Способ управления процессом электрошлакового переплава

 

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для использования в технике электрошлакового переплава. Целью изобретения является повышение качества и снижение энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава. Для этого определяют сопротивление шлаковой ванны в межэлектродном промежутке по измеренным току и напряжению шлаковой ванны и сравнивают измеренное сопротивление с заданным, изменяют скорость наплавления слитка и поддерживают скорость в соответствии с заданным значением, изменяя параметры электропитания печи воздействием на переключатель ступеней напряжения печного трансформатора, а также управляют заглублением электродов в шлаковую ванну, перемещая электрододержатель, при этом дополнительно поддерживают заглубление электродов в шлаковую ванну на уровне, соответствующем минимальной потребляемой печью мощности для любого момента плавки, а также поддерживают отклонение сопротивления шлаковой ванны в межэлектродном промежутке равным заданному значению введением добавок приводом дозатора загрузки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4 А1 (51) 4 С 22 В 9/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

rl P

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4348149/23-02 (22) 30.12 ° 87 (46) 15. 09. 89. Бюл. и 34 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт систем автоматизации и управления (72) Ю.О. Сургучев (53) 669.046.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 520785, кл. С 21 С 5/56, 1974.

1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА (57) Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для использования в технике электрошлакового переплава. Целью изобретения является повышение качества и снижение энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава. Для этого определяют сопро,тивление шлаковой ванны в межэлектродИзобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для использования в технике электрошлакового переплава (3IIIII)..

Целью изобретения является повышение качества и снижение энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава.

На фиг. 1 представлена зависимость мощности, вводимой в шлаковую ванну от величины заглубления электрода; на фиг. 2 — зависимость мощности печи от величины заглубления электрода.

Одним из возмущающих воздействий при длительных плавках, оказывающих

2 ном промежутке по измеренным току и напряжению шлаковой ванны и сравнивают измеренное сопротивление с заданным, изменяют скорость наплавления слитка и поддерживают скорость в соответствии с заданным значением, изменяя параметры электропитания печи воздействием на переключатель ступеней напряжения печного трансформатора а также управляют заглублением электродов в шлаковую ванну, перемещая электрододержатель, при этом дополнительно поддерживают заглубление электродов в шлаковую ванну на уровне, соответствующем минимальной потребляемой печью мощности для любого момента плавки, а также поддерживают отклонение сопротивления шлаковой ванны в межэлектродном промежутке равным заданному значению введением добавок приводом дозатара загрузки.

2 ил.

1.существенное влияние на процесс ЭШП, является снижение в процессе плавления химического состава шлака, что влечет за собой изменение удельного электрического сопротивления шлака, изменение высоты шлаковой ванны в процессе расхода шлака на гарнисаж.

Химический состав шлака, а следовательно, и его удельное электрическое сопротивление могут колебаться в зависимости от партии выплавки шлака.

Удельное электрическое сопротивление шлака также зависит от его температуры в процессе плавления. В результате в процессе плавления при одном и там

)5078

34 з же заданном в САР сопротивления межэлектродного промежутка фактическая вечичина заглубления электрода в шлаковую ванну будет различной.

Так, например, в результате физико-химических процессов, протекающих в шлаковой ванне, удельное сопротивление шлака в процессе плевки значительно меняется в сторону увеличения. 1ð

В результате при неизменных электрических параметрах плавки и при одной и той же велиЧине заданного сопротивления.межэлектродного промежутка в процессе плавления происходит увели- 15 чение фактического заглубления электрода B шлаковую ванну. В результате зона тепловыделения концентрируется в центральной нижней части шлаковой ванны, происходит захолаживание пери- 0 ферийных участков шлаковой и металлической ванн в зоне касания со стенкой кристаллизатора, увеличивается мощность, вводимая в металлическую ванну, снижается скорость плавления ме- 25 талла электрода, увеличивается глубина металлической ванны, Это приводит к ухудшению структуры наплавляемого слитка, образованию гофр и других дефектов поверхности слитка. 10

В подвижных уширенных кристаллизаторах в случае черезмерного 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 физикохимических процессов, протекающих в шлаковой и металлической ванных, при длительных плавках состав шлака существенно изменяется, Это особенно характерно для многокомпонентных шлаков трпа АНФ-32. При этом иэ состава шлака уходят следующие компоненты:

А120 СаО, MgO.

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 h 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 h, величина мощности, вводимой в шлаковую ванну, будет максимальной Р„ „ .

МаКс

Кривая, 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 h 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, — <1 скорость плавления растет, так как увеличивается мощность, вводимая в шлаковую ванну. При дальнейшем заглублении электродов ho,-+hz 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 состо5 1507 янии металлической ванны, и уменьшается доля тепла, расходуемого непосредственно на плавление электрода °

В результате происходит снижение ско рости плавления электрода, рост глу5 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- 15 ответствует величине h . (фиг. 1). При этом обеспечиваются оптимальные тепловые условия плавления металла электрода и формирования слитка, а также рафинирования металла, достигается 2О максимальное значение мощности, вводимой в шлаковую ванну Р„ (фиг. 1), при данном напряжении печного трансформатора, снижение потерь электроэнергии в элементах короткой сети печ-25 ного контура и повышение доли тепловой энергии, идущей на плавление электрода. Так как величина заглубления электродов в шлаковую ванну непосредственному измерению не поддается) В 3д

САР ЭШП для регулирования этой величины используется эквивалентная ей величина сопротивления межэлектродного промежутка. Задание сопротивления межэлектродного промежутка для САР

35 выбирается опытным путем таким образом, чтобы фактическое заглубление электрода соответствовало оптимальной величине заглубления Ь„ (фиг. 1), при которой обеспечиваются оптимальные условия протекания процесса ЭШП.

Анализ происходящих при ЭШП процессов показывает, что оптимальная величина заглубления электродов h соответствует 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 скорости плавления, обеспечивает заглубление .на оптимальную величину h и соот-.

834 ветс"вующее повышение качества электрошлакового переплава, т.е. поддержание САР постоянной скорости плавления позволяет идентифицировать 1) 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 h, то измеряемое значение сопротивления шлаковой ванны Вц несет информацию о химическом составе шлака, Величина 1т 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 R 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 заглуб— ления электрода, что позволяет говорить о том, что стабилизируется соотношение между теплопотоками в ванне и тепловое состояние ванны шлака в целом, а соответственно, и его температура T.

В этом случае сопротивление шлаковой ванны В (при поддержании постоянными Ьо и Т) начинает отражать химический состав шлака, что позво1507834

Ьанс

8 ляет по величине ВШ производить регулирование (добавки элементов) химического состава шлака.

С этой целью печь ЭШП должна быть оснащена системой регулирования химического состава шлака по сопротивле нию шлаковой ванны, позволяющей при отклонении Вы от заданного значения

R< >(определяемого экспериментально) на величину больше допустимой ЬБы(определяемой экспериментально.), произ.водить добавки в шлаковую ванну, вбсстанавливающие электрическую прово цимость шлака (химический состав шлака). Величина добавок определяется иэ выбранного hR 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 V 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, стабилизируется теплоэнергетическое состояние процесса электрошлакового переплава °

5, Формула изобретения

Способ управления процессом электрошлакового переплава, включающий определение сопротивления шлаковой ванны в межэлектродном промежутке по измеренным току и напряжению шлаковой ванны, сравнение измеренного напряжения с заданным, измерение скорости наплавления слитка и поддержание скорости в соответствии с заданным по технологии значением, изменение пара.метров электропитания печи воздействием на переключатель ступеней напряжения печного трансформатора, а также управление заглублением электродов в

20 шлаковую ванну, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества и снижения энергозатрат процесса электрошлаковбй плавки на период переплава, поддерживают заглубg5 ление электродов в шлаковую ванну на уровне, соответствующем минимальной потребляемой печью мощности, а также поддерживают отклонение сопротивления .шлаковой ванны в межэлектродном npo3piмежутке равным заданному по технологии значению введением добавок.

1507834

Ивин

/7ц

Фиг. 2

Составитель А. Абросимов

Техред М.Ходанич Корректор Т. Колб

Редактор Т. Лазаренко

Заказ 5521/31 Тираж 576 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина, 101