Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Исследовательская установка управления термообработкой

29 ноября 2023 г. в 10:02

Для повышения коррозионной и механической стойкости ферросилиция с формированием защитного покрытия методом азотирования требуется термообработка при температуре ~1000°С. Для точной регулировки протекания процесса термообработки спроектирована автоматизированная система управления.

(Фото: Сергей Дмитриев; Фотобанк Лори)
(Фото: Сергей Дмитриев; Фотобанк Лори)

Российские академические институты проводят исследования для поиска технологических решений, применимых в различных производственных сферах. Автоматизация техпроцессов — инструмент создания инновационных перспективных разработок в ключевых областях промышленности, в частности, в алмазодобывающей отрасли существует множество сопутствующих задач, подлежащих автоматизации.

На обогатительных фабриках для обработки алмазосодержащих кимберлитов применяется гранулированный ферросилиций. При взаимодействии с коррозионно-активными элементами водновоздушной среды происходит окисление и разрушение ферросилиция (Fe-Si), что приводит к увеличению его безвозвратных потерь.

Для достижения устойчивости к коррозионному разрушению и истиранию на поверхности гранул ферросилиция необходимо создать защитную оболочку, предупреждающую разрушение при контакте с активной коррозионной средой. Для этого проводится термообработка с азотированием, что обеспечивает создание на поверхности ферросилиция нитридного покрытия.

Автоматизация процесса термообработки

При разработке автоматизированной системы управления был проведен анализ высокотемпературной обработки порошка ферросилиция. Термообработка проводилась в электрической печи сопротивления мощностью 5 кВт с двумя нагревателями, двумя термопарами и системой подачи азота.

Рисунок 1. Функциональная схема автоматизации электрической печи
Рисунок 1. Функциональная схема автоматизации электрической печи

Нагреватели расположены на боковых стенах печи. Внутрь камеры устанавливается короб (50 л) с под-донами, на которые засыпается порошок Fe-Si. Высота бортов поддонов составляла 2 см, это позволяло варьировать высоту слоя порошка от 0,5 до 2 см.

При разработке проекта АСУ проводились прицельные эксперименты с целью получения порошка ферросилиция с заданными свойствами. Систему управления образуют средства автоматизации ОВЕН:

  • программный ПИД-регулятор ТРМ251;
  • измеритель-регулятор 2ТРМ1;
  • твердотельное реле ТТР;
  • датчики температуры ДТПS в чехле с резьбовым соединением;
  • датчик давления ПД100;
  • преобразователь интерфейсов АС4-М.

Функциональная схема управления процессом термообработки показана на рис. 1. Выбор регулятора ТРМ251 обусловлен его функциональными возможностями: интуитивно понятным человеко-машинным интерфейсом, рассчитанным на управление многоступенчатыми температурными режимами в электропечах.

Регулятор ТРМ251 обеспечивает программное пошаговое пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование (3 программы по 5 шагов). Для термообработки ферросилиция выбрана программа с тремя шагами. На первом — осуществлялся контролируемый нагрев со скоростью 10°С/мин. Такая скорость обеспечивает равномерный нагрев с удалением влаги из порошка Fe-Si. Снимая показания с датчиков, ПИД-регулятор корректирует управляющие сигналы (4…20 мА) для тиристорного регулятора, который регулирует мощность каждого нагревательного элемента.

Для получения заданной толщины азотированного слоя необходимо выдерживать порошок при температуре в диапазоне от 900 до 1200°С в зависимости от толщины слоя порошка и фракционного состава. Время выдержки определяется исходя из общего времени азотирования порошка ферросилиция, которое варьируется от 1 до 3 часов. Общее время азотирования должно составлять около 3 часов.

Рисунок 2. График термообработки ферросилиция
Рисунок 2. График термообработки ферросилиция

ТРМ251 осуществляет одноканальное регулирование температуры по показаниям основного датчика, подключенного к входу 1. В случае отказа основного датчика автоматически подключается резервный датчик.

Проанализировав типы термопар, были выбраны платинородий-платиновые датчики (ДТПS), которые отличаются стабильностью, высокой точностью и сопротивлением к коррозии в окислительных и нейтральных средах.

Рисунок 3.  SEM-изображение азотированного порошка Fe-Si
Рисунок 3. SEM-изображение азотированного порошка Fe-Si

В коробе смонтирована система подачи и отвода газа. При достижении температуры 600°С ТРМ251 замыкает контакты реле и открывает клапан подачи азота для создания внутри короба избыточного давления. Диапазон рабочего давления (от 1,1 до 1,3 атм.) определялся тем, что при меньших давлениях не удается заместить воздух азотом, и может произойти недопустимое окисление частиц ферросилиция. При большем давлении замедляется скорость нагрева порошка, а также ввиду того, что система проточная, часть азота не успевает прореагировать, т. е. приводит к его нерациональному использованию. После остывания системы ниже 600°С азот продолжает поступать в камеру, чтобы не допустить возможности окисления порошка. При снижении до 300°С срабатывает второе реле, и клапан перекрывает подачу азота. График термообработки феросилиция показан на рис. 2.

К регулятору 2ТРМ1 подсоединен датчик давления ПД100, который контролирует величину давления азота, и при несоответствии срабатывает сигнализация. Это может произойти, например, когда закончился газ в баллоне.

Печь установлена в производственном корпусе. Для возможности мониторинга процесса термообработки в соседнем помещении размещен компьютер с установленной SCADA-системой OWEN Process Manager. На мнемосхемах отображаются технологические параметры: температура, давление, время протекания процесса. Таким образом реализуется локальная и удаленная система наблюдения.

Разработанный алгоритм управления печью позволяет эффективно контролировать процесс термообработки. В результате получен мелко-гранулированный ферросилиций со стабильным нитридным покрытием (рис. 3). Установлено, что ферросилиций с защитным покрытием увеличивает срок его полезного использования на обогатительных производствах не менее чем в 2,2 раза.

Статья опубликована с разрешения редакции журнала «Автоматизация и производство»

Источник: Андрей КИРСАНКИН, кандидат физ.-мат. наук, ИМЕТ РАН. Компания ОВЕН, опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» №6 (114) 2023 год

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Компания ОВЕН разрабатывает и производит контрольно-измерительные приборы и свободно-программируемые логические контроллеры, разрабатывает программные средства, осуществляет технический консалтинг, сервисное обслуживание и информационную поддержку региональных торговых представителей компании.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Термошкаф «Амадон» антивандальный ТША600-25.35.20-0 с ИБП в термоизолирующем корпусе для нужд Ростелекома

Термошкаф «Амадон» антивандальный – Размеры (ШхВхГ): 250x350x200 мм – ИБП в термоизолирующем корпусе с системой заземления (TN-C) – Без системы климат-контроля – Антивандальное исполнение – Степень защиты IP55
Гречников Кирилл · Амадон · 23 февраля · Россия · г Москва
Термошкаф «Амадон» антивандальный ТША600-25.35.20-0 с ИБП в термоизолирующем корпусе для нужд Ростелекома

ПРОДАМ: Термошкаф «Амадон» антивандальный ТША410-75.100-18U.100-500-У1

Антивандальный термошкаф ‘Амадон’ всепогодный с обогревом, однодверный, монтаж на 19″ стойки. Система климат-контроля: обогрев, устройство контроля микроклимата (УКМ-2М1). Габариты (Ш х В х Г): 750 х 1000 х 1000 мм. Мощность нагревателя — 500 Вт. УКМ-2М1 — электронное устройство контроля температуры и влажности. Выносной датчик, функция «теплый старт», LED-индикация, подача «L, N» на 2 силовых канала. Защита настроек паролем. Сигнализация перегрева. Высота 19″ стоек для установки телекоммуникационного оборудования — 18U. Крыша односкатная — 100 мм. Цоколь — 100 мм. Материал корпуса — листовая сталь толщиной 2 мм, структурное порошковое покрытие. Степень защиты — IP55. Климатическое исполнение — У1 (до -45 °С). Вес — 179 кг. Цвет — RAL 7035. стоимость 82 164 руб.
Гречников Кирилл · Амадон · 23 февраля · Россия · г Москва
Термошкаф «Амадон» антивандальный ТША410-75.100-18U.100-500-У1

ПРОДАМ: ТермоПлюс-М. Гарантия 5 лет. Надежная очистка и защита от Накипи и Коррозии.

ТЕРМОПЛЮС-М. ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ ДЛЯ ВАС И ВАШЕЙ ТЕХНИКИ! Гарантия 5 лет! Лучшая защита от: Накипи. Ржавчины. Коррозии. Роста бактерий. от 17500 руб. Многофункциональное устройство по преобразованию солей жесткости и окислов железа в воде со встраиваемым термометром с выносным датчиком «ТЕРМОПЛЮС-М» ЗАМЕНЯЕТ ФИЛЬТР УМЯГЧИТЕЛЬ ДЛЯ ПИТЬЕВОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ! Дополнительно существенно уменьшаются расходы на замену, ремонт и профилактику различного водопроводного и технологического оборудования, в т. ч. за счет отказа от его механической и химической чистки.Проблема защиты от накипи актуальна как для ТЭЦ, Котельных, ЦТП, предприятий ЖКХ и производственных предприятий, так и для жителей коттеджей и многоквартирных домов. Технология обработки воды приборами серии «ТермоПлюс-М». В основу технологии обработки воды приборами серии «ТермоПлюс-М» положена способность молекул карбоната кальция, под воздействием электромагнитных волн звукового диапазона, изменять форму кристалла карбоната кальция и карбоната магния.Они передаются в жесткую воду через антенны, наматываемые вокруг трубопровода. Этот процесс описывается следующим химическим уравнением: Ca (HCO3)2 = CaCO3 + H2 CO3 бикарбонат = карбонат + угольная кислота Процесс идет у 1% из 100% растворенных в воде солей жесткости (накипи). Накипь осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объеме воды, с фракцией взвесей не более 0,1 мм — Экономия денежных средств и продление срока службы оборудованию от внедрения технологии «ТермоПлюс-М». — Значительное сокращение потребления энергоносителей (газ, электроэнергия, дизтопливо и т. п.)
Талалаев Александр · ООО "ТЕРМОПЛЮС-М" · 29 января · Россия · г Москва
ТермоПлюс-М. Гарантия 5 лет. Надежная очистка и защита от Накипи и Коррозии.

ПРОДАМ: Термошкаф «Амадон» антивандальный ТША410-75.120-24U.100-600-У1

Антивандальный термошкаф ‘Амадон’ всепогодный с обогревом, однодверный, монтаж на 19″ стойки. Система климат-контроля: обогрев, устройство контроля микроклимата (УКМ-2М1). Габариты (Ш х В х Г): 750 х 1200 х 1000 мм. Мощность нагревателя — 600 Вт. УКМ-2М1 — электронное устройство контроля температуры и влажности. Выносной датчик, функция «теплый старт», LED-индикация, подача «L, N» на 2 силовых канала. Защита настроек паролем. Сигнализация перегрева. Высота 19″ стоек для установки телекоммуникационного оборудования — 24U. Крыша односкатная — 100 мм. Цоколь — 100 мм. Материал корпуса — листовая сталь толщиной 2 мм, структурное порошковое покрытие. Степень защиты — IP55. Климатическое исполнение — У1 (до -45 °С). Вес — 197 кг. Цвет — RAL 7035. стоимость 87 849 руб.
Гречников Кирилл · Амадон · 23 февраля · Россия · г Москва
Термошкаф «Амадон» антивандальный ТША410-75.120-24U.100-600-У1

ПРОДАМ: Шкаф управления индивидуального теплового пункта ШУ ИТП

ШУ ИТП предназначен для автоматического управления контурами отопления и ГВС. ШУ ИТП обеспечивает: Автоматическое управление контуром отопления, ГВС и контуром подогрева приточной вентиляции. Работу по отопительному графику. Контроль температуры обратной воды. Летний/зимний режим работы. Управление насосами по наработке. Контроль датчиков температуры (обрыв, КЗ). Функциональные возможности и особенности ШУ ИТП Универсальный шкаф для тепловых пунктов на базе контроллеров систем отопления и ГВС ТРМ232М или ТРМ32-Щ7.RS (модель контроллера согласовывается с заказчиком), использование унифицированных конфигурируемых контроллеров исключает затраты на программирование, снижает эксплуатационные расходы. Управление несколькими контурами отопления и ГВС (количество и типы контуров указать при заказе). Управление циркуляционными насосами отопления всех типов — простые, с частотным регулированием, сдвоенные (количество и тип насоса уточняется при заказе). Автоматический и опционально независимый ручной режим управления КЗР, циркуляционными насосами (наличие ручного режима указать при заказе). Световая сигнализация на двери шкафа — сеть, работа насосов, авария (опционально сигнализация работа/положение КЗР, на заказ). Диспетчеризация данных по сети RS-485. Опции: дополнительное оборудование — таймер, устройство сопряжения насосов, нормирующие преобразователи, сетевой шлюз, блок питания привода КЗР (указать при заказе). Напряжение питания силовой цепи ~ 220В ± 10%, 50Гц Напряжение питание релейной автоматики и сигнализации ~220В, 50Гц Максимальный угол открытия дверцы, град. — 105 Климатическое исполнение по ГОСТ 1510-69 — У3 Степень защиты по ГОСТ14254-96 — IP54 Гарантия. Отгрузка во все регионы РФ.
Анатольевич Игорь · ООО "Меридиан-Энерго" · 21 февраля · Россия · Пермский край
Шкаф управления индивидуального теплового пункта ШУ ИТП
АО «Контактор» входит в число крупнейших заводов электротехнической промышленности России. Высококачественная продукция завода используется на всех ведущих предприятиях энергоемких отраслей России, а также стран ближнего и дальнего зарубежья.