DD147032A5

DD147032A5 - System zur kontrolle und regulierung der elektroden im elektro-schlacke-umschmelzverfahren

Info

Publication number: DD147032A5
Application number: DD79216551A
Authority: DD
Inventors: Pasquale Masucci; Paolo Sommovigo
Original assignee: Centro Speriment Metallurg
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1981-03-11
Also published as: IT1157393B; ES485682A0; SU1048989A3; CS219909B2; IT7851713A0; RO78060A; EP0011054A1; JPS5565330A; PL121239B1; ES8101122A1; US4273948A; PL219263A2

Abstract

Ziel u. Aufgabe d. Erfindung bestehen darin, ein System zur Kontrolle und Regulierung der Elektroden im Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren zu schaffen, das - sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichstrom arbeiten kann, - leicht an jede Zweidraht-ESR-Anlage angeschlossen werden kann, - einfach, sehr billig und zuverlaessig ist und Unterschiede von etwa einem Millimeter in der Elektrodeneintauchtiefe messen kann. Das System ist dadurch gekennzeichnet, dasz die beiden Elektroden hinsichtlich der Stromquelle parallel zu einerGruppe von drei in Reihe geschalteten Widerstaenden geschaltet sind,wobei der mittlere veraenderlich ist.Jede Elektrode hat auch einen Reihenwiderstand,der auf die uebliche Weise durch das Schlackebad unter jeder Elektrode gebildet wird.Dies zusaetzlichen Widerstaende sind nur ueber das restliche Schlackebad,sondern auch und vor allem durch das fluessige und feste umgeschmolzene Metall elektrisch verbunden.Das Potential des Gleitkontaktes des veraenderlichen Widerstandes in der Mitte der Gruppe der drei parallel zu den Elektroden geschalteten Widerstaende wird mit der Metallschmelze waehrend des gesamten Umschmelzverfahrens verglichen,und der Unterschied zwischen den beiden Potentialen wird dazu genutzt,um zu gewaehrleisten,dasz die beiden Elektroden mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abwaerts bewegt werden koennen.

Description

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Berlin, den 13.2.1980

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System zur Kontrolle und Regulierung der Elektroden im EIektro-Schlacke-Uraschmelzverfahren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Kontrolle der Position dor Elektroden im Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren (ESR-Verfahren)· Die Erfindung betrifft das Problem der Kontrolle und Regulierung der Eintauchtiefe der Elektroden in der Schlacke. Es geht besonders um Gleichstrom- und Wechselstrom-ESR-Anlagen, die mit dem Zweidrahtsystem arbeiten; bei ihnen wird der Stromkreis zwischen zwei Elektroden oder Elektrodenkomplexen geschlossen, die jeweils mit einem Ende des Stromversorgungskreises verbunden sind.

Charakteristik der^ bekannten technischen Lösungen

Aus einer Reihe von Gründen, die Fachleuten sehr wohl bekannt sind, werden die beiden Elektroden in der Regel nicht mit derselben Geschwindigkeit verbraucht. Das führt zu Schwierigkeiten, die sogar das ESR-Verfahren zum Stillstand bringen können.

Natürlich wurden zahlreiche Vorrichtungen zur Regulierung der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Elektroden vorgeschlagen und gebaut, mit denen diese der Rate, mit der sie verbraucht werden, angepaßt werden sollten. Soweit jedoch bekannt ist, arbeiten alle diese Vorrichtungen mit Spannungen, die der Arbeitsspannung vergleichbar sind, um Schwankungen zu messen, die mehrere Größenordnungen kleiner sind. Im typischen Fall_;müssen Schwankungen von nur einigen zehn Millivolt bei Werten von mehreren zehn Volt gemessen

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werden. Es ist leicht vorstellbar, daß dies den Einsatz von sehr kostspieligen, komplexen Anlagen erforderlich macht, um Abweichungen von weniger als 0,5 % an den Arbeitswerten auf zuverlässige, wiederholbare Weise feststellen zu können.

Das ist besonders schwerwiegend, wenn man davon ausgeht, daß die Arbeitsumgebung ein Stahlwerk ist, wo die Bedingungen kompliziert und schwierig sind und wo gegenseitige Beeinflussung und Störungen fast mit Sicherheit auftreten.

So wird beispielsweise in der GB-PS 1 416 251, die am 3. Dezember 1975 veröffentlicht wurde, ein System beschrieben, das mit einem Voltmeter arbeitet, um den Potentialunterschied zu messen, der zwischen jeder Elektrode und einem Leiter im elektrischen Kontakt mit dem Schlackebad besteht. Dieser Leiter ist im allgemeinen der Boden der Form, Bei idealen Bedingungen ist der Potentialunterschied, der zwischen einer Elektrode und deni Boden der Form gemessen wird, gleich der Hälfte des Potentialunterschiedes zwischen den Elektroden, aber in der Praxis ist das selten der Fall, und in jedem Fall handelt es sich dabei um Messungen in der Größenordnung von mindestens einigen zehn Volt. Da die Elektroden nur wenige Zentimeter in die Schlacke eintauchen, ist es nur natürlich anzunehmen, daß Schwankungen der Elektrodeneintauchtiefe von nur wenigen Millimetern wichtig sind, und das ist auch tatsächlich der Fall.

Ein anderes selbstregulierendes System wird in der GB-PS 1 168 900, veröffentlicht am 29. Oktober 1969, beschrieben. Nach diesem Patent werden die Elektroden jeweils mit einer Klemme an die sekundäre Transformatorwicklung angeschlossen, während der mittlere Punkt dieser sekundären Transformator-

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Wicklung oder eines parallel zu dieser sekundären Transformatorwicklung geschalteten Blindwiderstandes elektrisch mit dem Boden der Form verbunden wird. Bei einer solchen elektrischen Verbindung ist bei unterschiedlichem Elektrodenverbrauch eine dünnere Schlackeschicht zwischen der Spitze der langsamer schmelzenden Elektrode und der Metallschmelze als bei der anderen vorhanden. Da diese dünnere Schicht einen geringeren Widerstand aufweist, kann mehr Strom fließen, folglich erhöht sich die gestreute Energie und damit die Schmelzrat©. Der Vorteil dieses Systems besteht darin, daß es einfach und, innerhalb gewisser Grenzen, selbstregulierend ist; es hat aber auch einige Nachteile: das System

- kann nur bei Wechselstromanlagen eingesetzt werden,

- bedingt einen zusätzlichen Stromkreis, der starke Ströme führen kann,

schließt den großen Vorteil des Zweidrahtsystems aus, der darin besteht, daß der Stromdurchgang durch die Metallschmelze und damit die starken Konvektionsströme vermieden werden, die im flüssigen Metall durch die auftretenden elektromagnetischen Felder induziert werden. Diese Konvektionsströme ziehen Schlacketeilchen an der Erstarrungs&ront nach unten, wo sie gefangen werden und Einschlüsse bilden, was in einem so kostspieligen Verfahren wie dem ESR-Verfahren, das zur Herstellung hochwertiger Produkte angewendet wird, vollkommen unannehmbar ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Schwierigkeiten bekannter Systeme zu vermeiden.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Kontrolle und Regulierung der Elektroden im Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren zu schaffen, das sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichstrom arbeiten kann, leicht an jede Zweidraht-ESR-Anlage angeschlossen werden kann, einfach, sehr billig und zuverlässig ist und Unterschiede von etwa einem Millimeter in der Elektrodeneintauchtiefe messen kann.

Das Prinzip dieser Erfindung besteht darin, daß beim schnelleren Verbrauch einer Elektrode gegenüber der anderen die Dicke der Schlacke zwischen der Spitze der Elektrode und dem Boden der Form zunimmt und damit auch der elektrische Widerstand des Kreises Elektrode-Schlacke leitendes Metall-Voltmeter und folglich auch das vom Voltmeter gemessene Potential /änderungen aufweist. Die Änderung des Potentials bewirkt dann eine Steigerung der Rate der Abwärtsbewegung der Elektrode, bis die ursprünglichen Bedingungen wiederhergestellt sind. Wie jedoch bereits festgestellt wurde, übersteigt der Unterschied in der Eintauchtiefe der Elektroden, der festgestellt werden muß, im Höchstfall nicht mehrere Millimeter, so daß die meßbaren Potentialschwankungen nur in der Größenordnung von wenigen zehn Millivolt liegen. Folglich braucht man im Stahlwerk Instrumente, die Schwankungen in der Größenordnung von 0,1 % auf genauer, wiederholbarer Grundlage messen können, was, vorsichtig ausgedrückt, natürlich ein sehr schwieriger und kostspieliger Vorschlag ist.

Das System für die Kontrolle und Regulierung der Elektrodenposition in einem ESR-Verfahren gemäß der vorliegenden Er-

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findung kann dann angewendet werden, wenn zwei Elektroden in Reihe mit einer Stromquelle verbunden sind und jede der Elektroden einen selbständigen Beschickungsmechanismus hat. Das System ist durch die Tatsache gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden hinsichtlich der Stromquelle parallel zu einer Gruppe von drei in Reihe geschalteten Widerständen geschaltet sind, Wobei der mittlere veränderlich ist. Dede Elektrode hat auch einen Reihenwiderstand, der auf die übliche Weise durch das Schlackebad unter jeder Elektrode gebildet wird, diese zusätzlichen Widerstände sind nicht nur über das restliche Schlackebad, sondern auch und vor allem durch das flüssige und feste umgeschmolzene Metall elektrisch verbunden» Außerdem ist das System durch die Tatsache gekennzeichnet, daß das Potential des Gleitkontaktes des veränderlichen Widerstandes in der Mitte der Gruppe der drei parallel zu den Elektroden geschalteten Widerstände mit dem der Metallschmelze während des gesamten Umschmelzverfahrens verglichen wird und der Unterschied zwischen den beiden Potentialen dazu genutzt wird, um zu gewährleisten, daß die beiden Elektroden mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abwärts bewegt werden können.

Ausführungsbeispiel ,

Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, welche ein Schaltdiagramm für das System nach einer Ausführung der Erfindung zeigt; diese wird ausschließlich als Beispiel gegeben und darf in keiner Weise als Begrenzung des Rahmens der Erfindung betrachtet werden. "

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Die Bezugnahme auf die schematische Darstellung zeigt, wie einfach und wirtschaftlich das durch diese Erfindung beschriebene System ist, und es wird leicht deutlich, daß es sehr empfindlich und zuverlässig ist.

In jeder Zweidraht-ESR-Anlage mit einer feststehenden oder beweglichen Form 1, einer Platte 2, welche den Boden der Form 1 abschließt, einer Energiequelle 3 und einem Paar abschmelzbarer Elektroden 4 und 5, die ein Stück in ein Schlackebad 6 eintauchen, sind Anschlüsse 7 und 8 an der Stromversorgungsleitung sowie angemessene Leiter 9 und 10 vorhanden, welche diese Anschlüsse mit einer Gruppe von drei Widerständen 11; 12 und 13 verbinden, welche untereinander in Reihe geschaltet sind und von denen der mittlere Widerstand 12 veränderlich ist. Ein Millivoltmeter 19 ist elektrisch mit dem Gleitkontakt 14 des Widerstandes 12 und dem leitenden Boden 2 der Form 1 verbunden und daher durch das feste und flüssige umgeschmolzene Metall 15 auch mit dem Schlackebad 6 und den beiden Widerständen 16 und 17, welche durch die Schlackeschicht gebildet werden, die zwischen den Elektroden und der Metallschmelze vorhanden ist.

Wenn die ESR-Anlage mit Gleichstrom gespeist wird, brauchen nur zu Beginn des Umschmelzvorganges die beiden Elektroden mechanisch ausgerichtet und der Gleitkontakt 14 auf dem Widerstand 12 bewegt zu werden, bis das Millivoltmeter 19 einen Potentialunterschied von Null zwischen dem Gleitkontakt 14 und dem Metall 15 anzeigt. Beginnt nun die eine der beiden Elektroden schneller abzuschmelzen als die andere, vergrößert sich die Stärke der Schlacke zwischen deren eingetauchtem Ende und dem bereits geschmolzenen Metall ebenso wie der Widerstand der Schlackeschicht. Damit ändert sich

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der Stromkreis, und das Millivoltmeter 19 zeigt einen von Null verschiedenen Potentialunterschied (PD) zwischen dem Gleitkontakt 14 und dem Metall 15 an. Das Vorzeichen dieses Potentialunterschiedes gibt an, welche der Elektroden am schnellsten abgeschmolzen wird, und es wird "Anweisung" gegeben, die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der relevanten Elektrode zu vergrößern. Diese Anweisung oder dieser Befehl wird entweder durch eine Art Oa-Nein-System (bei dem eine maximal zulässige Differenz in der Eintauchtiefe der Elektroden festgelegt ist; wird diese überschritten, wird ein Signal ausgelöst, welches eine Veränderung in der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Elektrode bewirkt) oder durch ein kontinuierliches System des PID-Typs (wobei der Änderungsbefehl ständig gegeben wird) gegeben..

Arbeitet die ESR-Anlage mit Wechselstrom, muß nach der mechanischen Ausrichtung der Elektroden zu Beginn des Umschmelzens der Gleitkontakt 14 so eingestellt werden, daß am Millivoltmeter 19 ein bestimmter Wert von beispielsweise einigen zehn Millivolt angezeigt wird, nicht ein Potentialunterschied von Null. Auf diese Art und Weise ist der Elektrodenverbrauch ungleichmäßig, der vom Millivoltmeter 19 gemessene Potentialunterschied vergrößert oder verringert sich in Abhängigkeit davon, welche der Elektroden am schnellsten abgsschmolzen wird.

Natürlich kann auch in diesem Fall der Befehl zur Änderung der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Elektroden entweder durch ein Oa-Nein- oder durch ein PID-System gegeben werden. Messungen, die im Verlaufe von Versuchen mit einem System mit einem Paar konzentrischer Elektroden vorgenommen wurden, wobei die feste innere einen Durchmesser

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von 80 mm hatte, während die äußere bei einem Durchmesser von 160 mm 10 mm starke Wände hatte, ergaben eine Empfindlichkeit von etwa 30 mV je mm Unterschied in der Eintauchtiefe zwischen den beiden Elektroden.

Das zeigt, daß die Empfindlichkeit tatsächlich sehr gut ist, außerdem sind die im Metall fließenden Ströme auf Grund des hohen Scheinvviderstandes des Millivoltmeters außerordentlich gering.

Die Qualität des während άοτ Umschmelzversuche gewonnenen Stahls'war ausgezeichnet, und die hergestellten Blöcke waren absolut frei von Einschlüssen.

Claims

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Erfindunqsanepruch

System zur Kontrolle und Regulierung der Position der Elektroden in Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren, wobei jede Elektrode einen selbständigen Mechanismus zur Kontrolle der Abwärtsbewegung hat, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die beiden Elektroden über die Stromversorgung parallel zu einer Gruppe von drei in Reihe geschalteten Widerständen geschaltet sind, dessen mittlerer veränderlich ist, wobei jede der genannten Elektroden auch einen bekannten Reihenwiderstand hat, der durch das Schlackebad zwischen der Spitze des eingetauchten Teils jeder Elektrode und dem darunterliegenden umgeschmolzenen Metall gebildet wird, wobei diese mit den Elektroden in Reihe befindlichen Widerständen durch das Metallbad miteinander verbunden sind, wobei das System außerdem dadurch gekennzeichnet ist, daß das Potential des Gleitkontaktes des mittleren veränderlichen Widerstandes der genannten Gruppe von drei parallel zu den Elektroden geschalteten Widerständen ständig mit dem des Metallbades verglichen wird und der Unterschied zwischen diesen beiden Potentialen dazu benutzt wird, die Bewegung der Elektroden zu steuern·

Hierzu /! Seile Zeichnung:

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