Способ управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам очистки губчатого титана вакуумной сепарацией. Техническим результатом является повышение производительности и снижение энергозатрат за счет улучшения качества регулирования температурой в зонах нагрева аппарата в течение времени ведения процесса сепарации. Технический результат достигается за счет того, что в способе управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана в аппаратах с многозонным нагревом реакционной массы нагревают реакционную массу, сравнивают сигналы датчиков температуры с заданными для каждой зоны нагрева значениями. Поддерживают температуру в каждой зоне аппарата регулятором путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателя. Измеряют текущие значения выходных сигналов регуляторов температуры указанных зон нагрева, осуществляют контроль стадий процесса по текущим значениям выходных сигналов регуляторов температуры. Перед началом процесса задают настроечные параметры регуляторов температуры каждой зоны нагрева. В ходе процесса по результатам сравнений сигналов датчиков температуры и заданных значений формируют непрерывные выходные сигналы регуляторов температуры и изменяют подводимую мощность нагрева каждой из зон аппарата пропорционально величинам текущих значений выходных сигналов соответствующих регуляторов температуры. 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к способам очистки губчатого титана вакуумной сеперацией и к управлению процессом вакуумной сеперации губчатого титана.

Известен способ управления процессом сепарации, основанный на поддержании температуры в зонах нагрева аппаратов многоканальным ректором - машиной централизованного контроля (МЦК) с одновременным измерением вакуума в аппаратах сепарации для контроля длительности и момента окончания процесса сепарации (см. Применение электронной машины централизованного управления в производстве титановой губки.- Научные труды Гиредмета. - М.: Металлургия, 1966, том 15, с.104-112.). Способ централизованного управления процессом сепарации обеспечивает повышение качества титановой губки и снижение затрат на эксплуатацию систем автоматизации.

Недостаток способа в том, что вакуум в аппаратах является случайной величиной, зависящей от работы вакуумного оборудования и герметичности аппаратов сепарации, и не характеризует однозначно состояние процесса сепарации. Это приводит к неоправданному увеличению продолжительности сепарации, вследствие чего снижается производительность процесса и увеличиваются энергозатраты.

Известен способ управления аппаратом вакуумной сепарации губчатого титана (патент РФ N 1797288), включающий измерение мощности, потребляемой каждой зоной нагрева аппарата, и поддержание температуры в указанных зонах путем изменения в пределах заданного цикла скважности импульсов включения нагревателей на выходах регуляторов температуры обратно пропорционально величинам средних за заданный интервал времени значений потребляемой мощности зон нагрева. Способ позволяет улучшить качество регулирования температуры в зонах нагрева аппарата и за счет этого повысить производительность аппарата и снизить энергозатраты.

Недостаток способа управления состоит в том, что измеряемая в процессе регулирования температуры мощность, потребляемая зонами нагрева, усредняется на достаточно больших интервалах времени, что не позволяет оперативно контролировать длительность и момент окончания процесса, в результате чего снижается производительность аппарата и увеличивается расход электроэнергии. Кроме того, для измерения потребляемой мощности необходимы дополнительные измерительные приборы, что усложняет систему управления.

Известен способ управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана (ст. Принципы построения двухуровневой АСУ процессами сепарации губчатого титана.- НТБ Цветная металлургия, 1983, N13, с.33-35) в аппаратах с многозонным нагревом реакционной массы, включающий нагрев реакционной массы, поддержание температуры в каждой зоне аппарата путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателя, измерение текущих значений выходных сигналов регуляторов температуры указанных зон нагрева, контроль стадий процесса сепарации по текущим значениям выходных сигналов регуляторов температуры.

Для проведения процесса сепарации осуществляют предварительный нагрев реакционной массы до заданной температуры зон нагрева аппарата. Заданную температуру в зонах аппарата при испарении из реакционной массы магния и хлорида магния поддерживает многокальнальный регулятор (машина централизованного контроля МЦК) путем изменения подводимой мощности нагрева регулирующими воздействиями - включением и выключением нагревателей соответствующих зон аппарата сепарации. При этом, если температура в зоне нагрева превышает заданное значение, то многоканальный регулятор отключает соответствующий нагреватель. Если температура ниже заданного значения - регулятор включает соответствующий нагреватель зоны нагрева. На выходах многоканального регулятора измеряют текущие значения времени включения и выключения нагревателей зон аппарата и по их величинам контролируют стадии процесса сепарации: нагрев реакционной массы, интенсивная отгонка из реакционной массы основного количества магния и хлорида магния, прогрев реакционной массы до максимальной температуры с испарением оставшихся количеств магния и хлорида магния. Контроль стадий процесса позволяет повысить производительность процесса и снизить энергозатраты за счет более точного определения момента окончания сепарации.

Однако при таком управлении процессом в зонах нагрева аппарата возникают значительные колебания температуры. Из-за низкого качества управления приходится снижать заданные значения температуры зон нагрева аппарата для предотвращения образования эвтектики железо-титан, что снижает производительность процесса и увеличивает расход электроэнергии.

Задачей изобретения является повышение производительности процесса и снижение энергозатрат за счет улучшения качества управления температурой в зонах нагрева аппарата в течение времени ведения процесса сепарации.

Поставленная задача решается так, что в способе управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана в аппаратах с многозонным нагревом реакционной массы, включающем нагрев реакционной массы, сравнение сигналов датчиков температуры с заданными для каждой зоны нагрева значениями, поддержание температуры в каждой зоне аппарата регулятором путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателя, измерение текущих значений выходных сигналов регуляторов температуры указанных зон нагрева, контроль стадий процесса по текущим значениями выходных сигналов регуляторов температуры, новым является то, что перед началом процесса задают настроечные параметры регуляторов температуры каждой зоны нагрева, в ходе процесса по результатам сравнений сигналов датчиков температуры и заданных значений формируют непрерывные выходные сигналы регуляторов температуры и изменяют подводимую мощность нагрева каждой из зон аппарата пропорционально величинам текущих значений выходных сигналов соответствующих регуляторов температуры.

При проведении процесса регулирования путем сравнения настрочных параметров с сигналами датчиков температуры формирование непрерывных выходных сигналов регулятором температуры и изменение подводимой мощности нагрева каждой из зон аппарата пропорционально величинам текущих значений выходных сигналов соответствующих регуляторов температуры, снижаются колебания температуры в зонах нагрева аппарата, что позволяет повысить заданные значения температуры зон нагрева аппарата до 1030^oC и тем самым повысить производительность процесса сепарации.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результате отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Данное изобретение иллюстрируется схемой регулирования аппарата вакуумной сепарации губчатого титана с трехзонной системой нагрева реакционной массы. В состав установки входят реторта 1 с реакционной массой, реторта-конденсатор 2, электропечь 3 с хромель-алюмелевыми термопарами 4 и нихромовыми нагревателями 5, установленными в зонах нагрева реторты 1; микропроцессорный контроллер 6, состоящий из блоков 7 усиления сигналов термопар, алгоблоков 8 - "регулирование аналоговое" с заданными значениями 9 температуры (уставками), алгоблоков 10 -"импульсаторы", алгоблоков 11 - "слежение - запоминание"; персональный компьютер 12, состоящий из системного блока 13 и монитора 14; промежуточное реле 15 с исполнительными контактами 16; силовые тиристоры 17, в цепи управляющих электродов которых включены исполнительные контакты 16, приборы 18 для измерения подводимой мощности нагрева; источник 19 электропитания зон нагрева; датчик 20 вакуума; вторичный прибор 21 контроля вакуума, вакуумные насосы 22. В качестве микропроцессорного контроллера использовали микропроцессорный контроллер РЕМИКОНТ Р-130. Алгоблоки 8 содержат ПИД-регуляторы, алгоблоки 10 - широтно- импульсные модуляторы с заданным периодом и меняющейся длительностью импульсов включения нагревателей. Алгоблоки 11 используют для слежения и запоминания выходных сигналов алгоблоков 8 и сигналов температуры в зонах нагрева на выходах блоков 7. (См. техническое описание завода-изготовителя ПО "Промприбор" 2Яа. 399.550.ТО1, части 1,2 "Контроллеры малоканальные, многофункциональные, микропроцессорные РЕМИКОНТЫ Р-130", Чебоксары, 1993. с.66-73, с.199-202, с.213-215). В качестве силовых тиристоров 17 - тиристоры серии Т-143-500, в качестве приборов 18 - трехфазные счетчики активной энергии типа САЗУ-И:87. Вакуумирование аппарата сепарации проводили двумя вакуумными насосами 22: насосом предварительного разрежения ВН-6 и бустерным насосом БН-2000. В качестве датчика 20 контроля вакуума в аппарате использовали преобразователь термопарный ПМТ-2, в качестве прибора 21 - вакуумметр термопарный ВТ-2А.

Перед началом процесса в алгоблоки 8 вводят заданные значения 9 температуры зон нагрева, равные 1030^oC, и настрочные параметры: время интегрирования 1 минута, коэффициент пропорциональности 40. В алгоблоки 10 вводят заданные периоды следования импульсов, равные 1 минуте. Мощность нагревателя каждой зоны аппарата равна 130 кВт.

Пример осуществления способа.

Аппарат сепарации устанавливают в электропечь 3, подают напряжение на нагреватели 5, включают микропроцессорный контроллер 6, вакуумные насосы 22, приборы 18, 20 и 21 и начинают процесс сепарации. При нагреве и вакуумировании из реторты 1 с реакционной массой испаряются магний и хлорид магния, пары которых конденсируются в реторте-конденсаторе 2. Измеренные термопарами 4 сигналы температуры усиливаются соответствующими блоками 7, сравниваются с заданными значениями 9, и результаты сравнений преобразуются алгоблоками 8 в выходные сигналы в соответствии с ПИД-алгоритмом. Алгоблоки 10 преобразуют текущие значения выходных сигналов алгоблоков 8 в последовательность импульсов, период следования которых равен 1 минуте, а длительность импульсов изменяется пропорционально величинам текущих значений выходных сигналов соответствующих алгоблоков 8. Импульсы воздействуют на промежуточные реле 15, которые, включая и выключая контактами 16 силовые тиристоры 17, изменяют скважность включения нагревателей 5 к источнику 19 электропитания и, соответственно, подводимую величину текущих значений выходных сигналов соответствующих алгоблоков 8, контролируемую приборами 18. Алгоблоки 11 осуществляют слежение и запоминание сигналов температуры в зонах нагрева аппарата и текущих значений выходных сигналов алгоблоков 8. Блок 13 измеряет эти сигналы и результаты измерений отображаются на экране монитора 14, где по текущим значениям выходных сигналов алгоблоков 8 контролируют стадии процесса сепарации. При этом на стадии нагрева температура в зонах нагрева аппарата возрастает до 1030^oC, выходные сигналы алгоблоков 8 равны 100%, а подводимая к каждой зоне нагрева мощность максимальна и равна 130 кВт. На стадии интенсивной отгонки основного количества магния и хлорида магния температура в зонах нагрева поддерживается на уровне 1030^oC, при этом текущие значения выходных сигналов алгоблоков 8 постепенно снижаются и достигают в конце стадии в верхней зоне (расположена вблизи реторты-конденсатора 2) 53%, в средней и нижней зонах соответственно 12% и 10%. Подводимая к зонам мощность нагрева снижается пропорционально величинам текущих значений выходных сигналов алгоблоков 8 и достигает в конце стадии интенсивной отгонки в верхней, средней и нижней зонах соответственно 68,9, 15,6 и 14 кВт. В течение последующей стадии просева реакционной массы с испарением оставшихся количеств магния и хлорида магния текущие значения выходных сигналов алгоблоков 8 сохраняются практически постоянными на уровнях 53,12 и 10%, достигнутых в конце стадии интенсивной отгонки. Соответственно, подводимая к зонам нагрева мощность также сохраняется на уровнях 68,9, 15,6 и 13 кВт.

Таким образом, предложенный способ управления позволяет без ухудшения качества титановой губки повысить заданные значения температуры зон нагрева аппарата с 1000^oC до 1030^oC, в результате чего производительность процесса повысилась на 14-15%. Кроме того, снизился расход электроэнергии за счет улучшения качества управления температурой в зонах нагрева аппарата сепарации.

Формула изобретения

Способ управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана в аппаратах с многозонным нагревом реакционной массы, включающий нагрев реакционной массы, сравнение сигналов датчиков температуры с заданными для каждой зоны нагрева значениями, поддержание температуры в каждой зоне нагрева аппарата регулятором путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателя, измерение текущих значений выходных сигналов регуляторов температуры указанных зон нагрева, контроль стадий процесса по текущим значениям выходных сигналов регуляторов температуры, отличающийся тем, что перед началом процесса задают настроечные параметры регуляторов температуры каждой зоны нагрева, в ходе процесса по результатам сравнений сигналов датчиков температуры и заданных значений формируют непрерывные выходные сигналы регуляторов температуры и изменяют подводимую мощность нагрева каждой из зон аппарата пропорционально величинам текущих значений выходных сигналов соответствующих регуляторов температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1