CC BY
1УДК 62
Абрамчук К.В.
студент магистратуры кафедры техносферной безопасности Тюменский индустриальный университет (г. Тюмень, Россия)
АНАЛИЗ СПОСОБОВ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ФУТЕРОВКИ ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
Аннотация: в данной работе проведен анализ одного из способов мониторинга состояния футеровки индукционных тигельных печей. В основе комплекса лежит микропроцессорная система, осуществляющая непрерывное измерение температуры в контрольных точках на границе слоев подины и основания тигля и сравнение полученных значений с уставкам. Полученные результаты позволяют оптимизировать процесс обслуживания и обеспечить бесперебойную и эффективную работу индукционных тигельных печей.
Ключевые слова: безопасность труда, мониторинг, огнеупорная футеровка, термопара.
Данная работа посвящена исследованию методов мониторинга износа футеровки индукционных тигельных печей. Одной из основных проблем, связанных с такими печами, является низкая устойчивость набивной футеровки тигля, что приводит к образованию трещин в спеченном огнеупоре из-за циклического нагрева и охлаждения. В состоянии покоя тигель можно измерить и оценить степень его износа, что помогает выявить потенциальные повреждения футеровки и, как следствие, предотвратить прогорание печи. Своевременное выявление трещин позволяет осуществлять ремонт или замену футеровки до возникновения серьезных проблем [1].
Огнеупорная футеровка тигля является одним из самых слабых мест индукционных плавильных печей. В процессе эксплуатации она подвергается различным воздействиям, включая термические, механические, эрозионные и химические факторы, что приводит к её постепенному разрушению. Это обстоятельство подчеркивает важность контроля состояния футеровки, чтобы избежать аварийных ситуаций. Для обеспечения безопасности необходимо не только проводить регулярные визуальные осмотры и измерения диаметра тигля, но и применять специализированные электротехнические системы, которые фиксируют изменения технологических параметров печи в ответ на изменения условий её работы.
Температура в различных участках футеровки является важным параметром, который можно контролировать с помощью термопар, представляющих собой термоэлектрические датчики. Эти датчики могут быть использованы для создания системы управления, способной оценивать уровень износа футеровки. Это достигается путем постоянного измерения температуры и сопоставления полученных данных с заранее установленными контрольными значениями.
При нагреве футеровки наблюдается ее закрытие, однако это негативно сказывается на уровне износа. Для индукционных печей особенно опасны металлические козырьки, которые формируются из-за незаметного проникновения расплава через трещины в огнеупорном материале, что наносит значительный ущерб плавильным агрегатам. В связи с этим индукционные печи оснащаются специальными датчиками, которые устанавливаются в нижней части тигля для мониторинга состояния футеровки [1, 2].
Одним из актуальных способов мониторинга состояния футеровки является применение термопар совместно с микроконтроллер с АЦП и блок индикации. Монитор с несколькими каналами собирает данные от термопар и передает их через последовательный интерфейс в блок, который сравнивает полученные температуры с заданными значениями. Результаты отображаются на светодиодной матрице [2].
На рисунке 1 представлена упрощенная схема многоканального мониторинга, которая основана на применении восьми термопар, ПЛК и блока индикации. Это решение позволяет получать сигналы от термопар, а также информацию о смещении нуля усилителя. Кроме того, датчик температуры LM335, предназначен для измерения температуры холодного спая термопар, подключена к одному из входов ПЛК. Она необходима для внесения поправок при обработке данных, получаемых от АЦП. Таким образом, обеспечивается точность измерений.
Температурные показатели, полученные в контрольных зонах футеровки через последовательный интерфейс, отправляются в блок индикации, где они принимаются микроконтроллером. Этот микроконтроллер анализирует данные, сопоставляя их с заранее установленными значениями в своей памяти. После обработки, информация выводится на светодиодную панель. Превышение температурой граничных отметок в какой-либо контрольной точке приводит к зажиганию светодиодов соответствующей группы [2, 3].
В ситуации, когда обслуживающий персонал не предпринимает никаких мер по ремонту футеровки и дальнейшей эксплуатации печи, блок индикации, используя реле, которое отправляет сигнал на отключение нагрева оборудования. Это происходит, когда уровень износа достигает критического порога в 30%. В таком случае загорается ряд светодиодов, связанных с термопарой, которая и передала сигнал о необходимости остановки нагрева. Важно отметить, что уставки можно корректировать с помощью внутрисхемного программатора или через последовательный интерфейс, подключив соответствующее устройство.
Термопара Термопара Термопара Термопара Термопара Термопара Термопара Термопара
Рис.1. Упрощенная схема многоканального мониторинга
Процесс измерения включает в себя эташ, которые охватывают определение выходного напряжения каждой термопары, корректировку нуля усилителя и измерение температуры холодных спаев. Данные, собранные концентратором, затем обрабатываются с помощью математических методов и передаются в цифровом формате через последовательный интерфейс в блок индикации. Такая система обеспечивает постоянный мониторинг состояния футеровки печи, позволяя оценивать остаточную толщину стенок. Это происходит на основе анализа как видимого, так и скрытого износа, включая такие факторы, как эрозия, трещины, инфильтрация и коррозия металлических частей. Кроме того, устройство эффективно выявляет наличие влаги, возникающей из-за утечек при индукции, перегрева расплава, а также в процессе сушки во время спекания [4].
Данная методика визуализации информации позволяет своевременно предотвратить износ футеровки, определить остаточный срок службы и избежать преждевременной остановки производства, оценить влияние методов эксплуатации и качества огнеупорного материала.
паиель
о<
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. - М.: Металлургия, 1979. - 247 с;
2. Костюкова А.П. Информационное обеспечение мониторинга процесса плавки в индукционных тигельных печах // Современные наукоемкие технологии. - 2018. - № 6. - С. 96-100;
3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник. - 2-е изд., исправленное. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.;
4. Теоретические основы и аспекты электротехнологий. Физические принципы и реализация. Интенсивный курс. Основы I. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. - 359 с
Abramchuk K.V.
Technosphere Security Tyumen Industrial University (Tyumen, Russia)
ANALYSIS OF METHODS FOR MONITORING CONDITION OF LINING OF INDUCTION CRUCIBLE FURNACES
Abstract: in this paper, an analysis of one of the methods for monitoring the condition of the lining of induction crucible furnaces is carried out. The complex is based on a microprocessor system that continuously measures the temperature at control points at the boundary of the layers of the well and the base of the crucible and compares the values obtained with the setpoints. The results obtained make it possible to optimize the maintenance process and ensure uninterrupted and efficient operation of induction crucible furnaces.
Keywords: occupational safety, monitoring, refractory lining, thermocouple.
