DE1960936B2

DE1960936B2 - PROCESS AND ARRANGEMENT FOR REGULATING THE DEPTH OF THE IMMERSION OF MELTING ELECTRODES IN THE SLAG LAYER DURING ELECTRO SLAG MELTING

Info

Publication number: DE1960936B2
Application number: DE19691960936
Authority: DE
Inventors: Karl-Georg Redel
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1969-12-04
Filing date: 1969-12-04
Publication date: 1971-11-04
Also published as: AT314106B; FR2072181A5; GB1303542A; JPS5025665B1; DE1960936A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine An- ist, den Abstand der Elektrodenunterkante vom Ordnung zur Regelung der Eintauchtiefe von Ab- Schmelzbadspiegel zu regeln, nicht aber die Eintauchschmelzelektroden in die Schlackeschicht beim tiefe. Da auch die Höhe der Schlackeschicht keine Elektroschlacke-Umschmelzen, wobei der innerhalb Konstante ist, muß sich zwangweise die Eintauchtiefe der Schlackeschidht gemessene Spannungsabfall oder 5 der Elektrode bei Veränderung der Höhe der der durch die Schlackeschidht fließende Strom als Schlackeschicht ändern.The invention relates to a method and a method of measuring the distance between the lower edge of the electrode and the Order to regulate the immersion depth of the melting bath level, but not the immersion melting electrodes into the slag layer at the deep. Since the height of the slag layer does not have any electroslag remelting, the inside being constant, the immersion depth must necessarily be changed the slag measured voltage drop or 5 of the electrode when the level of the electrode changes the current flowing through the slag layer will change as a layer of slag.

Ausgangssignal für die Erzeugung einer Stellgröße Durch den Aufsatz von W. Richling »Das zum Einstellen der Elektrodenposition dient. Der Elektroschlackeumschmelzen — ein neues Verfahren Erfindung liegt unter anderem die bekannte Auf- zur Herstellung von Stahlblöcken hoher Qualität«, gäbe zugrunde, ein Problem zu lösen, das bei allen io NEUE HÜTTE, September 1961, S. 565 bis 572, metallurgischen öfen auftritt, in denen eine Ab- ist es nun bekannt, daß der Eintauchtiefe der Eleksdhmelzelektrode zu einem festen Block umgesehmol- trode in die Schlackeschicht ganz besondere Bedeuzen wird, wobei ein definierter Abstand zwischen rung zukommt. Bei zu geringer Eintauchtiefe bilden den einander gegenüberliegenden elektrischen Polen sich Lichtbögen aus, die zu einem instabilen Schmelzeingehalten werden muß. Dieser Abstand ist bekannt- 15 prozeß führen. Bei zu großer Eintauchtiefe bildet lieh einer direkten Messung nicht zugänglich, so daß sich an dem in die Schlacke eintauchenden Elekman schon mehrfach versucht hat, die direkte Mes- trodenende eine kegelförmige Verjüngung aus, die sung durch indirekte Messungen zu ersetzen. zu einer Energiekonzentration an der Stelle derOutput signal for the generation of a manipulated variable Through the essay by W. Richling »Das is used to set the electrode position. Electroslag remelting - a new process Invention lies, among other things, in the well-known construction for the production of high-quality steel blocks «, would be based on solving a problem that all io NEUE HÜTTE, September 1961, pp. 565 to 572, metallurgical furnace occurs, in which a decrease is now known that the immersion depth of the Eleksdhmelzelectrode Moltrode turned into a solid block in the slag layer very special meaning with a defined distance between tion. Form if the immersion depth is too shallow the opposing electrical poles are arcing out, resulting in an unstable melt must become. This distance is well known. Forms if the immersion depth is too great lent a direct measurement not accessible, so that the Elekman immersed in the slag has tried several times to create a conical taper on the direct end of the measuring electrode, which solution to be replaced by indirect measurements. to a concentration of energy at the point of

Durc'h die deutschen Patentschriften 1106 007 und Strompfade führt, die aus der Kegelspitze austreten. 1171 098 ist es bereits bekannt, zur mittelbaren Be- 20 Die Folge ist auch hier eine Instabilität des Umstimmung der Eintauchtiefe von Abschmelzelektroden Schmelzvorganges, die bis zum Kurzschluß, d. h., bis ein Echolotsystem zu verwenden. Bei der bekannten zum Verschweißen der Elektrode mit dem Ingot und Lösung dienen Schallwellen zur Ortung des unteren damit zur Unterbrechung des Umschmelzvorganges Endes der Abschmelzelektrode, woraus sich bei führen kann. Der für gute Endergebnisse brauchbare Kenntnis bestimmter weiterer Daten die Eintauchtiefe 25 Arbeitsbereich ist bei einem Elektroschlackeumder Elektrode errechnen läßt. Mit einer solchen schmelzverfahren außerordentlich eng. Jede Ab-Lösung sind jedoch folgende Nachteile verbunden: weichung nach unten oder oben führt zwangsweiseDurc'h the German patent specifications 1106 007 and leads current paths that emerge from the tip of the cone. 1171 098 it is already known to indirectly determine the 20 The consequence here, too, is an instability of the retuning the immersion depth of consumable electrodes melting process, which up to the short circuit, d. h., to use an echo sounder system. In the known for welding the electrode to the ingot and Solution sound waves are used to locate the lower one and thus to interrupt the remelting process End of the consumable electrode, which can lead to. The one useful for good end results Knowing certain additional data, the immersion depth 25 is the working range in the case of an electroslag remover Electrode can be calculated. With such a melting process extremely closely. Any ab solution However, the following disadvantages are associated: downward or upward softening inevitably leads

Die Berechnung der Eintauchtiefe setzt eine genaue zu verschlechterten Endprodukten. Als optimal kann Kenntnis des Abstandes zwischen Schallgeber und ein Verfahrensablauf bezeichnet werden, bei dem -empfänger einerseits und Oberfläche der Schlacke- 30 die Elektrode nur ganz geringfügig, vorzugsweise schicht andererseits voraus. Eine solche Messung ist nur wenige Millimeter, in die Schlackeschicht einmit der für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren er- taucht. Hierbei bildet sich eine Abschmelzfläche am forderlichen Genauigkeit, bei der es auf wenige MiIIi- unteren Ende der Elektrode aus, die nahezu eben meter ankommt, in der Praxis nicht möglich. Außer- und horizontal verläuft. Die Folge ist eine gleichdem ist ein definierter Ort für Reflexion der Schall- 35 mäßige Verteilung der Strompfade in der Schlacke, wellen nur dann vorhanden, wenn ein scharf begrenz- ein gleichmäßiger Reinigungseffekt über den gesamter Übergang von einer Phase in die andere vornan- ten Elektrodenquerschnitt und ein gleichmäßiger den ist. Bei Abschmelzelektroden geht aber bekannt- Blockaufbau aus einem in der Mitte nicht zu tiefen Hch der feste Werkstoff allmählich in die ,schmelz- Schmelzsee.The calculation of the immersion depth assumes an accurate lead to deteriorated end products. As optimal can Knowledge of the distance between the sounder and a process sequence are referred to in which -receiver on the one hand and surface of the slag- 30 the electrode only very slightly, preferably on the other hand, layer ahead. Such a measurement is only a few millimeters into the slag layer who turns up for electroslag remelting processes. A melting surface is formed on the required accuracy, with a few milli-lower end of the electrode, which is almost flat meter arrives, not possible in practice. Runs outside and horizontally. The consequence is the same is a defined place for reflection of the sound distribution of the current paths in the slag, Waves only exist if they are sharply delimited - an even cleaning effect over the entire area Transition from one phase to the other front electrode cross-section and a more even one that is. In the case of consumable electrodes, however, it is known that a block structure from a center that is not too deep Hch the solid material gradually into the, melting-melting pool.

flüssige Phase über. Außerdem bedingen Schallgeber 40 Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu-liquid phase over. In addition, sound generators 40. The invention also has the object to-

und -empfänger bei den 'hohen Strömen, wie sie in gründe, die den bekannten Verfahren anhaftendenand recipients of the 'high currents, as they are in the reasons attached to the known processes

den Elektroschlacke-Umschmelzofen fließen, erheb- Nachteile zu vermeiden, und ein Verfahren zuthe electroslag remelting furnace to avoid significant disadvantages, and a method to

liehe Mittel für die Abschirmung der magnetischen schaffen, das ein Umschmelzen von festen ElektrodenLoan means for the shielding of the magnetic create the remelting of fixed electrodes

Felder, die ansonsten das Meßergebnis negativ beein- in einem engen, optimalen Arbeitsbereich gestattet,Fields that would otherwise negatively affect the measurement result in a narrow, optimal working area,

flüssen würden. 45 wobei die Elektrode nur ganz geringfügig in diewould flow. 45 with the electrode only slightly in the

Durch die USA.-Patentschrift 3 375 318 ist es fer- Schlackeschicht eintaucht und hierdurch mit nahezu ner bekannt, den Abstand zwischen Elektrodenunter- ebener Fläche abschmilzt. Gemäß der Erfindung kante und Schmelzbadspiegel dadurch zu bestimmen werden nun die der Grundspannung und/oder dem und zu regeln, daß man den Spannungsabfall inner- Grundstrom überlagerten impulsförmigen Schwanhalb der Schlackeschicht auswertet. Es war dabei 50 kungen von Spannung oder Strom getrennt erfaßt bereits erkannt worden, daß der Widerstandsbeiwert und einem Regelkreis zugeführt, in welchem eine in bedeutendem Maße abhängig von der Schlacken- der Charakteristik der Schwankungen entsprechende zusammensetzung ist. Man war daher gezwungen, Stellgröße gebildet wird, die eine Verstellung der zur Vermeidung dieses Einflusses an Stelle des abso- Elektrode bewirkt.By the USA.-Patent 3 375 318 it is fer- slag layer immersed and thereby with almost It is well known that the distance between the lower surface of the electrodes melts. According to the invention The edge and melt pool level can now be determined by the basic voltage and / or the and to regulate that one evaluates the voltage drop within the base current superimposed pulse-shaped swan half of the slag layer. It was recorded separately from voltage or current 50 kings has already been recognized that the drag coefficient and fed to a control loop in which a to a significant extent depending on the slag- corresponding to the characteristics of the fluctuations composition is. One was therefore forced to form the manipulated variable which is an adjustment of the to avoid this influence instead of the abso electrode.

luten Widerstandes der Schlackeschicht die Ver- 55 Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei änderung dieses Widerstandes bei Änderung des Ab- einer Betriebsweise des Ofens, bei der sämtliche Standes zwischen Elektrode und Schmelzbadspiegel gestellten Forderungen erfüllt werden, impulsförmizu erfassen. Diese sogenannte Differenzenmethode be- gen Schwankungen von Spannung oder Strom mit rücksichtigt jedoch nicht die Veränderung der Leit- besonderer Charakteristik auftreten, die der Grundfähigkeit der Schlacke bei Veränderung der Tempera- 60 spannung oder dem Grundstrom überlagert sind, tür. Die Abhängigkeit der Leitfähigkeit der Schlacke »Grundspannung« bzw. »Grundstrom« sind dabei von der Temperatur ist noch nicht vollständig erforscht, diejenigen Werte, die sich auf Grund der Impedanz sie ist jedoch keinesfalls in dem hier interessierenden der Schlacke und der Kenndaten der Stromversor-Betriebsbereich linear. Da es nicht immer möglich ist, gungseinrichtung einstellen für den Fall, daß keine mit konstanter Sc'hlacketemperatur zu arbeiten, sind 65 Schwankungen oder Diskontinuitäten dieser Werte der Anwendung dieses bekannten Verfahrens enge auftreten. Die Ursache der Schwankungen ist noch Grenzen gesetzt. Außerdem ist es von Bedeutung, nicht restlos geklärt, ihr Auftreten ist jedoch eindaß es durch das bekannte Verfahren zwar möglich wandfrei nachgewiesen worden und ihre vorzüglicheluten resistance of the slag layer the 55 The invention is based on the knowledge that with Change of this resistance when changing the Ab- an operating mode of the furnace in which all The requirements placed between the electrode and the melt pool level are met, in a pulsed manner capture. This so-called difference method also mitigates fluctuations in voltage or current does not take into account, however, the change in the leading special characteristic, the basic ability are superimposed on the slag when the temperature 60 changes or the base current changes, door. The dependency of the conductivity of the slag "basic voltage" or "basic current" are included of the temperature has not yet been fully explored, those values which are due to the impedance However, it is by no means in the slag and characteristic data of the electricity supplier operating range that is of interest here linear. Since it is not always possible, set the transmission device in the event that none To work with a constant slag temperature are fluctuations or discontinuities in these values the application of this known method close occur. The cause of the fluctuations is still Limits. In addition, it is important, not fully clarified, but its occurrence is unreasonable it has been proven flawlessly possible by the known method and its excellent

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Eignung als Regelsignal praktisch erprobt. Die spannung unter Berücksichtigung ihres Vorzeichens Grundspannung kann sowohl eine Gleichspannung als einem Stellglied für die Vorschubeinrichtung der eine Wechselspannung sein. Naturgemäß ist sie nicht Abschmelzelektrode auf geschaltet ist. Eine Gleichvöllig konstant, da unvermeidliche Netzschwankun- richtung und Glättung der durch die Netzfrequenz gen auftreten und/oder eine zusätzliche Leistungs- S bedingten Oberwellen ist bei der Verwendung von regelung des Ofens durch Veränderung von Span- Wechselstrom Voraussetzung für eine einwandfreie nung und Strom während des Abschmelzvorganges Trennung der Schwankungssignale von der Grundvorgenommen werden kann. Im Gegensatz zur spannung. Ein ausreichend dimensionierter Konden-Grundspannung zeichnen sich die ihr überlagerten sator dient hierbei in einfachster Weise als Sperre impulsförmigen Schwankungen aber durch ein cha- ίο für die geglättete Grundspannung, ist jedoch durchrakteristisches Verhalten aus, so daß sie durch ent- lässig für die impulsförmigen Schwankungen. Natursprechende elektrische Mittel auch einwandfrei von gemäß entfällt die Gleichrichtung bei Anwendung der Grundspannung getrennt werden können. von Gleichstrom.Tried and tested suitability as a control signal. The voltage taking into account its sign The basic voltage can be both a DC voltage and an actuator for the feed device be an alternating voltage. Naturally, it is not connected to the consumable electrode. Equally completely constant, as the network fluctuation direction and smoothing of the network frequency are unavoidable genes occur and / or an additional power-related harmonic is when using Regulation of the furnace by changing the alternating current of the chip is a prerequisite for a perfect voltage and current during the melting process, separation of the fluctuation signals from the base can be. In contrast to the tension. A sufficiently dimensioned basic condenser voltage stand out, the superimposed sator serves here in the simplest possible way as a lock Pulse-shaped fluctuations, however, due to a cha- ίο for the smoothed basic voltage, is however through practical Behave out so that they are discharged for the pulse-shaped fluctuations. Natural-speaking electrical means also flawlessly, no rectification is required when used the basic voltage can be separated. of direct current.

Unter dem Begriff »Charakteristik« sollen sowohl Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zurThe term "characteristic" is intended to include both an exemplary embodiment of an arrangement for

die vollständige mathematische Funktion der 15 Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrensthe complete mathematical function of the implementation of the method according to the invention

Schwankungen als auch Ausschnitte daraus ver- und dessen Wirkungsweise seien nachfolgend anFluctuations as well as excerpts from it and its mode of action are shown below

standen werden. So kann beispielsweise der korn- Hand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigtwill stand. For example, the korn hand of FIGS. 1 to 4 can be described in more detail. It shows

plette Kurvenverlauf in Abhängigkeit von der Zeit Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Elektro-complete curve as a function of time Fig. 1 is a longitudinal section through an electrical

integriert werden, es können nur die positiven oder schlacke-Umschmelzanlage mit Wechselstromversor-be integrated, only the positive or slag remelting plant with AC power supply can be

die negativen Kurventeile integriert werden, es ao gung und einen ihr zugeordneten Regelkreis, und diethe negative parts of the curve are integrated, it ao supply and a control loop assigned to it, and the

können die positiven und/oder negativen Impulse Fig. 2 bis 4 charakteristische Spannungs-the positive and / or negative pulses Fig. 2 to 4 can have characteristic voltage

ausgezählt werden, wobei gegebenenfalls nur Impulse diagramme für die verschiedenen Regelzustände dercan be counted, with only pulse diagrams for the various control states of the

oberhalb einer bestimmten Amplitude erfaßt werden, Anlage.can be detected above a certain amplitude, plant.

es können auch Grenzwertgeber eingesetzt werden, In F i g. 1 ist mit 1 eine Abschmelzelektrode aus die nur dann ansprechen, wenn eine oder mehrere 25 einem beliebigen Metall oder einer Legierung beAmplituden einen vorgegebenen Grenzwert über- zeichnet, die mittels einer Zugstangel an einem schreiten. Die impulsförmigen Schwankungen im Ausleger 3 einer Elektrodenhaltevorrichtung be-Sinne der vorstehenden Ausführungen sind sowohl festigt ist. Der Ausleger 3 ist längsverschieblich an Spannungs- als auch Stromschwankungen, die infolge einer senkrechten Führungssäule 4 befestigt und mitder Impedanz der Stromversorgungsanlage ohnehin 30 tels einer Gewindespindel 5 in vertikaler Richtung miteinander in Wechselbeziehung stehen. bewegbar. Zu diesem Zwecke befindet sich im Aus-Gemäß der weiteren Erfindung ergibt sich ein leger 3 eine Spindelmutter 6. Die Gewindespindel 5 besonders einfaches und zuverlässiges Regelverfahren wird an ihrem oberen Ende von einem Lager 7 aufaber dann, wenn die impulsförmigen Schwankungen genommen, das mittels einer Traverse 8 an der von der Grundspannung getrennt und nachfolgend 35 Führungssäule 4 befestigt ist. Das untere Lager 9 der integriert werden, und wenn das Integral mit einer Gewindespindel befindet sich in einem Getriebe-Referenzspannung verglichen wird, wobei das Diffe- kasten 10, in dem die Drehzahl des Antriebsmotors renzsignal von Integral- und Referenzspannung unter 11 auf einen geeigneten Wert untersetzt wird. Die Berücksichtigung des Vorzeichens gegebenenfalls Teile 2 bis 11 stellen die sogenannte Elektrodennach Verstärkung als Stellgröße für den Elektroden- 4° vorschubeinrichtung dar.limit value sensors can also be used, in FIG. 1, 1 is a consumable electrode which only respond when one or more of any metal or alloy are amplitudes overdrawn a predetermined limit value, which by means of a tie rod on a stride. The pulse-shaped fluctuations in the cantilever 3 of an electrode holding device be-sensed the above are both consolidated. The boom 3 is longitudinally displaceable Voltage and current fluctuations that are attached and mitder as a result of a vertical guide column 4 Impedance of the power supply system anyway 30 means of a threaded spindle 5 in the vertical direction are interrelated with each other. moveable. For this purpose there is in the out-of-accordance the further invention results in a casual 3 a spindle nut 6. The threaded spindle 5 A particularly simple and reliable control method is supported by a bearing 7 at its upper end when the pulse-shaped fluctuations are taken, this is done by means of a traverse 8 at the is separated from the basic voltage and subsequently 35 guide pillar 4 is attached. The lower bearing 9 of the be integrated, and if the integral with a threaded spindle is in a gear reference voltage is compared, the difference box 10, in which the speed of the drive motor The reference signal of the integral and reference voltage is reduced below 11 to a suitable value. the If the sign is taken into account, parts 2 to 11 adjust the so-called electrodes Gain as a manipulated variable for the electrode 4 ° feed device.

vorschub verwendet wird. Die Referenzspannung ist Die Abschmelzelektrode 1 befindet sich zumindest dabei eine konstante Spannung, der das Spannungs- mit einem Teil ihrer Länge innerhalb einer Kokille integral dann entspricht, wenn sich die Abschmelz- 12, die aus einer Kokillenwand in Form eines elektrode in der gewünschten, optimalen Position zylindrischen Hohlmantels mit Anschlußstutzen 14 befindet. In einem solchen Falle entsteht kein Diffe- 45 für Ein- und Austritt der Kühlflüssigkeit 15 besteht, renzsignal, so daß auch keine Verstellung des In der Kokille 12 befindet sich während der Schmelz-Elektrodenvorschubs erfolgt. Die Referenzspannung phase, in der die Vorrichtung dargestellt ist, eine kann ganz verschiedene Werte besitzen, je nachdem, flüssige Schlackeschicht 16, in welche die Abschmelzwie der Ofen betrieben wird. Die Zuführung der elektrode 1 in geringem Maße eintaucht. Die Elek-Grundspannung und der ihr überlagerten impuls- 5° trode schmilzt tropfenweise durch die Schlackeformigen Schwankungen zu einem Auswertungsgerät, schicht 16 ab, sammelt sich darunter in einem zu dem der genannte Regelkreis gehört, erfolgt ent- Schmelzsee 17, der nachfolgend durch Wärmeentzug weder durch unmittelbaren Abgriff mittels eines Span- zum Schmelzblock 18 verfestigt wird. Der Wärmenungs- oder Stromwandlers oder mittels eines Shunts. entzug erfolgt anfänglich im wesentlichen durch den Eine besonders einfache und vorteilhafte Anord- 55 wassergekühlten Kokillenboden 19 und nachfolgend nung zur Durchführung des erfindungsgemäßen im wesentlichen durch die Kokillenwand 13. Die Verfahrens ist dann gegeben, wenn der Spannungs- gesamte Anordnung ruht auf einer Basisplatte 20.
abfall innerhalb der Schlackeschicht gegebenenfalls Die Schmelzstromzufuhr erfolgt einerseits mittels nach Gleichrichtung und Glättung der durch die eines flexiblen Kabels 22 und einer Anschlußklemme Netzfrequenz bedingten Oberwellen in einer Sieb- 60 23 zur Zugstange 2 und von hier aus zur Elekkette, einem Kondensator mit einer solchen Aus- trode 1, andererseits über eine Leitung 21 zum Kolegung aufgeschaltet ist, daß nur die impulsförmigen killenboden 19. Häufig ist der Kokillenboden 19 von Schwankungen, nicht aber die geglättete Grund- der Kokille 12 elektrisch isoliert (nicht in der Zeichspannung weitergeleitet werden, und daß die impuls- nung dargestellt).feed is used. The reference voltage is The consumable electrode 1 is at least a constant voltage to which the voltage with part of its length within a mold integrally corresponds when the consumable 12, which consists of a mold wall in the form of an electrode in the desired, optimal Position of the cylindrical hollow jacket with connecting piece 14 is located. In such a case, there is no difference between the entry and exit of the cooling liquid 15, there is a reference signal, so that there is also no adjustment of the temperature in the mold 12 while the melting electrode is being advanced. The reference voltage phase in which the device is shown can have completely different values, depending on the liquid slag layer 16 in which the melting point and the furnace are operated. The feed of the electrode 1 is immersed to a small extent. The basic electrical voltage and the pulsed 5 ° electrode superimposed on it melts drop by drop due to the slag-shaped fluctuations to an evaluation device, layer 16, collects underneath in a control circuit to which the mentioned control loop belongs is solidified by direct tapping by means of a chip to melt block 18. The heat or current converter or by means of a shunt. A particularly simple and advantageous arrangement of water-cooled mold bottom 19 and subsequently the opening for carrying out the invention essentially through the mold wall 13.
Waste within the slag layer if necessary The melt current is supplied on the one hand by means of rectification and smoothing of the harmonics caused by the flexible cable 22 and a connection terminal mains frequency in a sieve 60 23 to the pull rod 2 and from here to the electrical chain, a capacitor with such an output trode 1, on the other hand connected via a line 21 to the colocation, that only the pulse-shaped mold bottom 19. Often the mold bottom 19 is electrically isolated from fluctuations, but not the smoothed base of the mold 12 (cannot be passed on in the drawing voltage, and that the impulse shown).

förmigen Schwankungssignale über einen Gleich- 65 Durch Abgriffe an den Leitungen 21 und 22shaped fluctuation signals via a constant 65 By taps on lines 21 and 22

lichter einem Integrierglied aufgeschaltet sind, dessen mittels der Anschlußleitungen 24 und 25 wird derlights are connected to an integrator, which by means of the connecting lines 24 and 25 is the

Ausgangsspannung eine Referenzspannung entgegen- Spannungsgradient innerhalb der Schlackeschicht 16The output voltage is a reference voltage opposite to the voltage gradient within the slag layer 16

geschaltet ist, wobei die entstehende Differenz- einschließlich der ihm überlagerten impulsförmigenis switched, the resulting difference including the pulse-shaped superimposed on it

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Schwankungen erfaßt. Es ist natürlich ebensogut verstärkt und dient zur Regelung bzw. Steuerung vonFluctuations recorded. It is of course just as well amplified and is used to regulate or control

möglich, an Stelle der Spannungswerte den Strom- Drehzahl und Drehrichtung des Antriebsmotors 11.possible, instead of the voltage values, the current, speed and direction of rotation of the drive motor 11.

fluß innerhalb der Schlackeschicht zu erfassen, dem Die Antriebsleistung wird dem Steuergerät 47 überTo detect the flow within the slag layer, the drive power is transferred to the control unit 47

ebenfalls impulsförrnige Schwankungen überlagert die Klemmen 48 und 49 zugeführt,pulse-shaped fluctuations are also superimposed and fed to terminals 48 and 49,

sind, die jedoch auf Grund der bekannten Zusam- 5 Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestelltenare, however, due to the known combination. 1 shown

menhänge über die Impedanz der Schlackeschicht Anordnung sei an Hand der F i g. 2 bis 4 näherThe relationship between the impedance of the slag layer arrangement is shown in FIG. 2 to 4 closer

mit entgegensetztem Vorzeichen auftreten. Die Er- beschrieben:occur with the opposite sign. The- described:

fassung der Stromwerte erfolgt vorteilhaft über einen In Fig. 2 sind drei verschiedene Spannungs-Stromwandler 26, der als Alternativlösung gedacht diagramme a, b und c dargestellt, wie sie als Folge und gestrichelt dargestellt ist. In ähnlicher Weise io der Vorgänge in der Schlackeschicht 16 bei verkann die Erfassung von Strom- bzw. Spannungs- schiedenen Eintauchtiefen auftreten und am Ausgang werten auch über Spannungswandler und Shunts der Siebkette 31, d. h., nach erfolgter Gleichrichtung in den Stromversorgungsleitungen 21 und 22 erfol- und Glättung der Oberwellen anstehen können. Die gen. Ob es vorteilhafter ist, den Spannungswert oder Darstellung gemäß F i g. 2 a entspricht dabei einer den Stromwert zu erfassen, hängt wesentlich von der 15 zu geringen Eintauchtiefe, was deutlich an den aufBeschaffenheit und Charakteristik der Stromquelle tretenden steilen Spannungsspitzen zu erkennen ist. ab. Bei Stromquellen mit geringer Eigenimpedanz Die Darstellung gemäß Fig. 2b entspricht der norbevorzugt man die Stromwerte, bei solchen mit malen bzw. optimalen Eintauchtiefe der Elektrode 1 hoher hingegen die Spannungswerte. in die Schlackeschicht 16. Hierbei besitzen die Die Meßwerte werden nachfolgend einer Schal- 20 Spannungsschwankungen nur mäßige Amplituden, tung zugeführt, an deren Eingang der Widerstand 27 sind jedoch als solche noch, deutlich erkennbar, liegt. Da die Umschmelzanlage im vorliegenden Fall Fig. 2c schließlich zeigt das Zeitverhalten der Spannut Wechselstrom versorgt wird, erfolgt eine Gleich- nung bei zu großer Eintauchtiefe. Hierbei sind richtung der Signalspannung durch die Diode 28. Schwankungen kaum noch feststellbar bzw. haben Die gleichgerichtete Spannung wird nunmehr durch 25 eine nahezu vernachlässigbar geringe Amplitude. Es die aus einer Induktivität 29 und einer Kapazität 30 ist aber deutlich zu erkennen, daß die mittleren bestehende Siebkette 31 so weit geglättet, daß die Spannungen U_m und die von den Kurvenabschnitten durch die Netzfrequenz bedingten Oberwellen nicht eingeschlossenen Flächenelemente mit zunehmender mehr in Erscheinung treten. Am Widerstand 32 liegt Eintauchtiefe abnehmen.In FIG. 2, three different voltage-current converters 26, which are intended as an alternative solution , are shown as diagrams a, b and c , as shown as a sequence and with dashed lines. In a similar way to the processes in the slag layer 16, the detection of current or voltage different immersion depths can occur and at the output evaluation also takes place via voltage converters and shunts of the sieve chain 31, that is, after rectification in the power supply lines 21 and 22 takes place. and smoothing the harmonics. The gen. Whether it is more advantageous to use the voltage value or representation according to FIG. 2 a corresponds to recording the current value, depends largely on the insufficient immersion depth, which can be clearly seen from the steep voltage peaks occurring on the nature and characteristics of the current source. away. In the case of current sources with low intrinsic impedance. The illustration according to FIG. 2b corresponds to the normally preferred current values, whereas in those with a lower or optimal immersion depth of the electrode 1, the voltage values are higher. into the slag layer 16. The measured values are subsequently fed to a circuit 20 voltage fluctuations only moderate amplitudes, at the input of which the resistor 27 is, however, still clearly recognizable as such. Since the remelting plant in the present case, FIG. 2c, finally shows the time behavior of the flute, is supplied with alternating current, an equation is carried out if the immersion depth is too great. Here, the direction of the signal voltage through the diode 28, fluctuations can hardly be determined or have. The rectified voltage is now through 25 an almost negligible amplitude. It can clearly be seen from an inductance 29 and a capacitance 30 that the central existing sieve chain 31 is smoothed to such an extent that the voltages U _m and the surface elements not enclosed by the curve sections due to the mains frequency appear more and more . At the resistor 32 there is a decrease in the immersion depth.

infolgedessen eine Gleichspannung an, der die nieder- 30 Fig. 3 zeigt das Zeitverhalten der Spannungenas a result, a DC voltage which is the lower 30 Fig. 3 shows the time behavior of the voltages

frequenten Schwankungen des Meßwertes aufmodu- nach F i g. 2, jedoch nach Abtrennung des derfrequency fluctuations of the measured value aufmodu- according to F i g. 2, but after the separation of the

liert sind. Der Kondensator 33 dient dazu, den Grundspannung entsprechenden Anteils durch denare lated. The capacitor 33 is used to the basic voltage corresponding portion by the

Gleichspannungsanteil des gleichgerichteten und von Kondensator 33. Bei zu geringer EintauchtiefeDC voltage component of the rectified and of capacitor 33. If the immersion depth is too shallow

der Netzfrequenz befreiten Meßwertes herauszu- (Fig. 3a) treten große Amplituden von bis zu etwaThe measured value freed from the mains frequency (FIG. 3a) occurs with large amplitudes of up to approximately

nehmen. Er ist daher entsprechend groß dimen- 35 +10 Volt auf, bei optimaler Eintauchtiefe (Fig. 3b)to take. It is therefore correspondingly large- 35 +10 volts, with optimal immersion depth (Fig. 3b)

sioniert. An dem Widerstand 34 tritt infolgedessen solche von weniger als +5VoIt, und bei zu großersioned. As a result, those of less than + 5VoIt occur at resistor 34, and if they are too large

eine Wechselspannung auf, die dem Zeitverhalten Eintauchtiefe (Fig. 3c) sind die Amplituden ver-an alternating voltage, which corresponds to the time behavior of the immersion depth (Fig. 3c), the amplitudes are

der impulsförmigen Schwankungen von Spannung nachlässigbar klein.the pulse-shaped fluctuations in voltage are negligibly small.

bzw. Strom innerhalb der Schlackeschicht 16 ent- In F i g. 4 ist die Ausgangsspannung des Integrierspricht. Diese Spannung wird nunmehr erneut durch 40 gliedes 36 graphisch dargestellt, und zwar ist mit a eine Diode 35 gleichgerichtet, wobei nur noch die das Zeitintegral bei zu geringer Eintauchtiefe, mit b Anteile gleicher Polarität erhalten bleiben. Diese bei optimaler Eintauchtiefe und mit c bei zu großer werden einem Integrierglied 36 zugeführt» das aus Eintauchtiefe bezeichnet. Infolge der Gegenschaltung den Kondensatoren 37 und 38 und aus dem Wider- der Referenzspannung U_v an den Klemmen 41 und stand 39 besteht. Die integrierte Spannung, die je 45 42 verschiebt sich der Nullpunkt der Ordinate um nach dem Betriebszustand der Anlage eine Gleich- den Betrag der Referenzspannung. Da die Referenzspannung mit unterschiedlicher Höhe ist, liegt an spannung bei optimaler Eintauchtiefe der Elektrode dem Widerstand 40 an. Der Ausgangsspannung des der integrierten Spannung entsprechen soll, ergibt Integriergliedes 36 ist über die Anschlußklemme 41 sich für diesen Fall keine Spannungsdifferenz. Bei und 42 eine Referenzspannung entgegengeschaltet, 50 zu geringer Eintauchtiefe hingegen (Fig. 4a) ergibt deren Höhe in Abhängigkeit von dem gewünschten sich deutlich eine positive Differenzspannung. Die Betriebsverhalten der Anlage frei wählbar, aber positive Spannung wirkt nun in der Weise über das im allgemeinen nach Einstellung gleichbleibend ist. Steuergerät 47 auf den Antriebsmotor 11 ein, daß Die Referenzspannung hat vorzugsweise einen sol- die Absenkgeschwindigkeit der Elektrode 1 in die chen Wert, der der Ausgangsspannung des Integrier- 55 Schlackeschicht 16 erhöht wird. Bei negativer Diffegliedes bei optimaler Eintauchtiefe der Abschmelz- renzspannung kann die Absenkgeschwindigkeit verelektrode 1 in die Schlackeschicht 16 entspricht. ringert werden, oder sie kann sogar im Extremfall Die Referenzspannung steht an dem Widerstand 43 mit umgekehrtem Vorzeichen ausgeführt werden, an. Infolge der Gegeneinanderschaltung von inte- d.h., die Abschmelzelektrode 1 wird — zumindest grierter Spannung und Referenzspannung wird eine 60 kurzzeitig — angehoben. Einzelheiten des Steuer-Spannungsdifferenz gebildet, die unter Berücksichti- gerätes 47, wie z. B. Maßnahmen zur Steuerung von gung ihres Vorzeichens an dem Widerstand 44 an- Drehzahl und Drehrichtung eines Elektromotors, sind liegt und mittels der Leitungen 45 und 46 einem Stand der Technik und sollen daher nicht im einzel-Steuergerät 47 für den Antriebsmotor 11 aufge- nen erwähnt werden,
schaltet ist. Antriebsmotor und Steuergerät bilden 65 .
das sogenannte Stellglied für die Elektrodenvor- Beispiel 1
schubeinrichtung. In dem Steuergerät 47 wird die In einer Vorrichtung gemäß Fig.l, bei der die zugeführte Differenzspannung erforderlichenfalls Kokille einen. Innendurchmesser von 500 mm besaß.or current within the slag layer 16 develops. 4 is the output voltage of the integrating speaker. This voltage is now again graphically represented by 40 member 36, namely a diode 35 is rectified with a , with only the time integral with insufficient immersion depth, with b components of the same polarity remaining. These at optimal immersion depth and with c if too large are fed to an integrating element 36, which denotes the immersion depth. As a result of the opposing connection, the capacitors 37 and 38 and the resistor of the reference voltage U _v at the terminals 41 and 39 consists. The integrated voltage, which is 45 42 shifts the zero point of the ordinate by equal to the amount of the reference voltage, depending on the operating status of the system. Since the reference voltage is at different levels, there is voltage at the resistor 40 at the optimum immersion depth of the electrode. The output voltage, which should correspond to the integrated voltage, results in the integrating element 36 and there is no voltage difference across the terminal 41 in this case. At and 42 a reference voltage is connected in the opposite direction, 50 too small an immersion depth, however (FIG. 4a), the height of which results in a clearly positive differential voltage depending on the desired one. The operating behavior of the system can be freely selected, but the positive voltage now acts in such a way that it is generally constant after setting. Control unit 47 to drive motor 11 that the reference voltage preferably has a value which is the lowering speed of electrode 1, which increases the output voltage of integrating slag layer 16. In the case of a negative differential element at the optimum immersion depth of the melting-off voltage, the lowering speed can correspond to the electrode 1 in the slag layer 16. The reference voltage is applied to the resistor 43 with the opposite sign. As a result of the interconnection of the integrated, ie the consumable electrode 1 is raised - at least the integrated voltage and the reference voltage a 60 is briefly raised. Details of the control voltage difference formed under consideration of device 47 such. B. Measures to control the supply of its sign on the resistor 44 speed and direction of rotation of an electric motor are located and by means of the lines 45 and 46 a state of the art and should therefore not be included in the individual control unit 47 for the drive motor 11 be mentioned,
is switched. Drive motor and control unit form 65.
the so-called actuator for the electrode pre- Example 1
thrust device. In the control device 47 is the In a device according to Fig.l, in which the supplied differential voltage, if necessary, a mold. Possessed inner diameter of 500 mm.

befanden sich 70 kg Schlacke folgender Zusammensetzung in Granulatform:there were 70 kg of slag of the following composition in granulate form:

20 CuF₀ 20 CuF ₀

40CuO 40Al₉O,40CuO 40Al ₉ O,

Im Zentrum der Schlacke befand sich eine thermitartige Zündmasse. Die Abschmelzelektrode, die einen Durchmesser von 300 mm besaß, wurde bis zur Berührung mit der Zündmasse abgesenkt, wodurch das Verfahren in Gang gesetzt wurde. Nach vollständigem Aufschmelzen der Schlacke hatte das Schlackenbad eine Höhe von etwa 150 mm. Die Elektrode wurde jetzt zurückgezogen, bis sich hinter der Siebkette 31 ein mittels eines Oszillographen überwachter Spannungsverlauf gemäß F i g. 2 b zeigte. Am Ausgang des Integriergliedes wurde dabei eine Spannung von 1,4VoIt gemessen. Die Referenzspannung U_v wurde nunmehr ebenfalls auf 1,4 Volt eingestellt, so daß wegen des Fehlens einer Spannungsdifferenz die Eintauchtiefe der Elektrode konstant blieb. Sie änderte sich auch nicht mehr während des gesamten Abschmelzvorganges, obwohl die Abschmelzgeschwindigkeit selbst nicht vollständig konstant war. Der mittlere Spannungsabfall in der Schlackeschicht lag bei etwa 42 Volt. Der nach dem Abschmelzen übriggebliebene Elektrodenrest besaß eine nahezu völlig ebene untere Begrenzungsfläche, so daß allein schon hieraus auf eine optimale Eintauchtiefe geschlossen werden konnte. Die Beschaffenheit des umgeschmolzenen Blocks erfüllte alle Erwartungen in bezug auf Kornstruktur und Homogenität. Für die Durchführung des Versuchs wurde eine Siebkette gewählt, die zur Aussiebung der 100 Hz Oberwelle geeignet war. Der Kondensator 33 hatte eine Kapazität von 250 μΡ und das Integrierglied 36 eine Zeitkonstante von 10 Sekunden.In the center of the slag there was a thermite-like ignition compound. The consumable electrode, which had a diameter of 300 mm, was lowered until it came into contact with the ignition material, whereby the process was started. After the slag had completely melted, the slag bath had a height of about 150 mm. The electrode has now been withdrawn until a voltage profile monitored by means of an oscilloscope according to FIG. 2 b showed. A voltage of 1.4 Volts was measured at the output of the integrator. The reference voltage U _v was now also set to 1.4 volts, so that the immersion depth of the electrode remained constant due to the lack of a voltage difference. It also no longer changed during the entire melting process, although the melting rate itself was not completely constant. The mean voltage drop in the slag layer was about 42 volts. The remaining electrode residue after melting had an almost completely flat lower boundary surface, so that from this alone it was possible to deduce an optimal immersion depth. The nature of the remelted ingot met all expectations with regard to grain structure and homogeneity. To carry out the experiment, a sieve chain was chosen that was suitable for filtering out the 100 Hz harmonic. The capacitor 33 had a capacity of 250 μΡ and the integrating element 36 had a time constant of 10 seconds.

Claims

Patent claims:

1. Method for regulating the depth of immersion of consumable electrodes in the slag layer during Electroslag remelting, where the voltage drop measured within the slag layer or the current flowing through the slag layer as an output signal for the generation a manipulated variable is used to set the electrode position, characterized in that that the pulse-shaped fluctuations superimposed on the basic voltage and / or the basic current are detected separately and a control loop are supplied in which one of the characteristics of the fluctuations corresponding Manipulated variable is formed, which causes an adjustment of the electrode.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pulse-shaped fluctuations separated from the basic voltage and subsequently integrated, and that the integral is compared with a reference voltage, the difference signal of the integral and Reference voltage taking into account the sign, if necessary after amplification as Manipulated variable is used for the electrode advance.

3. Arrangement for performing the method according to claims 1 and 2, characterized in that the voltage drop within the slag layer (16) optionally after rectification and smoothing of the harmonics caused by the mains frequency in a sieve chain (31) a capacitor (33) with a is switched on in such a way that only the pulse-shaped fluctuations, but not the basic voltage, are passed on, and that the pulse-shaped fluctuations are connected to an integrating element (36) via a rectifier (35), the output voltage of which is connected to a reference voltage (I7 _V ) resulting differential voltage is connected to an actuator (11, 47) for the feed device (2 to 11) of the consumable electrode (1), taking into account its sign.

1 sheet of drawings

GOPY

109 545/286