Способ дугового переплава

(и) 59479 Союз Советских Социалистических Республик(51) М, Кл, С 21 С 5/5 тосударствонный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(71 Заявител Инстит 54) СПОСОБ ДУГО ПЕРЕПЛАВ ние яе Изобретение относится к способам дуговой плавки металлов и сплавов на переменном токе с расходуемым электродом и может быть использовано в области металлургии черных и цветных металлов, особенно при переплаве тугоплавких металлов.Известен способ злектродуговой плавки металлов и сплавов с расходуемым электродом, при котором электрическую дугу зажигают от источника переменного тока промышленной частоты между расходуемым электродом и затравкой из переплавляемого металла, установленной в водоохлаждаемом кристаллизаторе и, по мере расплавления расходуемого электрода, заполняют кристаллизатор,Однако по такому способу раопределение мош)ности между расплавляемым электродом и слитком практически не поддается регулированию, вследствие чего невозможно получить существенный перегрев жидкого металла над температурой плавления, кроме того, способ имеет низкую степень рафинирования металла в процессе плавки из-за низкой температуры ванны жидкого металла и большой скорости плавления. Это приводит к увеличению электрических затрат на единцу веса годного металла (в ряде случаев необходим двуиратный или трехкратный переплав слитков), либо к ухудшению его качества,Целью изобретения является регулировараспределения мощности между расплавмым электродом и ванной жидкого металла при неизмененной мощности и повышение степени рафинирования переплавляемого металла.Достигается это тем, что рогулируют отношение амплитуды положительной полуволны к амплитуде отрицательной полуволны тока дуги в пределах от 0,3 до 3.Причем при переплаве тугоплавких металлов устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод - минус) к амплитуде отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) большим единицы и ведут плавку, сохраняя выбранное отношение амплитуд постоянным, а при переплаве легкоплавких металлов устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод - минус) к амплитуде отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) меньшим единицы и ведут плавку, сохраняя выбранное отношение амплитуд постоянным,Сущность изобретения заключается в изпользовании зависимости скорости плавления расходуемого электрода (т. е, распределения мощности между расходуемым электродом и слитком практически всех металлов, расплавляемых электрической джой) от потенциала напряжения, подаваемого на расплавляемый электрод. Известно, что скорость плавлениятугоплавких металлов на постоянном токе при обратной полярности (расплавляемый электрод имеет положительный потенциал) значительно выше скорости плавления на прямой полярности (на расплавляемом электроде отрицательный потенциал) .Отношение скорости плавления при обратной полярности (электрод - плюс) постоянного тока к скорости плавления при прямой полярности в зависимости от давления в камере печи и величины тока может составлять от 1,2 до 3 и более. В случае плавления вольфрама при давлениях в камере печи выше 4 мм рт. ст. это отношение равно бесконечности, т, е, когда к расходуемому электроду подсоединен отрицательный, полюс источника тока, то электрод вообще не плавится.В случае же плавления легкоплавких металлов, таких как алюминий или сталь, наблюдается обратная картина - на прямой полярности расходуемый электрод плавится быстрее, чем на обратной полярности, причем отношение, скоростей плавления составляет величину, близкую к 2.Подобные закономерности плавления металлов связаны с термоэлектрическим ивлением (эффектом Пельтье), имеющим место в электрической цепи с дугой.Теплота Пельтье, выделяемая на аноде и поглощаемая на катоде, составляет значение Яп=ап 1 Т, где а, - коэффициент термоэлектродвижущей силы плазмы; 1 - ток дуги.Т - температура плазмы. При этом температура плазмы дуги составляет величину, равную 5000 - 10000 К в зависимости от давления в камере печи и тока. При токе дуги, равном 3000 а, в случае плавления вольфрама при общей мощности дуги 90 квт, теплота Пельтье составляет величину, равную 3070 от мощности дурги.Таким образом, разница в скоростях плавления расходуемого электрода, подключенного к разным полюсам источника постоянного тока, связана с перераспределением мощности между расплавляемым электродом и слитком благодаря эффекту Пельтье.В случае плавления легкоплавких металлов знак термо-Э.Д.С. плазмы дуги будет иметь отрицательную величину (благодаря ионному току), т. е. теплота Пельтье будет выделяться на катоде.При плавлении металлов дугой переменного тока скорость плавления расходуемого электрода, как правило, равна средней величине между скоростями плавления на постоянном токе прямой и обратной полярности. За время протекания отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) теплота Пельтье выделяется на электроде и скорость плавления за этот полупериод соответствует скорости плавления на постоянном токе обратной полярности, а за время протекания через дугу ,положительной полуволны тока (электрод - минус) скорость плавления за этот полупериод соответствует скорости плавления на постоян 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ао 65 4ном токе прямой полярности. Поскольку амплитуды первых гармоник полуволн тока одинаковы, то и средняя скорость плавления за весь период равна средней величине между скоростями плавления на постоянном токе прямой и обратной полярности. Если амплитуды полуволн тока будут отличаться, то и скорость плавления измениться, так если амплитуда положительной полуволны тока будет выше, чем огрицательной, то скорость плавления электрода будет ниже, чем скорость плавления при равных амплитудах тока, а ванна жидкого металла будет иметь более высокую температуру, так как теплота Пельтье, выделяемая на аноде - кристаллизаторе, будет выше. Это ускорит протекание рафинировочных процессов и их эффективность, т. е, улучшит качество выплавляемого металла. Для любого металла или сплава, выплавляемого в дуговой печи, можно подобрать оптимальное соотношение между амплитудами обеих полуволн переменного тока, при котором будет получен металл требуемого качества и приемлемая производительность плавильного агрегата.На чертеже приведена схема устройспва для осуществления предлагаемого способа.Схема представляет собой источник питания, состоящий из силового трансформатора 1, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой и отводами 2 и 3. При этом полуобмотки вторичной обмотки силового трансформатора соединены встречно, Отводы 2 через переключающий элемент 4 подсоединены к полупроводниковому диоду 5, катод которого через дроосель 6 подсоединен к нагрузке 7 (электроду), второй вывод которой (кристаллизатор) соединен со средней точкой полуобмоток трансформатора, Отводы 3 через переключающий элемент 8 подсоединены к катоду управляющего диода 9, анод которого соединен с катодом диода 5 и дросселем 6. Управляющий электрод диода 9 подсоединен к цепочке ЛС, образованной резистором 10, диодом 11 и емкостью 12. Параллельно емкости 12 подсоединено сопротивление 13, которое служит для разрядкиконденсатора во время положительной полуволны напряжения, которую не пропускает диод 11.Формирование управляющего импульса может быть осуществлено также от вторичной обмотки импульсного трансформатора (пиктрансформатора) с постоянным подмагничиванием, первичная обмотка которого может быть запитана от первичной обмотки силового трансформатора или от вторичной полуобмотки.Схема работает следующим образом. В за. висимости от необходимого режима работы источника: режима генерации постоянной составляющей прямой полярности, режима работы печи с постоянной составляющей обратной полярности или режима генерации тока и напряжения с равными амплитудами положительной и отрицательной полуволн, соответствующие отводы вторичных полуобмоток силового трансформатора с помощью переключающих элементов соединяют с анодом диода 5 и катодом управляемого диода 9. Далее подают напряжение промышленной или повышенной частоты на первичную обмотку силового трансформатора и зажигают электрическую дугу путем замыкания электрода с затравкой кристаллизатора или с помощью осциллятора. При этом электродвияущая сила верхней полуобмотки вторичной обмотки силового трансформатора в положительный полупериод (плюс на отводах) замыкается через диод 5, переключающий элемент 4, дроссель 6 и нагрузку 7 на среднюю точку трансформатора, В этот момент через упра 1 вляемый диод 9 ток пе проходит, так как на управляющий электрод не поступает управляющий импульс, В отрицательном полупериоде Э.Д.С. нижней полуобмотки замыкается через нагрузку, дроссель, управляемый диод и переключающий элемент 8 на отводы 3, так как в момент формирования отрицательной полуволны на управляющий электрод диода 9 поступает положительный импульс напряжения, В отрицательном полупериоде емкость 12 заряжаетсч через резистор 10 и диод 11.Скорость зарядки емкости определяется постоянной времени=1 С зарядного контура и может регулироваться изменением с сопротивлением резистора 10. Запирание (тиристора) управляемого диода осуществляется по силовой цепи за счет уменьшения тока через тиристор до пороговой величины. Так как при такой схеме через нагрузку ток проходит в разных направлениях в течение каждого из двух полупериодов, но величина тока в каждый из периодов будет различной, то такое регулирование отношения амплитуд прямой и обратной полуволн тока и напряжения дуги эквивалентно регулированию постоянной составля 1 ощей тока и напряжения в дуге, Для того, чтобы амплитуда отрицательной полу- волны тока дуги была больше амплитуды полокительной полуволны, элементы 4, 8 должны быть переключены на противоположные положения. Это может быть сделано под нагрузкой с помощью, например, полупроводникового переключающего элемента. Контроль направления постоянной составляющей проводится с помощью вольтметра.Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, При плавлении сплавов, например молибден-иттрий, плавку ведут, регулируя отношение амплитуд прямой к обратной голуволне тока (в процессе плавки) от 1 до 0,5, что способствует устойчивому горению дуги в начальный период и увеличению производительности (скорости) плавки в конце периода плавки, т. е. уменьшению потерь металла 5 на испарение. При плавлении тугоплавкихметаллов (вольфрам, молибден и др,) увелич 11 ва 1 от отношение амплитуды прямой полу- волны (электрод - минус) к амплитуде обратной полуволны в пределах от 1,3 до 3 и 10 ведут плавку, сохраняя выбранное соотношение амплитуд постоянным. При плавлении легкоплавких металлов уменьшают отношение амплитуды прямой полуволны тока дуги к амплитуде обратной полуволны в пределах 15 от 0,3 до 0,7 и ведут плавку при выбранномсоотношении амплитуд, т. е. искусственно генерируют постоянную составляющую тока дуги, направленную от кристаллизатора к электроду (электрод - пл 1 ос) .20 Таким образом, генерирование постояннойсоставляющей тока дуги при плавке металлов позволяет регулировать скорость плавки расходуемого электрода без изменения общей мощности дуги, т, е. перераспределять мо.ц ность дуги между расходуемым электродом иванной хкидкого металла. Формула изобретенияЗ 0 1. Способ лугового переплава расходуемогоэлектрода в кристаллизатор, о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью регулирования распределения мощности между расходуемым электродом и ванной жидкого металла и по вышеия качества металла, регулируют отношением амплитуды положительной полуволны к амплитуде отрицательной полуволны тока дуги в пределах 0,3 - 3.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, 40 чго, с целью повышения степени рафинирования выплавляемых тугоплавких металлов, устанавливают отношение амплитуды положительной полуводны тока (электрод - минус) к амплитуде отрицательной полуволны 45 тока (электрод - плюс) большим единицы иведут плавку, сохраняя выбранное отношение а мплитуд постоянным.3. Способ по и. 1, отличающийся тем,что, с целью повышения степени рафиниров ния легкоплавких металлов, устанавливаютотношение амплитуды положительной полу- волны тоха (электрод - минус) к амплитуде отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) меньшим единщы и ведут плавку, со храняя выбранное отношение амплитуд посто 51 П Е Ы Л 1.519479 Составитель Р. ЗельцерРедактор Т. Пилипенко Техред Т. Курилко Корректор Е, Рожкова аказ 1514/13ЦН ПодписноСССР пографпя, пр, Сапунова, 2 Изд.1443 ПИ Государственного по делам изоб 113035, Москва, Ж Тираж 654омитета Совета Министретений и открытий5, Раушская наб., д, 4/5