Описание процесса проверки печей на технологическую точность.

Проверка печей на технологическую точность - это контроль с установленной периодичностью при помощи метрологически пригодных средств измерений распределения температур в рабочем пространстве печей при минимальной, промежуточной и максимальной температурах диапазона рабочих температур печи до и после наступления установившегося температурного режима(равновесного состояния) в соответствии с утверждённой для каждого типа печи схемой размещения поисковых термопар.

Плановая проверка печей на технологическую точность проводится со­гласно годовому графику проверки, утверждённому директором по науке и тех­нологии. В график проверок включаются печи нагрева и термообработки, к ко­торым в соответствии с технологическими процессами предъявляются требова­ния по равномерности распределения температуры в рабочем пространстве печи.

Внеплановые проверки печей на технологическую точность, с обязатель­ным указанием причины проверки, проводятся:

-при сдаче печей в эксплуатацию после монтажа, капитального ремон­та, реконструкции, длительной остановки по производственным условиям (более одного месяца);

-при выявлении несоответствующей продукции, по требованию произ­водственного, технологического или контрольного персонала по согласова­нию с начальником цеха.

-увеличение максимальной или уменьшение минимальной рабочей тем­пературы;

-изменение требований технологии по предельным отклонениям темпе­ратуры с целью установления размеров рабочего пространства;

-изменение расположения нагревательных элементов или их замена в количестве более 25 %;

-изменение конструкции футеровки печи;

-изменение места установки рабочих термопар;

-изменение системы управления температурным режимом печи (замена типа датчика, регулятора, контроллера);

Проверка печей на технологическую точность осуществляется в рабочем диапазоне температур при минимальных, максимальных и промежуточных темпе­ратурах с интервалом, не превышающим 400 °С для печей нагрева и 335 °С для пе­чей термообработки.

Печи после капитального ремонта и реконструкции должны проверяться в ра­бочем диапазоне температур при минимальных, максимальных и промежуточных температурах с интервалом, не превышающим 200 °С.

При диапазоне рабочих температур не более 100°С проверку печи допускает­ся проводить при одной температуре диапазона.

Проверка печей на технологическую точность проводится в соответствии со схемами проверки, приведёнными в Приложении А.

Предельные отклонения температуры в рабочем пространстве печи в зависимости от типа и назначения печи при проверке печи на технологическую точность приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – предельные отклонения температуры в рабочем пространстве печей для производства титана и его сплавов.

Тип печи	Назначение печи	Предельное отклонение температуры в диапазоне температур, ºС		примечание
		от 500 до 749включ.	от 750 и выше
Электрические печи сопротивления камерные (в т. ч. с выдвижным подом)	Нагрев слитков из титановых сплавов	-	±14
	Нагрев предварительно деформированных заготовок из титановых сплавов	±10	±10
	Термообработка заготовок из титановых сплавов	±10 ±5*	±10 ±8*
Камерные печи (в т. ч. с выдвижным подом) отапливаемые природным газом	Нагрев слитков из титановых сплавов	-	±20	Свыше 1150˚С
			±15	До 1150˚С включ.
	Нагрев предварительно деформированных заготовок из титановых сплавов	-	±14	Свыше 1050˚С
			±10	До 1050˚С включ.
* -По требованию заказчика

 

Периодичность проверки печей для нагрева слитков и предварительно деформированных заготовок должна быть не менее одного раза в 6 месяцев, печей термообработки - не менее одного раза в 3 месяца.

Максимальное количество календарных дней, превышающих периодичность проверки, составляет один день на количество месяцев, составляющих периодич­ность проверки (например, при периодичности три месяца - три дня, шесть меся­цев - шесть дней).

Печи, не прошедшие проверку на технологическую точность (превыше­ние срока проверки печи; превышение предель­ных отклонений температуры, приведенных в таблице 1) к применению в технологическом процессе не допускаются до выполнения корректирующих мер и ус­пешной повторной проверки печи на технологическую точность.

На печах или около печей должны быть вывешены копии схем проверки печей на технологическую точность для того, чтобы персонал, работающий на пе­чах, знал о действительных размерах рабочего пространства печи для выполнения правильной загрузки заготовок в печь.

На копии схемы должны быть указаны размеры рабочего пространства, дата последней проверки, удостоверенные подписью лица, ответственного за проверку печей на технологическую точность.

Поисковые термопары применяются однократно и калибруются перед при­менением в диапазоне рабочих температур проверяемой печи. Допускается приме­нять поисковые термопары с отклонением от указанного значения температуры ка­либровки от минус 49 °С до плюс 51 °С, считая значения поправок постоянными.

Применяемые многоканальные приборы должны иметь автоматическую компенсацию температуры холодного спая и обеспечивать регистрацию температуры каждой точки измерений с интервалом не более, чем через 2 минуты.

При проверке печей на технологическую точность применяются сварные конструкции пирамидальной формы, изготовленные из жаропрочной стали, на которые крепятся темплеты-свидетели с зачеканенными в них рабочи­ми спаями термопар, и размещаются согласно схеме. (рисунок 2)

Рисунок 2 - Схема размещения поисковых термопар при проверке печей на технологическую точность.

Обозначение на схеме:

- - - - граница рабочего пространства печи в диапазоне температур от 750ºС до 1150 ºС.

• - место расположения поисковых термопар.

* - размер для справок.

Темплет-свидетель, применяемый при проверке печей нагрева слитков и заготовок из титановых сплавов и печей термообработки заготовок из титановых сплавов, должен быть диаметром не более 13 мм, длиной (50±1) мм с отверстием диаметром (6±1) мм из титанового сплава в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3 – темплет-свидетель

 

В ходе данной дипломной работы были проведены работы по подбору оптимального варианта уплотняющего термостойкого материала, необходимого для фиксации рабочего спая загрузочной термопары в темплете – свидетеле.

При загрузке термопар в печь, каждую пару темплетов-свидетелей располагали в центре печи на расстоянии 0,5 м друг от друга.

Термопары подключались к каналам измерения температуры металла и на диаграмме нагрева темплетов-свидетелей отображены как «Свидетель 1» и «Свидетель 2». (Диаграммы нагрева темплетов-свидетелей прилагаются.)

 

 

На диаграммах нагрева видно, что наиболее стабильные показания температуры дали термопары, зачеканенные в темплеты с применением каолиновой ваты (теплоизоляция на основе муллитокремнеземистых волокон) и стеклочулка (типа АСЭЧ диаметром 1 мм).

В процессе работы было выяснено, что данные материалы хоть и не дают дрейфа показаний термопары, обладают рядом свойств, препятствующих их применению в качестве уплотняющего материала.

- Каолиновой ватой сложно производитьфиксацию термопары, а стеклочулок под действием высоких температур «стекленеет» (частично уменьшаясь в объеме), из-за чего термопара практически перестает держаться в темплете.

 Данные по дрейфу температур при температуре 700°С в установившемся режиме, для разных материалов уплотнителя приведены в таблице №2

Таблица №2

№ садки	№ свидетеля	Наименование материала	Дрейф показаний термопары
I	Свидетель 1	Асбестовый шнур	3˚С
	Свидетель 2	Керамическая нить диаметром 2 мм	4˚С
II	Свидетель 1	Асбестовая лента	4˚С
	Свидетель 2	Каолиновая вата	0˚С
III	Свидетель 1	Керамическая нить диаметром 0,4 мм	1˚С
	Свидетель 2	Стеклочулок 1 мм	0˚С

 

Вывод: Из материалов испытанных в данной работе, наиболее оптимальным вариантом для фиксации термопары, является каолиновая вата. Она не дает дрейфа температуры в требуемом диапазоне (от 650 до 750°С), и обеспечивает надежную фиксацию термопары в темплете. Недостатком применения каолиновой ваты, является неудобство проведения зачеканки данным материалом.

На основании полученных данных, были проведены дополнительные работы по выбору материала, в процессе которых было выяснено, что под воздействием высоких температур, асбестовый шнур, асбестовая лента и керамическая нить - частично выгорают. Причиной дрейфа показаний являлось воздействие на горячий спай термопары температуры, вызванной выгоранием компонентов данных материалов.

В том случае, когда горячий спай защищен от воздействия температур выгорания компонентов, посредством одетой на горячий спай керамической бусины (рис.6б) - дрейфа температур нет.

ТЕРМОПАРА

Рисунок 6 – образец зачеканки термопар

Зачеканивание загрузочных термопар в темплет производили согласно ТИ-10/21-003-М-02, но перед тем как установить рабочий спай термопары в отверстие темплета до упора, на него была надета керамическая бусина (как показано на рис. 6 б) Диаграммы нагрева темплетов-свидетелей с одетой на горячий спай термопары керамической бусиной, и без неё прилагаются. Согласно ТИ-10/21-003-М-02 в геометрическом центре темплета выполняется отверстие диаметром (10±2) мм и глубиной, равной половине толщины темплета. Рабочий спай термопары устанавливают в отверстие темплета до упора, фиксируя термопару в этом положении в отверстии с помощью шнура, плотно укладываемого в зазор между электродами термопары и стенками отверстия в темплете (рабочий спай термопары должен быть свободен от асбеста).

- При уменьшении диаметра отверстия темплета до 6мм зазор, между электродами термопары и стенками отверстия в темплете уменьшается, в результате чего укладываемый в него асбестовый шнур не проникает в темплет на глубину более чем на 10 мм, и горячий спай термопары остается свободным от асбеста.

При использовании в качестве загрузочных термопар изготовленных из термопарного кабеля типа CEFIR/SF 90-20-КК, рекомендую:

 Вариант №1 Применять темплеты с диаметром отверстия 8мм, защищая горячий спай посредством одетой на горячий спай керамической бусины (рис.6).

Вариант №2 Отверстия темплетов выполнять диаметром 6 мм (не менее 10 мм рабочего конца термопары должно быть свободным от асбеста).

Вариант №3 Применять материалы, в которых не происходит выгорания компонентов:

а) изоляцию от отработанного кабеля типа CEFIR/SF 90-20-КК.

б) каолиновую вату (вариант менее предпочтителен из-за сложности проведения зачеканки).

Диаграммы нагрева темплетов-свидетелей с одетой на горячий спай термопары керамической бусиной, и без неё:

- без применения керамической бусины (диаграммы с 07.09.02.2011 по 09.02.2011г.).

- с применением керамической бусины (диаграммы от 10.09.02.2011г.).В том случае, когда горячий спай защищен от воздействия температур выгорания компонентов асбестового шнура, посредством одетой на горячий спай керамической бусины (диаграммы от 10.09.02.2011г.) - дрейфа температур нет.

 

ДИАГРАММЫ

 

Проверка печей на технологическую точность включает в себя:

-Подготовительные операции, связанные с проверкой технического состоя­ния печи, разогревом (охлаждением) печи до минимальной температуры диапазона рабочих температур, проверкой систем измерения температуры, подготовкой при­способлений, образцов свидетелей, термопар;

-Непосредственно снятие температурных характеристик печи; оформление результатов проверки.

Печь должна быть выдержана при минимальной температуре проверки не менее 6 часов. Если печь использова­лась перед проверкой на минимальной температуре диапазона рабочих температур, то время выдержки должно быть от 0.5 до 1.0 часа.

Образцы-свидетели допускается устанавливать со смещением не более 80 мм внутрь рабочего пространства.

Проверка печей нагрева и термообработки титановых полуфабрикатов производится без садки. По требованию заказ­чика (зарубежных фирм) проверка печей на технологическую точность может про­изводиться с садкой.

Измерение и регистрация температур образцов-свидетелей производится до и после установившегося температурного режима при минимальной, промежу­точной (при необходимости) и максимальной температурах диапазона рабочих температур печи.

Регистрация температурного поля печи (температура образцов- свидетелей) должна быть обеспечена не менее, чем за 50 °С до достижения задан­ной температуры печи.

После достижения установившегося температурного режима печи про­водится выдержка не менее 30 минут, обеспечивая регистрацию температуры по­исковых термопар не менее 5 циклов любой периодичности изменения температу­ры (если они имеются). Время начала и окончания установившегося температурного режима отмечается на диаграмме чертой, пересекающей след самописца.

Равномерность температуры печи определяется разностью температур образцов-свидетелей при установившемся температурном режиме печи. Отклоне­ния температуры (экстремумы температуры) образцов-свидетелей от заданного значения не должны превышать значений, указанных в таблице 1.

Цикл регистрации температуры поисковых термопар должен быть не более двух минут для каждой термопары за весь период регистрации.

На печах для нагрева заготовок перед деформацией после проведения проверки печи на технологическую точность проводится проверка динамических характеристик печи при максимальной температуре диапазона рабочих темпера­тур:

- определение времени выхода печи на максимальную температуру;

- определение превышения температуры при выходе печи на максимальную температуру.

Для выполнения проверки динамических характеристик печи необходимо ох­ладить печь на 50 °С для печей с максимальной температурой применения до 1050 °С и на 100 °С для печей с максимальной температурой применения более 1050 °С путем отключения нагрева, открытия окна загрузки или изменения задания температуры. Затем произвести разогрев печи до максимальной температуры. Оп­ределить время выхода печи на максимальную температуру и превышение темпе­ратуры при выходе печи на максимальную температуру.

Результаты проверки печей на технологическую точность регистрируют­ся лицом, ответственным за проверку печей, в журнале «Регистрация результатов проверки печей» установленной формы.Где указывается:

- в графе "Дата проверки, основание проверки" - причина проверки, например: по графику, после монтажа и т.д.

-в графе "Номер печи, наименование печи" - цеховой номер, наименование и инвентарный номер печи.

- в графе "Схема расположения термопар" - номера термопар по схеме, их градуировку и поправку при температуре калибровки, номер термопары по про­токолу и номер протокола калибровки, дается ссылка на технологическую инструк­цию по проверке печей с указанием номера схемы расположения термопар. В слу­чае отличия расположения термопар от указанного в схеме, приводится фактическое расположение термопар.

- в графе "Заданная температура печи по зонам" - температура, устанавливае­мая заданием терморегулятора.

- в графе "Действительная температура печи по зонам" - температура регулирующих и регистрирующих термопар по зонам, при этом необходимо указать экстремумы температур, если они имеются.

- в графе " Действительная температура поисковых термопар с учётом попра­вок" - температуры каждой поисковой термопары с учётом поправки: мак­симальную - за весь период проверки (с начала регистрации температур поиско­вых термопар) и минимальную - в период выдержки (при установившемся темпе­ратурном режиме печи).

После записи показаний поисковых термопар записывают максимальную и ми­нимальную температуру, выбранную из всех показаний поисковых термопар.

- в графе "Заключение": приводятся результаты проверки технического состояния печи и КИПиА; указывается, что в рабочем пространстве печи, обозначенном на схеме рас­положения поисковых термопар, обеспечивается распределение температуры с отклонениями, не превышающими указанных в таблице, или не обеспечивается распределение температуры с отклонениями, не превышающими указанных в таблице; указывается, что результаты проверки в норме / нет; указывается время выхода печи на максимальную температуру при провер­ке динамических характеристик печи (для печей нагрева).

Если печь отключена, указать причину: «В ремонте. Отключена» или «Исправна. Отключена».

По требованию заказчика разрешается дополнить фразой о соответствии печи требованиям предложенного документа (например, "данная печь отвечает требова­ниям стандарта AMS 2750").

На основании представленных сведений начальник ОТК в цехе разрешает или запрещает применение печи в технологическом процессе с записью в журнале «Све­дения о проверке печей на технологическую точность» с указанием подписи и даты. Разрешает, если отклонения температуры в рабочем пространстве печи не превыша­ют предельные или запрещает, если отклонения температуры превышают предель­ные.

При необходимости начальник ОТК может запросить у ответственного за про­верку печей подтверждающие документы (диаграммы и т.п.)

В журнал "Регистрация результатов проверки печей" заносятся результа­ты всех проверок (плановые и внеплановые) печи с обязательным указанием даты и причины проверки. Например: "По графику", "После реконструкции", "После ос­танова за ненадобностью" и т.д. В случае, если печь не проверяется по графику проверок по причине её отключения, сведения об этом заносятся в журнал. При проведении внеплановых проверок в журнале также необходимо указать дату ос­танова и пуска печи.

Каждая печь оборудуется идентификационной табличкой, в которой должно быть указано: тип печи, инвентарный номер, мощ­ность печи, диапазон рабочих температур, дата проведения проверки и срок (число, месяц, год) последующей проверки.

На печах, выведенных из эксплуатации, размещается табличка, в которой должно быть указано:"Исправна. Отключена" или "В ремонте. Отключена".

 Температурные диаграммы приборов регистрации температуры печи (зон печи) или с ПЭВМ идентифицируются дополнительно. Лицо, ответственное за проверку печи на технологическую точность, делает отмет­ку о проведении проверки печи на диаграммной бумаге измерительных приборов печи (зон печи).

На диаграммной бумаге прибора регистрации температуры поисковых тер­мопар должны быть указаны: дата проверки печи; инвентарный номер печи; номера, градуировка и поправки поисковых термопар; тип измерительного прибора, заводской номер, градуировка; скорость перемещения диаграммной бумаги и температуры образцов свидетелей по окончании выдержки (с указанием текущего времени) по показа­ниям измерительного прибора в случае применения многоканального прибора; запись об исправности прибора регистрации температуры поисковых термопар с подписью работника службы КИПиА.

Температурные диаграммы с измерительных приборов для регистрации температуры зон печи или с ПЭВМ и диаграммная бумага с записью температуры поисковых термопар двух последних проверок подшиваются в отдельную папку и хранятся у лица, ответственного за проверку печей на технологическую точность, в течение года, затем хранение в цеховом архиве в течение 5 лет.

Сведения о метрологических характеристиках средств измерений, входя­щих в состав систем измерения температуры, приведены в таблице 

Возможно применение средств измерений, метрологические характеристики которых не хуже указанных в таблице 3.

 

 

3.Устройство и работа измерительного комплекса

Измерительный регистрирующий комплекс для проверки печей на технологическую точность (далее ИРК) предназначен для:

- измерения и регистрации температуры в рабочем пространстве печей

- контроля процесса измерения в режиме реального времени

- хранения результатов измерения

- отображения результатов измерения с помощью графиков

- хранения параметров печи, характеристик поисковых термопар и действительных температур зон печи

- формирования протокола проверки печи на технологическую точность

- контроля исправности ИРК

ИРК функционально состоит из

Блок измерения и регистрации температуры 16 канальный (далее БИР)

                                                             Таблица 4. Состав БИР

Наименование	Количество
Устройство программного управления TREI - 5В - 02	1
Блок питания DRA 18-24	1
Конструктив RITALL	1
Концентратор WiFi D-Link DWL-3200AP	1
Концентратор Ethernet EDS-205A Switch	1

Подключение АРМ оператора к БИР осуществляется либо с помощью проводной сети Ethernet, либо беспроводной сети WiFi.

. Конструктив БИР выполнен в виде переносного ящика с приборными клеммами для подключения термопар типа К или N, разъема Ethernet и разъема питания.

 

 

Работа с комплексом

 Включение БИР осуществляется с помощью выключателя питания, расположенного на лицевой панели за передней крышкой. БИР начинает выполнять свои функции через 30 секунд с момента включения.

БИР может функционировать в следующих режимах:

Основной режим работы - в контроллере запускается технологический код контроля и управления, обеспечивающий выполнение в режиме реального времени информационные и вычислительные функции ИРК.

Для установки основного режима необходимо перевести пятый переключатель на лицевой панели мастер-модуля в положение "OFF", после чего необходимо перезагрузить контроллер.

Режим метрологической поверки - в данном режиме возможна настройка, поверка модулей ввода/вывода контроллера.

Рисунок 13 – Лицевая панель мастер-модуля