197050. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés többszelvényű hőkezelő kemencék hőmérsékletének szabályozására
5 197050 sek figyelembevételével — differenciálegyenletrendszer megoldása mellett — folyamatosan számítjuk és a szabályozással a szelvények fűtését, illetve esetleges hűtését ügy kapcsoljuk be vagy állítjuk le, hogy a belső hőmérséklet a minőségi feltételek teljesítéséhez szükséges tűrési tartományon belüli értéket vegyen fel. A felületi hőmérséklet mérését célszerűen érintkezésmentesen, vagyis az anyag ál tál kisugárzott hőteljesítmény érzékelésével hajtjuk végre. A találmány szerinti eljárás foganatosítására is alkalmas berendezés (1. ábra) hőkezelő kemence szelvényeiben elrendezett 2 hőforrásokra — hvTtő- és fűtőegységekre — van csatlakoztatva, illetve a szelvények belső terének hőmérsékletét követő 1 érzékelőkkel, valamint a kemencében elrendezett hőkezelendő anyag felületi hőmérsékletének meg állapítására alkalmas 4 hőmérő egységekkel van ellátva. A 4 hőmérő egységek lehetnek a hőkezelendő anyag felületére helyezett kontakt hőmérők, de célszerűbbnek bizonyult a sugárzásos hőmérsékletmérés, a piromélerek alkalmazása, ami lehetővé teszi a felületi hőmérséklet érintésmentes követését. Az 1 érzékelők, a 4 hőmérő egységek 3 szabdlyozó egység bemenetéire, a 2 hőforrások 3 szabályozó egység beavatkozó jeleket továbbító bemenetéire vannak csatlakoztatva, míg a 3 szabályozó egység 5 mikroprocesszoros vezérlő egységgel van összekapcsolva. A találmány szerinti berendezés működtetése során az 5 mikroprocesszoros vezérlő egységet az adott hőkezelési munkafolyamatnak megfelelően beprogramozzuk. A programban figyelembe kel! venni a hőkezelendő anyag anyagi minőségét, elrendezését, alakját, a felületi hőmérsékletmérés által igényelt adatokat (sugárzásos hőmérsékletmérésnél), a kemence egyes szelvényeinek szabályozási lehetőségeit, a kitűzött hőkezelési menetrend lépéseit. A nagy mennyiségű adat és feldolgozandó információ, a bonyolult egyenletek miatt célszerűen viszonylag nagy teljesítményű számítógépet alkalmazunk ennek a feladatnak a megbízható ellátására, például az IBM cég AT jelű termékét. A nagy mennyiségű adat előzetes feldolgozására, sorba rendezésére, szelektálására célszerű a 3 szabályozó egységet is mikroprocesszorral ellátni. A berendezés első lépésben ellenőrzi, hogy az adott anyag kívánt elrendezése mellett egyáltalában lehetséges-e a hőkezelésnek a kívánt feltételek melletti végrehajtása. Ha nem, akkor erről megfelelő módon kijelzés generálható, míg ha igen, akkor megkezdődhet a hőkezelési menetrendben előírt műveletsora, amelynek során a 2 hőforrások közvetítésével a 3 szabályozó egység az egyes szelvények hőmérsékleteit úgy szabályozza, illetve állítja be, hogy ezzel a hőkezeléshez szükséges hőmérséklet-tartomány mindenkor biztosított legyen. A találmány szerinti eljárás alkalmazására — annak ellenére, hogy a hőkezelendő anyag felületi hőmérsékletét minden kemencénél a minden hőkezelt anyagnál más (mert más a besugárzási tényező, mert hőmérséklettől függ az abszorpciós és az emissziós tényező slb.), időtől függő termikus paraméterek szabják meg — egyrészt az ad módot, hogy a kis hőmérséklet-különbségek következtében a felületi hőmérsékletek kiegyenlítődnek, másrészt pedig, hogy a felületről a hőkezelendő anyag belse jébe elvezetett hőenergia kizárólag a felületi hő mérséklettől függ, és ezt mérjük. A mért felületi hőmérséklet alapján a belső hőmérséklet-eloszlás a hővezetés ismert Fizikai egyenleteiből meghatározható. A felületi hőmérsékletek egyenletességét, ki egyenlftődését a Székesfehérvári Könnyűfémmű BIRLEC kemencéjében végzett méréssel igazoltuk, amelynek eredményei (2. ábra) jól igazolták azt a tényt, hogy bár az áramló levegő hőmérséklete jelentős eltéréseket mutatott, a felületi hőmérsékle tek gyakorlatilag egyezőek maradtak. A mérés során a hőkezelő kemencébe 15 tonna tömegű, téglatest alakú alumíniumtömböt helyeztünk, és a hőmérséklet emelkedésével két szemközti oldala mentén x2 és x* mérési pontokban követtük a levegő hőmérsékletét (folyamatos és teli körökkel jelölt vonalak), illetve mértük ugyanezeken az oldalakon a felületi hőmérsékletet (xi és x.-, mérési pontokban — x-szel és kockával jelölt mérési görbe). Az azonos szelvényben végzett mérései, eredményeinek tanúsága szerint a léghőmérsékletek jelentős eltérése mellett gyakorlatilag nem volt észlelhető a felületi hőmérsékletek különbözősége. A találmány szerinti eljárás például úgy foganatosítható, hogy a felület hőmérsékletét termoelem mel mérjük. Ha azonban a hőkezelendő anyag hő kezelés közben mozog vagy a hőmérséklet magas, akkor a felület hőmérsékletét az alábbiakban is mertetett érintésmentes hőmérsékletmérővel mérhetjük. Az érintésmentes hőmérsékletmérő az anyag (fém) hőmérsékleti sugárzását figyeli xígy, hogy automatikusan korrigálja az emisszióképesség változásából adódó hibát. Az érzékelők az egész fémfelület hőmérsékletét figyelhetik. A mérési elvből következik, hogy (bizonyos határok közt) a műszer érzéketlen a távolsági beállításra, illetve a felszabaduló gőzök, gázok abszorpciós befolyására. Az érzékelő egység nem érzékeny más környezeti hatásokra (világító testek reflexiója, környezeti sugárzás stb.), mivel az infrasávszűrők kiküszöbölik ezeket a káros hatásokat. A mérésnél problémát jelent az a tény,-hogy a testek által kisugárzott energia nemcsak hőmérsékletfüggő, hanem erősen függ az anyag minőségétől, felületétől stb. Fekete test esetében a hőmérséklet és a kisugárzott energia közt egyértelmű az összefüggés. A kisugárzott energiát (Eo) úgy kapjuk meg, hogy a Planck-féle sugáizási törvény görbéjét integráljuk a X, és X2 hullámhossztartományban. h Eo = Jes(k,T)dk, ahol X, a hullámhossz, T az abszolút hőmérséklet, - továbbá c.a.-5 Sftt.T) = -r1-------C2 5 10 1E-20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
