в момент полного расплавления шихты по сигналу с упомянутого датчика контроля и подключения контура управления нагревателями сопротивления.To achieve a technical result, a system is proposed for automatically controlling the electric mode of a melting unit having an arc heating source and resistance heaters, comprising a control circuit for an arc heating source, including a power source configured to supply voltage to the arch and hearth electrodes through a current regulator and current conductors, and a circuit control resistor heaters, including a thyristor voltage regulator connected to resistors phenomena, a video recording device for the image of the surface of the molten metal with a sensor for monitoring its aggregate state and a microprocessor unit configured to turn off the control circuit of the source of arc heating at the time of complete melting of the charge by a signal from the control sensor and connecting a control loop of resistance heaters.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана функциональная схема установки.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a functional diagram of the installation.

Печь содержит корпус 1, образованный стальным кожухом 2, футерованный изнутри шамотной массой 3. Кожух крепится с возможностью наклона в опорах, положение его фиксируется конечными выключателями. Тигель печи герметично закрывается футерованной крышкой 4, через которую вдоль вертикальной оси перемещается в вакуумном уплотнении водоохлаждаемый стальной шток 5, на котором закреплен графитированный электрод с отверстием для подачи аргона. Стальной шток закреплен в кронштейнах и к нему подводится от выпрямителя минусовой потенциал.The furnace contains a housing 1 formed by a steel casing 2, lined with chamotte material inside. The casing is mounted with the possibility of tilting in the supports, its position is fixed by limit switches. The furnace crucible is hermetically closed by a lined lid 4, through which a water-cooled steel rod 5 is moved along a vertical axis in a vacuum seal, onto which a graphite electrode with an argon feed hole is fixed. The steel rod is fixed in brackets and the negative potential is supplied to it from the rectifier.

В нижней части кожуха закреплен водоохлаждаемый подовый электрод 6 к которому подводится плюсовой потенциал от выпрямителя.In the lower part of the casing, a water-cooled hearth electrode 6 is fixed to which the positive potential from the rectifier is supplied.

Также в футеровку печи 3 вмонтирован спиральный нагреватель из нихрома 7, допускаемая температура которого 1150°С. От однофазной сети напряжением 220 В питание на нагреватель поступает через однофазный тиристорный регулятор напряжения РНТО (8), который позволяет плавно менять мощность спирали. Заданная температура футеровки автоматически поддерживается тепловым регулятором ВРТ.Also in the lining of the furnace 3 is mounted a spiral heater made of nichrome 7, the permissible temperature of which is 1150 ° C. From a single-phase network with a voltage of 220 V, the heater receives power through a single-phase thyristor voltage regulator RNTO (8), which allows you to smoothly change the power of the spiral. The set lining temperature is automatically maintained by the VRT thermal controller.

Определение агрегатного состояние расплавляемого материала осуществляется с помощью интеллектуального датчика 17, контролирующего текущее агрегатное состояние расплавляемого металла путем фиксации видеоизображения поверхности расплавляемого металла 11 и его обработки по разработанному специализированному алгоритму, основанному на анализе изменения морфологии поверхности металла. В процессе плавки слитки металла при переходе из твердого агрегатного состояния в жидкое агрегатное состояние изменяют свою форму (металл «растекается»). При полном расплавлении алюминий старается занять все пустоты и поверхность металла становится однородной.Determination of the aggregate state of the molten material is carried out using an intelligent sensor 17 that monitors the current aggregate state of the molten metal by capturing a video image of the surface of the molten metal 11 and processing it according to the developed specialized algorithm based on the analysis of changes in the morphology of the metal surface. During the melting process, metal ingots change their shape upon transition from a solid state of aggregation to a liquid state of aggregation (metal “spreads”). With full melting, aluminum tries to occupy all the voids and the surface of the metal becomes homogeneous.

Процесс обработки видеоизображения поверхности расплавляемого металла по разработанному специализированному алгоритму разделен на несколько шагов:The process of processing video images of the surface of the molten metal according to the developed specialized algorithm is divided into several steps:

шаг 1: чтение двух последовательных изображений с устройства видеофиксацииstep 1: read two consecutive images from the video capture device

шаг 2: получение разностного изображенияstep 2: obtaining a differential image

шаг 3: бинаризация разностного изображения по заданному порогуstep 3: binarization of the differential image at a given threshold

шаг 4: подсчет масштаба области с выявленным изменением поверхностиstep 4: counting the scale of the area with the detected surface change

шаг 5: оценка статичности изображения. Если изображение нестатично, то чтение изображения с устройства видеофиксации и переход к шагу 2, если изображение статично, то переход к шагу 6Step 5: Evaluate the static image. If the image is not static, then reading the image from the video capture device and proceeding to step 2; if the image is static, then proceeding to step 6

шаг 6: формирование сигнала «Металл расплавился» и передача сигнала в контроллер.Step 6: Signal formation “Metal has melted” and signal transmission to the controller.

На основании непрерывного анализа полученных изображений интеллектуальный датчик выявляет момент перехода твердой шихты в расплавленное состояние и формирует сигнал "Металл расплавился". Контроллер (9) при получении данного сигнала отключает электрический контур дугового нагрева.Based on a continuous analysis of the images obtained, the smart sensor detects the moment of transition of the solid charge into the molten state and generates a signal “Metal has melted”. The controller (9), upon receipt of this signal, turns off the electric circuit of the arc heating.

Рассматриваемая система автоматического управления, содержащая в себе автоматический тепловой регулятор, позволяет вывести печной агрегат на необходимый тепловой режим перед началом плавки. Далее с помощью энергии дуги постоянного тока расплавить металл и в момент перехода в жидкое агрегатное состояние, отключить дугу. Это позволит не допустить насыщение жидкого металла атомарным кислородом дуги. Это можно объяснить тем, что в момент плавки дугой металл прогревается равномерно по всему объему, в том числе в местах соприкосновения с футеровкой. После полного расплавления металла дугу отключают. До необходимой температуры металл доводят с помощью нагревателей сопротивления.The automatic control system under consideration, which contains an automatic thermal regulator, allows you to bring the furnace unit to the required thermal mode before starting melting. Then, using the energy of the DC arc, melt the metal and, at the moment of transition to the liquid state of aggregation, turn off the arc. This will prevent the saturation of the liquid metal with atomic oxygen of the arc. This can be explained by the fact that at the time of melting with an arc the metal warms up uniformly throughout the volume, including in places of contact with the lining. After complete melting of the metal, the arc is turned off. The metal is brought to the required temperature using resistance heaters.

Алгоритм работы системы управления печи можно описать следующим образом. В первоначальный момент времени при закрытой сводовой крышке 4 подают питание на тиристорный регулятор напряжения 8, который подключен к нагревателям сопротивления 7. С помощью микропроцессорного блока 9 задают необходимую температуру для теплового регулятора 8 (выше температуры плавления металла), которая будет автоматически им поддерживаться.The operation algorithm of the furnace control system can be described as follows. At the initial time, with the vault cover 4 closed, power is supplied to the thyristor voltage regulator 8, which is connected to resistance heaters 7. Using the microprocessor unit 9, the required temperature for the heat regulator 8 (above the melting temperature of the metal) is set, which will be automatically supported by it.

После достижения заданной температуры тепловой регулятор 8 передает информацию микропроцессорному блоку 9 о завершении данной стадии, поле чего следует светозвуковой сигнал. Сигнал пропадает после поднятия сводовой крышки 4. На подину печи загружают металл (слитки). Слитки загружают так, чтобы они образовывали теплотехнически "толстое" тело. После опускания крышки 4, через сводовый электрод 5 со сквозным осевым отверстием подают поток газа в межэлектродный промежуток 10. Сводовый электрод опускают вниз до возникновения электрического контакта между ним и слитками металла 11. Включают источник электропитания 12 с подачей напряжения на сводовый и подовый электроды, через регулятор тока 13 и токопроводы 14, расположенные под подиной печи. Плавление шихты осуществляют дугой, возникающей при протекании тока через замкнутую электрическую цепь, включающую сводовый электрод 5, межэлектродный промежуток 10, шихту 11, образующийся расплав, подовый электрод 6, токопроводы 14, регулятор тока 13 и источник электропитания 12. Управление изменением тока на регуляторе тока осуществляется с помощью микропроцессорного блока 9. Также в задачу микропроцессорного блока входит управление длиной дуги путем формирования управляющего воздействия для управляемого реверсивного преобразователя 15, который подключен к электродвигателю механизма перемещения 16 электрода 5.After reaching the set temperature, the thermal controller 8 transmits information to the microprocessor unit 9 about the completion of this stage, the field of which follows a light and sound signal. The signal disappears after raising the vault cover 4. Metal (ingots) is loaded onto the hearth of the furnace. The ingots are loaded so that they form a thermotechnically "thick" body. After lowering the cover 4, through the arch electrode 5 with a through axial hole, a gas stream is fed into the interelectrode gap 10. The arch electrode is lowered down until electrical contact between it and the metal ingots 11 is turned on. The power supply 12 is turned on with voltage applied to the arch and hearth electrodes, current regulator 13 and conductors 14 located under the hearth of the furnace. The melting of the charge is carried out by an arc that occurs when current flows through a closed electric circuit, including a vault electrode 5, an interelectrode gap 10, a charge 11, a molten electrode, a baking electrode 6, current leads 14, a current regulator 13, and a power source 12. Current control on a current regulator is carried out using a microprocessor unit 9. Also, the task of the microprocessor unit is to control the length of the arc by forming a control action for the controlled reversible Converter 15, otorrhea connected to the motor 16, the electrode displacement mechanism 5.

При плавке однокусковой шихты и подобранном токе дуги на поверхности слитка не образовывается жидкая ванна, т.е. вся шихта единовременно переходит в жидкое состояние. Момент перехода фиксируется с помощью интеллектуального датчика (17). Данные о моменте полного расплавления с интеллектуального датчика, поступают вход микропроцессорного блока 9.When melting a single-charge mixture and a selected arc current, a liquid bath does not form on the surface of the ingot, i.e. the entire mixture passes into a liquid state at a time. The moment of transition is recorded using an intelligent sensor (17). Data on the moment of complete melting from an intelligent sensor, the input of the microprocessor unit 9 is received.

Микропроцессорный блок 9 отключает подачу напряжения на сводовый и подовый электроды. Дальнейший нагрев металла до температуры разливки осуществляют с помощью нагревателей сопротивления.The microprocessor unit 9 cuts off the voltage supply to the vault and hearth electrodes. Further heating of the metal to the casting temperature is carried out using resistance heaters.

Claims (1)

Система автоматического управления электрическим режимом плавильного агрегата, имеющего источник дугового нагрева и нагреватели сопротивления, содержащая контур управления источником дугового нагрева, включающий источник электропитания, выполненный с возможностью подачи напряжения на сводовый и подовый электроды через регулятор тока и токопроводы, и контур управления нагревателями сопротивления, включающий тиристорный регулятор напряжения, подключенный к нагревателям сопротивления, устройство видеофиксации изображения поверхности расплавляемого металла с датчиком контроля его агрегатного состояния и микропроцессорный блок, выполненный с возможностью отключения контура управления источником дугового нагрева в момент полного расплавления шихты по сигналу с упомянутого датчика контроля и подключения контура управления нагревателями сопротивления.A system for automatically controlling the electric mode of a melting unit having an arc heating source and resistance heaters, comprising an arc heating source control circuit including an electric power source configured to supply voltage to the arch and hearth electrodes through a current regulator and current conductors, and a resistance heater control circuit including thyristor voltage regulator connected to resistance heaters, video surface recording device the molten metal with a sensor for monitoring its state of aggregation and a microprocessor unit configured to turn off the control circuit of the source of arc heating at the time of complete charge melting by a signal from the control sensor and connecting a control loop of resistance heaters.

Images