Способ дугового переплава

 

О ЛИСАМ И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

N АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1ш 5I9479

Союз Советокик

Социалистических

Ресоублик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.12.73 (21) 1990460/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.76. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 08.07.76 (51) М. Кл о С 21С 5/56

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.365.22 (088.8) (72) Авторы изобретения

А, А. Беляев, В. И. Кашин и С. Ф. Чистов

Институт металлургии им. А. А. Байкова

I 71) Заявитель (54) СПОСОБ ДУГОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Изобретение относится к способам дуговой плавки металлов и сплавов на переменном токе с расходуемым электродом и может оыть использовано в области металлургии черных и цветных металлов, особенно при переплаве тугоплавких металлов.

Известен cliособ 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 кри сталлизаторе и, по мере расплавления расходуемо"o 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 регули рование распределения мощности между расплавляемым электродом и ванной жидкого металла при неизмененной мощности и по вышение степени рафинирования переплавляемого ме5 галла.

Достигается это тем, что рогулируют отношение амплитуды положительной полу волны к амплитуде отрицательной полуволны тока дуги в пределах от 0,3 до 3.

10 Причем при переплаве тугоплавких металлов устанавливают отношение амплитуды IIQложительной полуволны тока (электрод — минус) к амплитуде отрицательной полуволны тока (электрод — плюс) большим единицы и

15 ведут плавку, сохраняя выбранное отношение амплитуд постоянным, а при переплаве легкоплавких металлов устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод — минус) к амплитуде отрицатель20 ной полуволны тока (электрод — плюс) меньшим единицы и ведут плавку, сохраняя выбранное отношение ам плитуд постоянным.

Сущность изобретения заключается в изпользовании зависимости скорости плавления

25 расходуемого электрода (т. е. распределения мощности между расходуемым электродом и слитком практически всех металлов, расплавляемых электрической дугой) от потенциала напряжения, подаваемого на расплавляемый

30 электрод. Известно, что скорость плавления

51,)479 тугоплавких металлов на постоянном токе при обратной полярности (расплавляемый электрод имеет положительный потенциал) значительно выше ско|рости 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 iB зависимости от давления в камере печи и величины тока может Icoставлять 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 огношение, 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

Q x=

Т вЂ” 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 300/О от мощности дуги.

Таким образом, разница в скоростях плавления расходуемого электро да, 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 полу период соответствует скорости плавления на постоян5

G0

4 ном 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 ьгежду 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 RC, образованной резистором 10, диодом 11 и емкостью 12. Параллельно емкости 12 подсоединено сопротивление 13, которое служит для разрядки конденсатора во время положительной полуволны напряжения, которую не пропускает диод 11.

Формирование упра вляющего импульса может быть осуществлено также от вторичной обмотки импульсного трансформатора (пиктрансформатора) с постоянным подма гничиванием, первичная обмотка которого может быть запитана от первичной обмотки силового трансформатора или от вторичной полуобмотки.

Схема |работает следующим образом. В зависимости от необходимого режима работы источника: режима генерации постоянной соста вляющей прямой полярности, режима работы печи с постоянной составляющей обратной полярности или режима генерации тока и напряжения с равными амплитудами положительной и отрицательной полуволн, соответст519479 вующие отводы вторичных полуобмоток силового трансформатора ic помощью переключающих элементов соединяют с анодом диода 5 и катодом управляемого диода 9. Далее подают напряжение промышленной или по вышенной 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 упра1вляемый диод 9 ток

Hp. проходит, так как на управляющий электрод не поступает управляющий им пульс.

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 у правляющий 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=ЯС 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 составля1ощей тока и напряжения в дуге. Для того, чтобы амплитуда отрицательной полуволны тока дуги была больше амплитуды поло>кительной полуволны, элементы 4, 8 доляEibl быть переключены на противоположные положения. Это может быть сдела но под нагрузкой с помощью, например, полупроводникового переключающего элемента. Контроль

H-.ïðàâления постоянной составляющей прогодится с помощью вольтметра.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. При плавлении сплавов, например молибден-иттрий, пла вку ведут, регулируя отношение амплитуд прямой к обратно "1 голуволне тока (в процессе плавки) от 1 до

0,5, что способствует устойчивому горению дуги в начальный период и увеличению производительности (скорости) плавки iB конце периода плавки, т. е. уменьшению потерь металла на испарение. При плавлении тугoIIëàâêèõ металлов (вольфрам, молибден и д р.) увелич11ва1ст отношение амплитуды прямой полуволны (электрод — минус) к амплитуде обpÿòEloé 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 от 0,3 до 0,7 и ведут плавку при выбранном соотношении амплитуд, т. е. искусственно генерируют постоянную составляющую тока дуги, направленную от кристаллизатора к электроду (электрод — пл1ос) .

20 Таким образом, генерирование постоянной составляющей тока дуги при плавке металлов позволяет регулировать скорость плавки расходуемого электрода без изменения общей мощности дуги, т. е. перераспределять мо.цность дуги между расходуемым электродом и ванной хкидкого металла.

Формула изобретения

1. Способ дугового переплава расходуемого электрода в кристаллизатор, о тл и ч а юшийся тем, что, с целью регулирования ра"пределения мощности между расходуемым электродом и ванной жидкого металла и по35 вышепия 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 полуволны тока (электрод — минус) к амплитуде отрицательной полуволны

45 тока (электрод — плюс) большим единицы и ведут плавку, сохраняя выбранное отношение а мплитуд постоянным.

3. Способ по и. 1, отличающи ñÿ тем, что, с целью повышения степени рафиниров»50 ния легкоплавких металлов, устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тоха (электрод — минус) к амплитуде отрицательной полуволны тока (электрод— плюс) меньшим един щы и ведут плавку, со55 храняя выбранное отношение амплитуд постоH ПEIЫЛ1.

519479

Составитель P. Зельцер

Техред Т. Курилко

Редактор Т. Пилипенко

Корректор E. Рожкова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1514/13 Изд. № 1443 Тираж 654 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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