Устройство для управления индукционным тигельным миксером
Предлагаемое техническое решение относится к средствам выдержки расплавов металлов перед разливкой в индукционных тигельных миксерах и может быть использовано в металлургии и машиностроении для управления температурой расплава в индукционных тигельных миксерах. Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении точности регулирования (поддержания) температуры расплава в миксере, увеличении надежности и срока службы оборудования. Поставленная техническая задача решается тем, что известное устройство, содержащее вычислительное устройство, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик уровня расплава, подключенный к первому входу вычислительного устройства, согласно полезной модели, дополнительно снабжено датчиком полного сопротивления индуктора, включающим блок деления, выход которого подключен ко второму входу вычислительного устройства, датчик напряжения, включенный параллельно индуктору и соединенный своим выходом с первым входом блока деления, и датчик тока, подключенный последовательно с индуктором и соединенный своим выходом со вторым входом блока деления, при этом вычислительное устройство рассчитывает текущую температуру расплава по введенной в память зависимости температуры расплава от полного сопротивления индуктора и уровня расплава и осуществляет визуализацию технологического процесса выдержки расплава. 1 илл.
Предлагаемое техническое решение относится к средствам выдержки расплавов металлов перед разливкой в индукционных тигельных миксерах и может быть использовано в металлургии и машиностроении для управления температурой расплава в индукционных тигельных миксерах.
Известно устройство (Гитгарц Д.А. Автоматизация плавильных электропечей с применением микро-ЭВМ. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -С.127-128), содержащее тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик активной мощности, погружной термоэлектрический датчик для периодического измерения температуры и цифровую ЭВМ, осуществляющую расчет температуры расплава по данным об активной мощности и количестве металла в тигле с коррекцией по результатам периодических измерений температуры.
Данное устройство обладает следующими недостатками:
Срок службы термоэлектрических датчиков температуры, даже при кратковременном их погружении в расплав, невелик вследствие высоких температур и агрессивной среды расплава.
Точность измерения температуры расплава термоэлектрическими датчиками снижается в условиях достаточно сильного электромагнитного поля в индукционных миксерах.
Точность косвенной оценки температуры может оказаться недостаточной вследствие пренебрежения влиянием уровня расплава в тигле на тепловые и электрические потери.
Наиболее близким к предлагаемому авторами решению является устройство (патент на полезную модель 
75129, Б.И. 20, 2008), содержащее цифровую ЭВМ, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик активной мощности, датчик уровня расплава в тигле, включающий блок деления, датчик напряжения и датчик тока. Данное устройство использует косвенную оценку температуры расплава и обеспечивает перегрев и выдержку расплава при температуре перегрева, а также его длительное хранение в миксере.
Основными недостатками данного устройства являются накопление ошибки при вычислении температуры расплава и отсутствие визуализации технологического процесса выдержки расплава.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении точности регулирования (поддержания) температуры расплава в миксере, увеличении надежности и срока службы оборудования, визуализации технологического процесса.
Поставленная техническая задача решается тем, что известное устройство, содержащее вычислительное устройство, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик уровня расплава, подключенный к первому входу вычислительного устройства, согласно полезной модели, дополнительно снабжено датчиком полного сопротивления индуктора, включающим блок деления, выход которого подключен ко второму входу вычислительного устройства, датчик напряжения, включенный параллельно индуктору и соединенный своим выходом с первым входом блока деления, и датчик тока, подключенный последовательно с индуктором и соединенный своим выходом со вторым входом блока деления.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит тигель 1 с подогреваемым расплавленным металлом 2, помещенный внутрь индуктора 3. Индуктор 3 подключен к выходу источника питания 4, имеющего вход задания напряжения 5. В качестве источника питания 4 может использоваться трансформатор с переключателем ступеней напряжения, электромеханический или статический преобразователь. Параллельно индуктору 3 подключена конденсаторная батарея 6. Вход задания напряжения 5 источника питания 4 соединен с выходом вычислительного устройства 7. В устройстве предусмотрены датчик уровня расплава 8, подключенный своим выходом к первому входу вычислительного устройства 7, и датчик полного сопротивления 9 индуктора.
Датчик полного сопротивления 9 выполнен в виде датчика 10 тока индуктора 3, датчика 11 напряжения на индукторе 3 и блока деления 12, соединенного своим первым входом с выходом датчика 11 напряжения, вторым входом - с выходом датчика 10 тока, а выходом, который является выходом блока деления 12, - со вторым входом вычислительного устройства 7. При этом датчик тока 10 подключен последовательно к индуктору 3, а датчик напряжения 11 подключен параллельно индуктору 3.
Вычислительное устройство 7 соединено своим выходом с входом устройства визуализации 13 технологического процесса.
Устройство работает следующим образом.
Подогрев металла 2 в тигле 1 осуществляется за счет токов проводимости, возникающих при проникновении в металл электромагнитной волны, сформированной индуктором 3. Компенсацию реактивной мощности тигля с расплавленным металлом и индуктора, образующих миксер, осуществляет конденсаторная батарея 6.
Вычислительное устройство 7 осуществляет расчет температуры расплава на основании введенной в память зависимости температуры расплава от полного сопротивления индуктора и уровня расплава в тигле.
Уровень расплава в тигле измеряется тензорезистивным датчиком 8. Вычислительное устройство 7 получает значение полного сопротивления индуктора с выхода блока деления 12.
При превышении температуры расплава, рассчитанной вычислительным устройством 7, заданного значения вычислительное устройство 7 уменьшает сигнал задания напряжения Uз источника питания 4, что приводит к уменьшению потребляемой мощности и, следовательно, температуры расплава. При значении температуры расплава, рассчитанном вычислительным устройством 7, меньшем, чем заданное значение, вычислительное устройство 7 увеличивает сигнал задания напряжения источника питания 4, что приводит к увеличению потребляемой мощности и, следовательно, температуры расплава. Таким образом осуществляется стабилизация температуры расплава во времени.
Визуализация технологического процесса осуществляется устройством визуализации 13, на экран которого выводятся текущие значения массы и температуры металла в тигле.
Использованные технические решения позволяют уточнить определение температуры расплава за счет исключения накопления ошибки при вычислении температуры, повысить качество регулирования, осуществить визуализацию технологического процесса.
Устройство для управления индукционным тигельным миксером, содержащее вычислительное устройство, тигель с подогреваемым металлом, индуктор, источник питания с входом задания напряжения, датчик уровня расплава, подключенный к первому входу вычислительного устройства, отличающееся тем, что введен датчик полного сопротивления индуктора, включающий блок деления, выход которого подключен ко второму входу вычислительного устройства, датчик напряжения, включенный параллельно индуктору и соединенный своим выходом с первым входом блока деления, и датчик тока, подключенный последовательно с индуктором и соединенный своим выходом со вторым входом блока деления.
