Способ управления процессом электрошлакового переплава

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 (19) 111) 2 В. 9/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ЛЬСТВУ ном инапр 2(21) (22) (46) (71) ский енным токуны и сравни зм ежут аковои ва ое сопрот яют скоро яжению ш измерен м, изме вление с з лавле да ни следователь систем авчно т скорость поддерживс заданны тк нс м, иечи значе соответствии меняя параме воздействием авления тома (72) ы электропитания а переключатель с(56) Р 52 1 рансформатоглублением ия печного и н ерем У)и ССОМ ЭЛЕК(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА(57) Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для использования в техникеэлектрошлакового переплава, Цельюизобретения является повышение качества и снижение энергозатрат процессаэлектрошлаковойплавки на период переплава. Для этого определяют сопро,тивление шлаковой ванны в межэлектродтом долубление держат поддер шлаков вующем чью мо ль,живаюа уровй пою ва инима е, со ребля омент юбог ои дл е поддержив ия шлаковой плавки, а та ие сапротивл меьэлектродн аданному зна откло 1 ежутке анны вавнымобавок ию введен зки затора з риводам ил,оцесс ЭШП,Изобретение относи се плавл лектрометаллургиия использования оио ка, ч дельн пла трошлакового Целью изоб я шл ния я нны ачества и с шен арнисажследов процесса электрошлаковои пла р н период переплава.На фиг. 1 представлена зависимость щности, вводимой в шлаковую ванну величины заглубления электрода; фиг. 2 - зависимость мощности пеот величины заглубления электрода. Одним из возмущающих воздействийдлительных плавках, оказывающих ктрическое ться в зао ки шлака.ротивление т чи от его темпер ка также зав езультате см и там ния. ры в процессе плв процессе плавл я и АВТОРСКОМУ СВ 4348149/23-030. 128715.09,89. БюВсесоюзный ни проектныйизации и упрЮ.О. Сургуче669.046.5(08Авторское св785, кл. С 2 я к специальи предназначетехнике элек(ЭШП)ляется повыие энергозатра, а также управляютэлектродов в шлаковующая электрода еполнительноэлектродов в Ун ответст существенное влияние на п является снижение в праце ния химического состава ш влечет за собой изменение электрического сопротивле изменение высоты шлаковой процессе расхода шлака на Химический состав шлака, тельна, и его удельное эл сопротивление могут колеб исимости от партии вып ьное электрическое со15078 34 3же заданном в САР сопротивления межэлектродного промежутка Фактическая вечичина заглубления электрода в шлаковую ванну будет различной.5Так, например, в результате Физико-химических процессов, протекающих в шлаковой ванне, удельное сопротивление шлака в процессе плавки значительно меняется в сторону увеличения. 10 В результате при неизменных электрических параметрах плавки и при одной и той же велиЧине заданного сопротивления межэлектродного промежутка в процессе плавления происходит увели чение Фактического заглубления электрода в шлаковую ванну. В результате зона тепловыделения концентрируется в центральной нижней части шлаковой ванны, происходит захолаживание пери- ц ферийных участков шлаковой и металлической ванн в зоне касания со стенкой кристаллизатора, увеличивается мощность, вводимая в металлическую ванну, снижается скорость плавления ме талла электрода, увеличивается глубина металлической ванны, Это приводит к ухудшению структуры наплавляемого слитка, образованию гофр и других дефектов поверхности слитка. ЮВ подвижных уширенных кристаллизаторах в случае чрезмерного заглубления в шлаковую ванну электрод вплотную приближается к горизонтальной полке кристаллизатора. При этом в тепловом балансе шлаковой ванны значительно возрастает доля тепла, отводимая через полку кристаллизатора, что также приводит к снижению скорости плавления и другим указанным отрицательным последствиям.Способ дозирования добавок в шлаковую нанну согласно изобретению основан на том, что в результате Физико- химических процессов, протекающих в шлаковой и металлической ванных, при длительных плавках состав шлака существенно изменяется, Это особенно характерно для многокомпонентных шлаков трпа АНф. При этом иэ состава шлака уходят следующие компоненты: А 1 О, СаО, МО.Изменение содержания в общем химическом составе. шлаковой ванны каждого иэ перечисленных компонентов происходит одновременно и в основном по одному и тому же закону, т.е. соотно-, шения между количествами содержания данных компонентов в общем химическом составе шлаковой ванны достаточно устойчивы в процессе переплава, в то время как изменение химического состава шлаковой ванны (уменьшение количества указанных компонентов) сопровождается соответствующим изменением удельного электрического сопротивления шлаковой ванны.Известно. что при электрошлаковом переплаве при неизменном напряжении источника питания (печного трансформатора) зависимость мощности, вводимой в шлаковую ванну Р, от заглубления электрода в шлаковую ванну Ь носит экстремальный характер (Фиг, 1). Это относится как к монофилярной, так и к бифилярной схемам ЭШП. Из Фиг. 1 следует, что при одной определенной величине заглубления электрода в шлаковую ванну Ь величина мощности, вводимой в шлаковую ванну, будет максимальной РМаКсКривая, изображенная на Фиг. 1 обусловлена параметрами короткой сети и величинами падения напряжения на ее отдельных участках. При неизменном напряжении источника питания соотношение мощности, вводимой в шлаковую ванну, и скорости наплавления слитка носит экстремальный характер. Это явление объясняется тем, что по мере изменения эаглубления электродов в шлаковую ванну происходит смещение джоулевых источников тепла. При малом заглублении электродов Ь имеет место преимущественный прогрев поверхностных слоев шлаковой ванны. Скорость плавлейия при этом, равно как и мощность, вводимая в шлаковую ванну, невелика. При увеличении заглубления электродов Ь, - э Ь а скорость плавления растет, так как увеличивается мощность, вводимая в шлаковую ванну. При дальнейшем заглублении электродов Ьа-+Ь вследствие увеличения реактивной составляющей сопротивления короткой сети имеет место снижение мощности, вводимой в шлаковую ванну (фиг. 1). Одновременно в этом случае эона тепловыделения концентрируется в центральной нижней области шлаковой ванны, уменьшается степень прогрева верхних и средних слоев шлаковой ванны, в тепловом балансе шлаковой ванны увеличивается доля тепла, расходуемого на поддержание в разогретом состо 5 1507 янин металлической ванны, и уменьшается доля тепла, расходуемого непосредственно на плавление электродаВ результате происходит снижение скорости плавления электрода, рост глу 5 бины металлической ванны, при этом кристаллизация металла принимает радиальную ориентацию, ухудшается структура и качество металла наплавляемого слитка, на поверхности слитка образуются гофры.Процесс ЭШП протекает наиболее эффективно в том случае, когда заглубление электродов в шлаковую ванну со ответствует величине Ь. (фиг. 1). При этом обеспечиваются оптимальные тепловые условия плавления металла электрода и формирования слитка, а такжерафинирования металла, достигается 20максимальное значение мощности, вводимой в шлаковую ванну Р (фиг. 1),при данном напряжении печного трансформатора, снижение потерь электроэнергии в элементах короткой сети печ ного контура и повышение доли тепловой энергии, идущей на плавление электрода. Так как величина заглубленияэлектродов в шлаковую ванну непосредственному измерению не поддается, в ЗОСАР ЭШП для регулирования этой величины используется эквивалентная ейвеличина сопротивления межэлектродного промежутка, Задание сопротивлениямежэлектродного промежутка для САР35выбирается опытным путем таким образом, чтобы фактическое заглублениеэлектрода соответствовало оптимальнойвеличине заглубления Ь (Фиг. 1), прикоторой обеспечиваются оптимальныеусловия протекания процесса ЭцП.Анализ происходящих при ЭШП процессов показывает, что оптимальнаявеличина заглубления электродов Ьсоответствует таким тепловому и электрическому режимам печи, обеспечивающим заданную скорость плавления, которые соответствуют наименьшему количеству электрической энергии, затрачиваемой на процесс, при прочих равных условиях его протекания,Следовательно, заглубление электрода в любой момент плавки на величину, соответствующую минимальным затратам электроэнергии или минимальной текущей активной мощности при условии поддержания постоянной скоростиплавления, обеспечивает заглублениена оптимальную величину Ь, и соот-. ветствующее повышение качества электрошлакового переплава, т.е. поддержание САР постоянной скорости плавления позволяет идентифицировать 11 по зависимости мощности печи от положения электрода нахождением ее экстремальной точки - минимума (фиг. 2).Проведение процесса ЭШЛ в режиме оптимального эаглубления электрода может быть обеспечено оснащением пе-чи системой автоматического регулирования (стабилизации ) скорости плавления и системой экстремального регулирования положения электродов по критерию достижения минимума мощности, потребляемой электропечью.Если совместное действие указанных САР поддерживает заглубление электрода на оптимальную величину Ь , то измеряемое значение сопротивления шлаковой ванны Вь, несет информацию о химическом составе шлака,Величина 1 т при постоянстве геометрических размеров в зоне переплава кристаллизатора и переплавляемого электрода в течение процессе не изменяется, а следовательно, Бш зависит только от проводимости шлака. Если геометриче"кие размеры ванны меняются по ходу переплава, то это может быть учтено соответствующим изменением величины К,в зависимости от места нахождения ванны.Химический состав шлака можно оценивать по его электропроводности, на которую наиболее сильно влияют его химический состав и температура.При поддержании постоянной скорости плавления и оптимальном эаглублении электродов температура шлаковой ванны также стабилизируется. Возможные ее колебания в результате возмущений от некоторого уменьшения объема ванны шлака в силу его расхода на гарнисаж и др. являются факторами "слабого" влияния.Определяющими являются процессы стабилизации скорости плавки и заглубления электрода, что позволяет говорить о том, что стабилизируется соотношение между теплопотоками в ванне и тепловое состояние ванны шлака вцелом, а соответственно, и его температура Т.В этом случае сопротивление шлаковой ванны В ш (при поддержании постоянными Ьо и Т) начинает отражать химический состав шлака, что позво1507834 Ь 1 анс 2 ляет по величине Вш производить регулирование (добавки элементов) химического состава шлака. С этой целью печь ЭШП должна быть оснащена системой регулирования хими" ческого состава шлака по сопротивлению шлаковой ванны, позволяющей при отклонении Вы от заданного значения В, э(определяемого экспериментально) на величину больше допустимой ЬВы(определяемой экспериментально), произ.водить добавки в шлаковую ванну, восстанавливающие электрическую провоцимость шлака (химический состав шла- каГ Величина добавок определяется иэ выбранного ЬВ и объема ванны шлака и свойств добавок. Поддержание постоянства (в некоторых пределах) химического состава шлака является стабилизирующим фактором поддержания постоянства заглубления электрода, что при стабилизации скорости плавки 7 по,другим возмущающим воздействиям стабилизирует тепловое состояние ванн жидкого металла И шлака, стабилизируя температуру шлака, что увеличивает точность под- , держания химического состава шлака. Таким образом, стабилизируетсятеплоэнергетическое состояние процесса электрошлакового переплава.5,Формула изобретенияСпособ управления процессом электрошлакового переплава, включающий определение сопротивления шлаковой ванны в межэлектродном промежутке поизмеренным току и напряжению шлаковойванны, сравнение измеренного напряжения с заданным, измерение скоростинаплавления слитка и поддержание скорости в соответствии с заданным потехнологии значением, изменение пара.метров электропитания печи воздействием на переключатель ступеней напряжения печного трансформатора, а такжеуправление заглублением электродов в 2 О шлаковую ванну, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества и снижения энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава, поддерживают заглуб ление электродов в шлаковую ванну науровне, соответствующем минимальнойпотребляемой печью мощности, а такжеподдерживают отклонение сопротивленияшлаковой ванны в межэлектродном проЗомежутке равным заданному по технологии значению введением добавок.Составитель А. АбросимовТехред М.Ходанич Корректор Т, Колб Редактор Т. Лазаренко Заказ 552/31 Тираж 576 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101