7. Автоматизация основных операций нагрева и теплового режима

Необходимость автоматизации теплового режима термических и нагревательных печей вызвана следующими требованиями:

а) обеспечением необходимой температуры садки в соответствии с заданным графиком нагрева или термообработки;

б) экономичным использованием источника тепла;

в) обеспечением необходимой производительности печи;

г) безопасной работой печи.

При выборе средств контроля и регулирования следует учиты­вать динамические и статистические характеристики печи как объ­екта регулирования, характер возмущающих воздействий на тепло­вой режим, диапазон изменения тепловой нагрузки и температуры, технологические условия, степень механизации и характер работы механизмов печи.

Применяемые в настоящее время системы автоматического ре­гулирования теплового режима термических и нагревательных пе­чей периодического и непрерывного действия включают следую­щие основные блоки:

а) регулирования температуры в рабочем пространстве печи и отдельных ее зонах.

Регулирование температуры рабочего пространства

В термических и нагревательных печах используют следующие струк­турные схемы систем автоматического регулирования температуры:

1. Одноконтурные системы автоматического регулирования температуры, предусматривающие замер температуры в одной точке рабочего пространства (в центре свода) и изменение расхода энергии на всю печь.

2. Многоконтурные системы, предусматривающие автоматиче­скую стабилизацию температуры в ряде зон рабочего пространства печи, с отдельными стабилизирующими регуляторами температуры и задатчиками в каждой зоне либо с одним многоканальным регу­лятором, к которому периодически подключают термопары и ис­полнительные механизмы каждой из зон.

3. Система автоматического регулирования, в которой управле­ние режимов осуществляется по температуре поверхности садки (с оптимизатором распределения тепловой нагрузки и коррекцией стабилизируемой температуры в зонах по температуре поверхности металла или температуре одной из зон).

В настоящее время в печах применяют в основном многоконтур­ные системы автоматического регулирования температуры.

Блок автоматического регулирования температуры представлен на рис. 9.1. Импульс отбирается с помощью термопары 1а и по кабелю передается к автоматическому потенциометру 1б, затем – к регулятору температуры 1г. Сюда же поступает сигнал от задатчика предела регу­лирования 1в. На тепловом щите установлены: двухштифтовая кнопка управления исполнительным механизмом при ручном регулировании 2г, указатель положения регулирующего органа 2б и переключатель схемы с автоматического на ручное регулирование температуры печи 2в. На тепловом щите установлена сигнальная лампа HL1, позволяющая су­дить о наличии на щите регулирования температуры напряжения. На электрическом щите установлен магнитный пускатель 2а.

Рисунок 9.1 – Блок регулирования температуры.

В качестве датчиков температуры для регуляторов используют при температуре рабочего пространства печи до 1000 °С хромель-алюмелевые термопары, до 1300 °С – платинородий-платиновые, а свыше 1300 °С – платинородиевые термопары или радиационные пи­рометры. В данном случае используем платинородий-платиновые термопары, т.к. температура рабочего пространства печи равна 1400 °С. Для измерения температуры в рабочем пространстве тер­мопары вводят со стороны свода в горизонтальных печах или со сто­роны боковых стен в вертикальных печах. При этом следует стре­миться, чтобы спай термопары находился в зоне наиболее высоких температур на расстоянии 150 мм от верхней поверхности садки. Од­нако чаще на горизонтальных термических и нагревательных печах термопары вводятся по центру свода на глубину 300–500 мм от внут­ренней поверхности свода.

В системах автоматического регулирования используют регулято­ры температуры непрерывного, релейного и импульсного действия. Ниже приводятся указания по применению тех или иных регуляторов.

В термических печах периодического действия, в которых допус­кается незначительное отклонение температуры от заданной графи­ком термообработки и требуется большая равномерность нагрева садки, особенно в конце выдержки, устанавливают регуляторы тем­пературы с программным задатчиком, общим для всей печи. При этом используют регуляторы непрерывного действия типов ПИ (про­порционально-интегральные), ПИД (пропорционально-интегралъно-дифференциальные) и импульсивные. Последние применяют при отсутствии возмущений течения процесса. Двухпозиционными регу­ляторами следует пользоваться только в специализированных терми­ческих печах при небольших колебаниях расхода топлива.

Для регулирования температуры в нагревательных печах, к ко­торым предъявляют менее жесткие требования в отношении точно­сти поддержания температуры в равномерности нагрева изделий, преимущественно рекомендуются позиционные регуляторы как наиболее простые и соответствующие динамическим свойства данных печей.

Для небольших печей возможно использование двухпозицион­ных регуляторов с дополнительным подключением ступенчатого импульсивного прерывателя типа СИП-01, который является двой­ным реле времени с ртутными выключателями, позволяющими изменять продолжительность включения исполнительного механизма и время между включениями.

Регуляторы температуры воздействуют с помощью исполни­тельных механизмов на регулирующие органы [5].