PL79412B1 - Improvements in and relating to electro-slag remelting of metals[gb1242946a] - Google Patents

Description

Sposób elektrozuzlowego przetapiania metali, zwlaszcza stali oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób elektro¬ zuzlowego przetapiania metali, zwlaszcza stali, przy którym kierunek pradu elektrycznego prze¬ plywajacego przez topiona elektrode zmienia sie okresowo, oraz urzadzenie do stosowania tego spo¬ sobu.Wiadomym jest, ze w urzadzeniach do elektro¬ zuzlowego przetapiania metali, do stopienia elek¬ trody stosuje sie zarówno prad staly jak i tez prad zmienny o czestotliwosci 50 lub 60 Hz. Przy zastosowaniu pradu stalego, przy tych samych warunkach, wydajnosc topienia (w kg metalu na godzine i pobór energii w kWh/t nie stopionego metalu), oraz wlasciwosci metalurgiczne wypro¬ dukowanego przez przetopienie bloku metalowego, -w znacznym stopniu zaleza od kierunku przeply¬ wu pradu. W wypadkach gdy topiona elektroda stanowi biegun dodatni a blok metalowy powstaly przez przetopienie stanowi biegun ujemny, wydaj¬ nosc topienia jest wysoka, jednak wlasciwosci me¬ talurgiczne bloku metalowego sa niekorzystne, przykladowo metal ma stosunkowo duza zawar¬ tosc tlenu. Natomiast gdy topiona elektroda sta¬ nowi biegun ujemny, a blok metalowy utworzony przez przetopienie stanowi biegun dodatni, wów¬ czas wlasciwosci metalurgiczne bloku metalowego sa znacznie lepsze, na przyklad metal ma stosun¬ kowo mala zawartosc tlenu, jednak wydajnosc przetapiania jest znacznie mniejsza niz w pierw¬ szym przypadku. 10 15 20 25 30 Przy zastosowaniu pradu zmiennego o czestotli¬ wosci 50 wzglednie 60 Hz wydajnosc przetapiania jest prawie tak wysoka jak w pierwszym przy¬ padku, a wlasciwosci metalurgiczne utworzonego bloku metalowego sa podobne jak w drugim przy¬ padku. Niekorzystnym jest jednak to, ze w prze¬ wodach wystepuja znaczne dodatkowe reaktancje indukcyjne. Ponadto wynikajace na skutek ko¬ niecznych dla procesu przetapiania bardzo wyso¬ kich mocy pradu elektrycznego, niesymetryczne obciazenie sieci, jest w wiekszosci wypadków nie¬ dopuszczalnie wysokie. Dla unikniecia tej niedo¬ godnosci, proponowano juz, aby do pracy urza¬ dzen do elektrozuzlowego przetapiania metali, sto¬ sowac prad trójfazowy, przy czym plyta podsta¬ wowa, na której spoczywa utworzony blok meta¬ lowy, jest polaczona z punktem zerowym gwiazdy, a trzy topione równoczesnie w jednej kokili elek¬ trody, sa polaczone kazda z jedna faza ukladu pradu trójfazowego. Takie urzadzenia, zasilane pradem trójfazowym, maja bardzo skomplikowana budowe poniewaz trzy elektrody musza byc to¬ pione w jednej kokili. Na skutek tego, zarówno koszt budowy urzadzenia, jak tez koszty produkcji elektrod, sa bardzo wysokie.Przeplywajace przez trzy elektrody prady zmien¬ ne o przesunietej w stosunku do siebie fazie, wy¬ twarzaja magnetyczne pola wirowe, które wpra¬ wiaja przeplywajacy przez roztopiony metal plyn¬ ny zuzel, w ruch wirujacy. Wirowy ruch zuzla 794123 79412 4 powoduje, ze powierzchnia plynnej warstwy zuzla ma ksztalt paraboloidy obrotowej, przez co po¬ wierzchnia wymiany ciepla pomiedzy zuzlem a ochlodzona sciana kokili zwieksza sie, a ponadto zwieksza sie równiez przenoszenie ciepla pomiedzy 5 zuzlem a ochlodzona sciana kokili.Z powyzszego wynika dalsza wada tego urza¬ dzenia, polegajaca na tym, ze straty ciepla sa tu znacznie wieksze niz przy urzadzeniach zasilanych pradem stalym lub zmiennym. io Celem wynalazku jest unikniecie wymienionych wad i znalezienie takiego sposobu, który umozli¬ wia uzyskanie duzej wydajnosci topienia, oraz ko¬ rzystnych wlasciwosci metalurgicznych przetopio¬ nychmetali. w Wedlug wynalazku zadanie to zostalo rozwiazane w ten sposób, ze doprowadzany prad zmienny, korzystnie trójfazowy jest przeksztalcony w zmie¬ niajacy okresowo swój kierunek prad, którego czestotliwosc podstawowa rózni sie od czestotli- 20 wosci doprowadzanego pradu zmiennego, korzyst¬ nie trójfazowego, a prad o zmienionej czestotli¬ wosci przechodzi przez topiona elektrode. Stosu¬ nek czasów w których topiona elektroda stanowi na zmiane biegun dodatni wzglednie ujemny, jak 25 tez czestotliwosc podstawowa pradu elektrycznego przeplywajacego przez te elektrode, sa korzystnie zmienione w razie potrzeby. Czestotliwosc podsta¬ wowa pradu elektrycznego przeplywajacego przez topiona elektrode jest korzystnie mniejsza od cze- 30 stotliwosci sieci i na przyklad wynosi 5^—10 Hz.W celu uzyskania optymalnych warunków, ko¬ rzystne jest, jesli stosunek czasów, w których to¬ piona elektroda stanowi biegun dodatni wzglednie ujemny, rózni sie od1. 35 Urzadzenie do wykonywania sposobu wedlug wy¬ nalazku zasilane jest z ukladu napiecia trójfazo¬ wego i zawiera prostownik na przyklad selenowy, prostownik stykowy lub prostownik regulowany taki jak tyrystory oraz przemiennik czestotliwosci ^ korzystnie zawierajacy tyrystor, przy czym, kazdy prostownik jest umieszczony w jednej z trzech faz ukladu trójfazowego, oraz jest polaczony z jed¬ nym zaciskiem wejsciowym. Zerowy punkt gwiaz¬ dy ukladu napiecia trójfazowego jest natomiast 45 polaczony z drugim zaciskiem wejsciowym prze¬ miennika czestotliwosci.Powstaje tu dalsza mozliwosc zmniejszania reaktancji indukcyjnych przez to, ze przelacznik przemiennika czestotliwosci polaczony z topiona elektroda, znajduje sie w poblizu elektrody, a ele¬ menty przelaczajace przemiennika czestotliwosci polaczone z plyta podstawowa lub kokila, znaj¬ duja sie w poblizu plyty podstawowej wzglednie kokili.Dalszym zadaniem wynalazku jest stworzenie takiego urzadzenia, które pozwala na wykonywa¬ nie sposobu wedlug wynalazku w szczególnie prosty i celowy sposób.Zadanie to zostalo rozwiazane w ten sposób, ze do przewodu glównego oraz do przewodu z punktu zerowego gwiazdy ukladu napiecia trójfazowego lub szesciofazowego, podlaczone sa tyrystory, które zmieniaja prad trójfazowy w prad jednofazowy, którego kierunek zmienia sie okresowo, przy czym w topiona elektroda wlaczona jest do obwodu pradir jednofazowego.W korzystnym przykladzie wykonania urzadze¬ nia, przewidziany jest nastawny mechaniczny lub- 5 elektroniczny uklad sterowania który wspóldziala z wymienionymi tyrystorami.Przedmiot wynalazku jest dokladniej objasnionym na przykladzie wykonania na rysunku, na" którym fig. 1 przedstawia urzadzenie do wykonywania spo- 10 sobu wedlug wynalazku, fig. 2 przedstawia sche¬ mat ukladu przemiennika czestotliwosci, przy czym przelaczniki S4, A, S, i S4 nie musza byc przelacznikami mechanicznymi lecz moga one rów¬ niez pracowac za pomoca zmiennych napiec steru- 15 jacych (napiecia zwrotne), fig. 3 przedstawia prze¬ bieg napiecia elektrycznego, miedzy topiona elek¬ troda a utworzonym blokiem metalowym, w funk¬ cji czasu, a fig. 4 przedstawia inne urzadzenie do wykonywania sposobu wedlug wynalazku. 20 Urzadzenie przedstawione na fig. 1 dziala w na¬ stepujacy sposób. Prad trójfazowy doprowadzany przez przewody R, S i T sieci pradu trójfazowego czestotliwosci sieci na przyklad 50 Hz, jest prze¬ twarzany za pomoca transformatora I pradu trój- 25 fazowego na znacznie nizsze napiecie i zmieniony na nieznacznie tylko pulsujacy prad staly. Prad ten przeplywa przez obydwa przewody 3 i 4 do przemiennika 5 czestotliwosci. Przemiennik 5 czestotliwosci na przyklad tyrystor zawierajacy 30 mechaniczny lub elektroniczny uklad 6 sterowania, wytwarza na swym wyjsciu prad, którego kieru¬ nek zmienia sie okresowo. Zarówno stosunekr czasów Ti, T2 podczas których prad ten plynie w kierunku dodatnim wzglednie ujemnym, jak 35 tez podstawowa czestotliwosc f tego pradu, moga byc zmieniane za pomoca ukladu sterowania. Po¬ datni kierunek pradu okreslany jest przez strzal¬ ke Z. Podstawowa czestotliwosc f wynika z rów¬ nania f = 1 : (Ti + Ti).^ Jeden z dwóch elektrycznych przewodów 7 i J znajdujacych sie na stronie wyjsciowej przemien¬ nika 5 czestotliwosci laczy go z topiona elektroda 9, natomiast drugi przewód 8, laczy przemiennik 5 z plyta podstawowa wykonana najkorzystniej 45 z miedzi. Elektroda 9 wykonana ze stali przezna¬ czonej do przetopienia, usytuowana jest wspól- srodkowo w stosunku do chlodzonej woda kokili 11 i jest zanurzana swoim dolnym koncem w ply¬ wajacej po roztopionym metalu 13 warstwie" zuzla 12. Powstaly w chlodzonej woda kokili 11 zastygly stalowy blok 14, spoczywa na podstawo¬ wej plycie 10. Gdy elektroda 9 stopi sie az do malej pozostalosci, wyciagana jest z warstwy zuzla 12 i zastepowana jest nowa elektroda 9. Dla unikniecia ochlodzenia przeplywajacej przez roz¬ topiony metal 13 warstwy zuzla 12 w czasie wy¬ miany elektrod 9, a tym samym unikniecia za¬ stygniecia warstwy zuzla 12, przewidziana jest po¬ mocnicza elektroda 15. Elektroda ta utworzona1 jest z kilku pretów 15' umieszczonych równolegle 60 do elektrody 9 i zamocowanych mocujacym piers¬ cieniem 16, przy czym konce pretów 15' sa rów¬ niez zanurzone w warstwie zuzla 12.Dodatni biegun ukladu napiecia trójfazowego,. 65 jest polaczony przewodem 1* z zestykiem prze- 15 20 25 30 35 40 45 505 79412 6 lacznika 17, a biegun ujemny jest polaczony prze¬ wodem 19 z drugim zestykiem przelacznika 17 po¬ laczonego poprzez przewód 20 z pomocnicza elek¬ troda 15. W ten sposób pomocnicza elektroda 15 moze byc laczona za pomoca przelacznika 17 na 5 przemian z obydwoma biegunami ukladu napiecia trójfazowego.Jezeli przy tym pomocnicza elektroda 15 pola¬ czona jest z dodatnim biegunem ukladu napiecia trójfazowego wówczas przekazuje ona pulsujace dodatnie napiecia na podstawowa plyte 10 i elek¬ trode 9. Na skutek tego, zarówno podstawowa plyta 10 jak tez elektroda 9 maja potencjal w sto¬ sunku do pomocniczej elektrody 15. Oznacza to, ze pomocnicza elektroda 15 stanowi anode kapieli zuzlowej, przy której oddzielane sa istniejace w warstwie zuzla 12 ujemnie naladowane jony, na przyklad aniony tlenu. Natomiast w przypadku gdy przelacznik 17 znajduje sie w polozeniu ozna¬ czonym linia przerywana, przez co pomocnicza elektroda 15 polaczona jest z biegunem ujemnym ukladu napiecia trójfazowego, elektroda 15 stano¬ wi katode, przy której oddzielane sa istniejace w zuzlowej warstwie 12 jony z ladunkiem do¬ datnim, na przyklad kationy metali. Na skutek tego, przy pomocy pomocniczej elektrody 15 jest mozliwe regulowanie nastepujacej w warstwie zuzla 12 reakcji metalurgicznej, to znaczy z jednej mozna uzyskac oddzielenie niepozadanych materia¬ lów ubocznych, a z drugiej strony mozna uniknac przejscia do zuzla materialów, które sa pozadane w utworzonym bloku stalowym, na przyklad pew¬ nych metali.Urzadzenie przedstawione na fig. 4 dziala na¬ stepujaco. Prad trójfazowy doprowadzony przez przewody R, S, T z sieci pradu trójfazowego o czestotliwosci sieci na przyklad 50 Hz, przetwa¬ rzany jest na znacznie nizsze napiecie za pomoca transformatora 21 pradu trójfazowego. Od wtórnego uzwojenia transformatora 21 prowadzi — zaleznie od wykonania — trzy lub na przyklad szesc glów¬ nych przewodów 22 oraz przewód 23 z punktu gwiazdowego, do zespolu tyrystorów 24. Dopro¬ wadzany trój- wzglednie szesciofazowy prad, prze¬ twarzany jest za pomoca mechanicznego lub elek¬ tronicznego z ukladu sterowania 25 i zespolu ty¬ rystorów 24, na prad jednofazowy, którego kie¬ runek zmienia sie okresowo.Zarówno stosunek czasów T^ T2, w czasie któ¬ rych prad jednofazowy plynie w kierunku do¬ datnim wzglednie ujemnym, jak tez podstawowa czestotliwosc f mozna zmieniac za pomoca ukladu sterowania 25. Dodatni kierunek przeplywu ozna¬ czony jest strzalka z. Zespól tyrystorów jest po¬ laczony przewodem 26 z topiona glówna elektroda 28 oraz drugim przewodem 27 z podstawowa plyta 29 wykonana najkorzystniej z miedzi. Elektroda 28, wykonana ze stali przeznaczonej do przetopienia, jest umieszczona wspólosiowo w chlodzonej woda kokili 30 i dolnym swym koncem zanurzona jest w plywajacej po roztopionym metalu 32 zuzlowej warstwie 31.Zastygly stalowy blok 33 utworzony w chlodzo¬ nej woda kokili 30 spoczywa na podstawowej ply¬ cie 29. Elektryczne napiecie U, miedzy topiona 65 elektroda 29 a stalowym blokiem 33 zmienia sie w czasie, w sposób przedstawiony na fig. 3; W przeciwienstwie do znanych sposobów elektro- zuzlowego przetapiania, sposób wedlug wynalazku 5 umozliwia uzyskanie szczególnie korzystnych wa¬ runków zarówno jezeli chodzi o wydajnosc prze* tapiania, jak tez o wlasciwosci metalurgiczne prze¬ tapianych metali. ;< Koszty- montazowe jak tez zwiazane z tym io koszty budowfy urzadzenia, sa stosunkowo male.Dalsza zaleta urzadzenia wedlug wynalazku jest to, ze moze ono byc zasilane gradem trójfazowym o czestotliwosci sieci, przy czym wszystkie trzy fazy zastosowanego ukladu napiecia trójfazowego, 15 obciazone sa calkowicie symetrycznie.. W stosunku do znanych, zasilanych pradem zmiennym, korzystnie trójfazowym, urzadzen do elektrozuzlowego przetapiania- metali,- urzadzenie wedlug wynalazku ma prócz tego te bardzo wazna 20 zalete, ze za pomoca jego mozna uzyskac znacznie wyzszy wspólczynnik cos qp, a to" dzieki temu, ze indukcyjny spadek napiecia wystepujacy w obwo¬ dzie pradu jednofazowego, w którym znajduje sie topiona elektroda, jest bardzo maly, wówczas 25 gdy w tym obwodzie pradu pracuje sie z podsta¬ wowymi czestotliwosciami sieci, które sa znacznie mniejsze niz normalna czestotliwosc i wynosza na przyklad 5—10 Hz. 30 PL PL

Claims (10)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób elektrozuzlowego przetapiania metali, zwlaszcza stali, przy którym kierunek pradu elek¬ trycznego przeplywajacego przez topiona elektrode 35 zmienia sie okresowo, znamienny tym, ze dopro¬ wadzany do urzadzenia prad zmienny, korzystnie trójfazowy, przeksztalca sie za pomoca przemien¬ nika w prad zmieniajacy okresowo swój kierunek, którego czestotliwosc (f) rózni sie od czestotliwosci 40 doprowadzanego pradu zmiennego, korzystnie trój¬ fazowego, a przeksztalcony prad przeplywa przez topiona elektrode.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zmienia sie stosunek czasów (T^ T2) podczas któ- 45 rych topiona elektroda stanowi na przemian bie¬ gun dodatni wzglednie ujemny, jak tez czestotli¬ wosc podstawowa przeplywajacego przez te elek¬ trode pradu.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 50 stosuje sie podstawowa czestotliwosc (f) przeply¬ wajacego przez topiona elektrode pradu elektrycz¬ nego nizsza od czestotliwosci sieci, korzystnie 5—10 Hz.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 55 stosunek czasu w którym topiona elektroda sta¬ nowi biegun ujemny, do czasu, w którym elektroda ta stanowi biegun dodatni jest rózny od jednosci.

5. Urzadzenie do elektrozuzlowego przetapiania metali, zasilane napieciem trójfazowym, znamienne 60 tym, ze ma prostownik (2), korzystnie selenowy prostownik stykowy lub prostownik regulowany jak tyrystor, oraz przemiennik (5) czestotliwosci korzystnie zawierajacy tyrystor, przy czym kazdy prostownik (2) wlaczony jest miedzy zaciskiem 65 wejsciowym przemiennika (5) czestotliwosci, a jed- 20 25 30 35 40 45 5079412 8 na z trzech faz ukladu trójfazowego, a zerowy punkt (4) gwiazdy ukladu trójfazowego, polaczony jest z drugim zaciskiem wejsciowym przemienni¬ ka (5) czestotliwosci.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze przelaczniki (Si, S4) przemiennika (5) czesto¬ tliwosci polaczone z topiona elektroda (9) sa umieszczone w poblizu elektrody (9), a przelacz¬ niki (S2, S3) przemiennika (5) czestotliwosci po¬ laczone sa z podstawowa plyta (10) wzglednie z kokila (11).

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze ma jeden lub kilka przewodów (18, 19, 20), za pomoca których pomocnicza elektroda (15) jest po¬ laczona z biegunem dodatnim i/lub ujemnym ukla¬ du napiecia trójfazowego zasilajacego przemiennik (5) czestotliwosci.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 7, znamienne tym, 10 15 ze biegun dodatni jest polaczony przewodem (18) z jednym zestykiem przelacznika (17), a biegun ujemny jest polaczony przewodem (19) z drugim zestykiem przelacznika (17), polaczonego z pomoc¬ nicza elektroda (15) za pomoca elektrycznego prze¬ wodu (20).

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze do glównego przewodu (22) i do przewodu (23) z punktu gwiazdowego ukladu trój- lub szescio- fazowego, podlaczony jest zespól tyrystorów, który przeksztalca prad trójfazowy w prad jednofazowy, którego kierunek zmienia sie okresowo, a topiona w danej chwili elektroda (28) wlaczona jest w ob¬ wód pradu jednofazowego (26, 28, 31, 32, 33, 29, 27).

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 9, znamienne tym, ze ma mechaniczny lub elektroniczny uklad (25) sterowania, który wspóldziala z zespolem tyrysto¬ rów. Fig.1KI. 31b2, 23/06 79412 MKP B22d 23/06 Fig.2 Fig. 3 'A M^- ^-T,-A W* -r,—i N-NKI. 31b2,23/06 79412 MKP B22d 23/06 21 24 1<5 25 RST Fig. i 26 27 -28 JO —32 - JJ 29 Krak. Zaklady Graficzne Nr 6, zam. 455/75 Cena 10 zl PL PL