RU2424325C2

RU2424325C2 - Procedure for hollow ingot electric slag melting

Info

Publication number: RU2424325C2
Application number: RU2009134668/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Дуб (RU); Алексей Владимирович Дуб; Владимир Семенович Дуб (RU); Владимир Семенович Дуб; Александр Александрович Полушин (RU); Александр Александрович Полушин; Сергей Владимирович Каманцев (RU); Сергей Владимирович Каманцев; Марина Ивановна Швейкерт (RU); Марина Ивановна Швейкерт; Сергей Маркович Нехамин (RU); Сергей Маркович Нехамин; Леонид Яковлевич Левков (RU); Леонид Яковлевич Левков; Александр Афанасьевич Сафронов (RU); Александр Афанасьевич Сафронов; Юрий Николаевич Кригер (RU); Юрий Николаевич Кригер; Юрий Соломонович Иоффе (RU); Юрий Соломонович Иоффе
Original assignee: Сергей Маркович Нехамин
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-07-20
Also published as: RU2009134668A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: crystalliser with core is transferred at rate of 0.75-0.95 of optimal calculated rate of building-up. When level of metal coincides with beginning of crystalliser broadening, rate is increased to 1.5-2.0 of calculated rate of building-up, facilitating higher position of level sensor relative to liquid metal within the range of 1.0-2.0 of height of broadening zone of crystalliser. There is maintained a cycle of the crystalliser motion with the core before beginning of withdrawal of a shrinkage cavity. Process of withdrawal of a consumable electrode and crystalliser beyond the slag bath is completed in 1.3-1.8 of time required for reaching a calculated mode of melting.

EFFECT: increased reliability of melting hollow ingot and facilitation of melted metal quality.

2 dwg

Description

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано для электрошлаковой выплавки полых слитков.The invention relates to special electrometallurgy and can be used for electroslag smelting of hollow ingots.

Известен способ электрошлакового переплава расходуемых электродов, включающий взаимное перемещение наплавляемого слитка и кристаллизатора с непрерывным определением уровня жидкого металла относительно кристаллизатора, при этом перемещение кристаллизатора относительно слитка производят на постоянной скорости, в 1,2 раза меньшей минимальной заданной скорости наплавления слитка, а коррекцию положения кристаллизатора относительно слитка ведут на скорости, в 1,2 раза большей максимальной заданной скорости наплавления слитка (см. а.с. 548151, МКИ С21С 5/56, 1976 г.).A known method of electroslag remelting of consumable electrodes, comprising the mutual movement of the deposited ingot and the mold with continuous determination of the level of liquid metal relative to the mold, while the mold is moved relative to the ingot at a constant speed, 1.2 times lower than the minimum specified rate of deposition of the ingot, and the mold position is corrected relative to the ingot lead at a speed 1.2 times higher than the maximum specified rate of deposition of the ingot (see AS 54815 1, MKI C21C 5/56, 1976).

В известном решении, например, при скорости наплавления, равной 10 мм/мин, потребуется 5 минут, чтобы кристаллизатор переместился на 10 мм относительно уровня поверхности металла.In the known solution, for example, at a deposition rate of 10 mm / min, it will take 5 minutes for the mold to move 10 mm relative to the level of the metal surface.

При выплавке полого слитка исходя из условия недопущения размещения жидкого металла в уширенной части кристаллизатора такая скорость недостаточна.When smelting a hollow ingot, proceeding from the condition of preventing the placement of liquid metal in the broadened part of the mold, this speed is insufficient.

Кроме того, исходя из требования возмущающих воздействий на стабильность режимов выплавления величину корректирующего перемещения необходимо ограничивать по величине, т.к. для случаев выплавления полого слитка в уширенном кристаллизаторе нарушается форма шлаковой ванны, что может вызвать нестабильный режим плавления расходуемого электрода.In addition, based on the requirements of perturbing effects on the stability of smelting modes, the value of the corrective movement must be limited in value, since for cases of smelting a hollow ingot in a broadened mold, the shape of the slag bath is disturbed, which can cause an unstable melting mode of the consumable electrode.

Известен способ электрошлакового переплава, включающий перемещение относительно друг друга дорна и слитка, погружение части дорна в шлаковую ванну, измерение в качестве косвенного параметра плавки напряжения между изолированной частью дорна и слитком и сравнение его с заданным значением, изменение скорости перемещения дорна относительно слитка при нарушении технологического режима, при этом дополнительно измеряют напряжение между электродом и слитком V1, а в качестве косвенного параметра используют вычисленное отношение напряжения между изолированной головкой дорна и слитком V2 к напряжению между электродом и слитком (см. а.с. 633285, МКИ С21С 5/56, 1977 г.).A known method of electroslag remelting, including moving the mandrel and ingot relative to each other, immersing part of the mandrel in the slag bath, measuring as an indirect parameter the voltage melt between the insulated part of the mandrel and ingot, and comparing it with a predetermined value, changing the speed of the mandrel relative to the ingot in case of technological violation mode, in addition, the voltage between the electrode and the ingot V1 is additionally measured, and the calculated voltage ratio is used as an indirect parameter between the insulated head of the mandrel and the V2 ingot to the voltage between the electrode and the ingot (see AS 633285, MKI C21C 5/56, 1977).

Известный способ имеет ограничение по размерам выплавляемого полого слитка из-за использования неподвижного кристаллизатора, кроме того, пропускание электрического тока через дорн снижает его надежность вследствие интенсивного износа при воздействии больших величин тока, а также процесс выплавки может быть неустойчивым в связи с образованием гарнисажа на стенках дорна.The known method has a limitation on the size of the molten hollow ingot due to the use of a stationary mold, in addition, the passage of electric current through the mandrel reduces its reliability due to intensive wear when exposed to large currents, and the smelting process can be unstable due to the formation of a skull on the walls mandrel.

Известен способ электрошлаковой выплавки полых слитков в скользящем уширенном кверху кристаллизаторе с использованием внутреннего кристаллизатора (дорна), неподвижного относительно наплавляемого слитка (см. патент Великобритании № 1500327, МКИ В22D 25/02, 11/10, 23/06, 1975 г.).A known method of electroslag smelting of hollow ingots in a rolling mold with a broadening upward using an internal mold (mandrel), which is stationary relative to the deposited ingot (see UK patent No. 1500327, MKI B22D 25/02, 11/10, 23/06, 1975).

Известный способ имеет ограничение по размерам выплавляемого полого слитка из-за использования неподвижного дорна, кроме того, система орошения, используемая для его охлаждения, не обеспечивает достаточной надежности из-за образования на стенке дорна перегретых зон, которые либо вообще не смачиваются водой, либо охлаждаются очень плохо. Это является причиной частого прогорания стенки кристаллизатора и брака плавки.The known method has a limitation on the size of the smelted hollow ingot due to the use of a fixed mandrel, in addition, the irrigation system used to cool it does not provide sufficient reliability due to the formation of superheated zones on the mandrel wall that are either not wetted by water at all or are cooled very bad. This is the reason for the frequent burning of the mold wall and smelting defects.

Наиболее близким способом, принятым за прототип, является описание технологии электрошлаковой выплавки полого слитка, изложенной в книге «Электрошлаковые печи», ред. Б.Е.Патон и Б.И.Медовар, Киев, «Наукова Думка», 1976 г.The closest method adopted for the prototype is to describe the technology of electroslag smelting of a hollow ingot, as set out in the book "Electroslag furnaces", ed. B.E. Paton and B.I. Medovar, Kiev, Naukova Dumka, 1976

Известный способ электрошлаковой выплавки полого слитка (см. стр 69, рис.71) предусматривает автоматическое регулирование величины тока (см. стр.157-162), пропускаемого через расходуемый электрод и шлаковую ванну при встречном перемещении расходуемого электрода и уширенного кристаллизатора с соосно закрепленным внутри него дорном (см. стр.283-285, рис.306 «В») и с контролем уровня поверхности металла датчиком уровня (см. 167-168, рис.205), а также вывод усадочной раковины при уменьшении тока до величины, недостаточной для расплавления расходуемого электрода (см. стр.49).The known method of electroslag smelting of a hollow ingot (see p. 69, Fig. 71) provides for automatic control of the amount of current (see p. 157-162) passed through a consumable electrode and a slag bath when the consumable electrode and the expanded mold are counter-aligned with the coaxially fixed inside it with a mandrel (see p. 283-285, Fig. 306 "B") and with a metal surface level control with a level sensor (see 167-168, Fig. 205), as well as the withdrawal of a shrink shell when the current decreases to a value insufficient for melting a consumable electron yes (see. p.49).

Однако не ясно, каким образом осуществляется известный способ в совокупности известных признаков для решения поставленной задачи - выплавление полого слитка с повышением надежности процесса выплавки за счет устранения зажатия дорна закристаллизовавшимся металлом и обеспечением качества металла выплавляемого слитка.However, it is not clear how the known method is implemented in combination with the known features for solving the problem - melting a hollow ingot with increasing the reliability of the smelting process by eliminating the clamping of the mandrel by crystallized metal and ensuring the quality of the metal of the smelted ingot.

Предложен способ электрошлаковой выплавки полого слитка с автоматическим регулированием величины тока, пропускаемого через расходуемый электрод и шлаковую ванну при встречном перемещении расходуемого электрода и уширенного кристаллизатора с соосно закрепленным внутри него дорном и с контролем уровня поверхности металла датчиком уровня, а также с выводом усадочной раковины при уменьшении тока до величины, недостаточной для расплавления расходуемого электрода, в котором кристаллизатор с дорном перемещают со скоростью 0,75-0,95 оптимальной расчетной скорости наплавления полого слитка и при совпадении уровня поверхности металла с началом уширения кристаллизатора скорость его увеличивают до скорости 1,5-2,0 оптимальной расчетной скорости наплавления полого слитка, обеспечивая превышение датчика уровня над поверхностью металла в пределах 1,0-2,0 высоты зоны уширения кристаллизатора, после чего скорость кристаллизатора с дорном снижают до прежней величины и поддерживают упомянутый цикл движения до начала вывода усадочной раковины, при этом одновременно завершают перемещение кристаллизатора и расходуемого электрода и через 1,3-1,8 времени выхода на расчетный режим выплавки завершают процесс и выводят за пределы шлаковой ванны расходуемый электрод и кристаллизатор с дорном.A method for electroslag smelting of a hollow ingot with automatic control of the current flowing through a consumable electrode and a slag bath when counter-moving a consumable electrode and an expanded mold with a mandrel coaxially fixed inside it and with a level sensor controlling the surface of the metal, as well as with the withdrawal of a shrinkable shell when reducing current to a value insufficient to melt the sacrificial electrode, in which the mold with the mandrel is moved at a speed of 0.75-0.95 optimal the calculated speed of the deposition of the hollow ingot and when the level of the metal surface coincides with the beginning of the broadening of the mold, its speed is increased to a speed of 1.5-2.0 of the optimal calculated rate of deposition of the hollow ingot, ensuring that the level sensor exceeds the surface of the metal within 1.0-2, 0 the height of the zone of broadening of the mold, after which the speed of the mold with the mandrel is reduced to the previous value and the mentioned cycle of motion is maintained until the start of the shrinkage shell withdrawal, while at the same time the movement is completed ue mold and the consumable electrode and through the output 1.3-1.8 time the settlement process is completed smelting mode and outputted outside the slag bath and the consumable electrode with the mold mandrel.

Технический результат предлагаемого технического решения - повышение надежности электрошлакового процесса выплавки и качества выплавляемого металла полого слитка.The technical result of the proposed technical solution is to increase the reliability of the electroslag smelting process and the quality of the smelted metal of the hollow ingot.

Между отличительными признаками предлагаемого способа и техническим результатом существует причинно-следственная связь, заключающаяся в следующем.Between the distinctive features of the proposed method and the technical result, there is a causal relationship, which consists in the following.

Одной из основных технических задач, решаемых при электрошлаковой выплавке полого слитка, является задача повышения надежности процесса его выплавления за счет устранения захвата дорна кристаллизующимся металлом, а также устранение размещения жидкого металла и его кристаллизации в уширенной зоне кристаллизатора с дорном.One of the main technical problems to be solved during electroslag smelting of a hollow ingot is the problem of increasing the reliability of its smelting process by eliminating the entrainment of the mandrel by crystallizing metal, as well as eliminating the placement of liquid metal and its crystallization in the broadened zone of the mold with the mandrel.

В обоих случаях это приводит к остановке процесса выплавления полого слитка и разрушению кристаллизатора с дорном.In both cases, this leads to a halt in the process of smelting the hollow ingot and the destruction of the mold with the mandrel.

Другой важной технической задачей является обеспечение требуемого качества выплавляемого металла. Обе эти задачи могут быть достигнуты за счет более точного контроля за скоростью наплавления полого слитка и скоростью перемещения кристаллизатора с дорном.Another important technical task is to ensure the required quality of the smelted metal. Both of these tasks can be achieved due to more precise control over the rate of deposition of the hollow ingot and the speed of movement of the mold with the mandrel.

Известно, что система управления скоростью плавления расходуемого электрода, а значит, и скоростью наплавления слитка, обычно осуществляется на основе изменения вводимой мощности в шлаковую ванну путем изменения электрических параметров тока и напряжения.It is known that the control system for the melting rate of the consumable electrode, and hence the rate of deposition of the ingot, is usually based on changes in the input power to the slag bath by changing the electrical parameters of current and voltage.

Однако изменение наплавления расходуемого электрода после изменения вводимой мощности происходит с задержкой на 10-20 минут, что не отвечает строгим требованиям, предъявляемым к процессу электрошлаковой выплавки полого слитка (см. «Электрошлаковый переплав», вып.9, ред. Б.И.Медовар, Киев, «Наукова Думка», 1987 г., стр.129-133).However, the deposition of the consumable electrode after changing the input power changes with a delay of 10-20 minutes, which does not meet the strict requirements for the process of electroslag smelting of a hollow ingot (see "Electroslag remelting", issue 9, ed. B.I. Medovar , Kiev, Naukova Dumka, 1987, pp. 129-133).

Кроме того, работа автоматического регулятора системы управления осложняется различными возмущениями в процессе электрошлаковой выплавки: увеличением или уменьшением межэлектродного промежутка (расстояние между торцом электрода и поверхностью жидкого металла); возрастанием напряжения на шлаковой ванне вследствие изменения параметров короткой сети; наличие пиков на кривой тока электрода вследствие отрыва капель с конца электрода и шунтирования межэлектродного промежутка; колебанием питающего напряжения сети; изменением количества и химического состава шлака в процессе выплавки; изменением толщины гарнисажа; изменением глубины и формы шлака и металла.In addition, the operation of the automatic controller of the control system is complicated by various disturbances in the process of electroslag smelting: an increase or decrease in the interelectrode gap (the distance between the end of the electrode and the surface of the liquid metal); increasing voltage on the slag bath due to changes in the parameters of the short network; the presence of peaks in the current curve of the electrode due to the separation of droplets from the end of the electrode and bypassing the interelectrode gap; fluctuation of the supply voltage; a change in the amount and chemical composition of slag during the smelting process; a change in the thickness of the skull; a change in the depth and shape of slag and metal.

Все это может привести к неустойчивой работе системы автоматического регулирования, что не обеспечивает надежности процесса электрошлаковой выплавки и качества выплавляемой полой заготовки.All this can lead to unstable operation of the automatic control system, which does not ensure the reliability of the electroslag smelting process and the quality of the smelted hollow billet.

Следовательно, для повышения надежности электрошлаковой выплавки и обеспечения качества выплавляемой полой заготовки необходимо дополнительно контролировать реальное приращение слитка в результате расплавления расходуемого электрода, т.е. непосредственно отслеживать уровень поверхности металла.Therefore, in order to increase the reliability of electroslag smelting and ensure the quality of the smelted hollow billet, it is necessary to additionally control the actual increment of the ingot as a result of melting of the consumable electrode, i.e. directly track the level of the metal surface.

Предлагаемое техническое решение увеличивает точность регулирования процессом выплавки за счет совмещения системы автоматического регулирования с дополнительно осуществляемым контролем за перемещением уровня поверхности металла, тем самым повышается надежность электрошлакового процесса выплавки и качество выплавляемого металла полого слитка.The proposed technical solution increases the accuracy of regulation by the smelting process by combining an automatic control system with additional control over the movement of the metal surface level, thereby increasing the reliability of the electroslag smelting process and the quality of the melted metal of the hollow ingot.

Движение кристаллизатора с дорном в пределах 0,75-0,95 оптимальной расчетной скорости позволяет корректировать его скорость в момент совпадения поверхности металла с началом уширения кристаллизатора, тем самым предотвращая заполнение металлом его уширенной зоны.The movement of the mold with the mandrel within 0.75-0.95 of the optimal design speed allows you to adjust its speed at the moment of coincidence of the metal surface with the beginning of the broadening of the mold, thereby preventing the metal from filling its broadened zone.

Движение кристаллизатора с дорном при скорости меньше 0,75 оптимальной расчетной скорости наплавления полого слитка не обладает достаточной степенью надежности, т.к. в некоторых случаях не устраняет заполнение металлом его уширенной зоны при значительных превышениях скорости наплавления относительно скорости перемещения кристаллизатора.The movement of the mold with the mandrel at a speed less than 0.75 of the optimal design deposition rate of the hollow ingot does not have a sufficient degree of reliability, because in some cases, it does not eliminate the filling of its broadened zone with metal with significant excesses of the deposition rate relative to the mold moving speed.

Движение кристаллизатора с дорном при скорости больше 0,95 оптимальной расчетной скорости наплавления может привести к превышению скорости движения кристаллизатора над скоростью наплавления и потере контроля датчиком уровня поверхности металла.The movement of the mold with the mandrel at a speed greater than 0.95 of the optimal design deposition rate can lead to an excess of the mold motion speed over the deposition rate and loss of control of the metal surface level sensor.

Неконтролируемое перемещение кристаллизатора относительно слитка может значительно изменить форму шлаковой ванны и заданные электрические режимы плавки, что приведет к ухудшению качества выплавляемого металла.Uncontrolled movement of the mold relative to the ingot can significantly change the shape of the slag bath and the specified electrical melting modes, which will lead to a deterioration in the quality of the smelted metal.

При значительном превышении может произойти слив жидкого металла и шлака.With significant excess, liquid metal and slag may drain.

Момент совпадения уровня поверхности металла с началом уширения кристаллизатора очень важен, т.к. начало увеличения скорости движения кристаллизатора относительно скорости наплавления слитка выбрано из расчета сохранения стабильности электрических параметров при минимальном возмущающем воздействии на шлаковую ванну.The moment of coincidence of the surface level of the metal with the beginning of the broadening of the mold is very important, because the beginning of the increase in the speed of the mold relative to the rate of deposition of the ingot is selected from the calculation of maintaining the stability of electrical parameters with a minimum disturbing effect on the slag bath.

Это обеспечивается тем, что при размещении датчика уровня в начале уширения кристаллизатора приращение скорости кристаллизатора кратковременно, а само перемещение незначительно - не превышает 1,0-2,0 высоты зоны уширения, вследствие чего форма шлаковой ванны изменяется незначительно и не требует корректировки электрических параметров выплавки, что сохраняет стабильность процесса и обеспечивает качество металла.This is ensured by the fact that when the level sensor is placed at the beginning of the broadening of the mold, the increment of the mold speed is short-lived, and the movement itself is insignificant - it does not exceed 1.0-2.0 of the height of the broadening zone, as a result of which the shape of the slag bath changes insignificantly and does not require adjustment of the electrical parameters of the smelting That maintains the stability of the process and ensures the quality of the metal.

Увеличение скорости меньше 1,5 оптимальной расчетной скорости наплавления слитка приводит к увеличению времени корректирующего перемещения кристаллизатора и может выйти за предел нечувствительности системы автоматического регулирования, которое своим регулирующим воздействием может изменить электрические параметры выплавки и тем самым нарушить стабильность процесса выплавки.An increase in the rate of less than 1.5 of the optimal calculated rate of deposition of the ingot leads to an increase in the time of the corrective movement of the mold and can go beyond the insensitivity of the automatic control system, which, by its controlling action, can change the electrical parameters of the smelting and thereby violate the stability of the smelting process.

Увеличение скорости больше 2,5 оптимальной расчетной скорости наплавления слитка, так же как и превышение датчика уровня относительно поверхности металла больше 1,0-2,0 высоты зоны уширения кристаллизатора, вызывает принудительное перемещение периферийных участков шлаковой ванны движением уширенных стенок кристаллизатора и дорна с нарушением теплового баланса шлака и токораспределения в его объеме, что изменяет толщину гарнисажа и ухудшает качество поверхности полого слитка.The increase in speed is greater than 2.5 of the optimal calculated rate of deposition of the ingot, as well as the excess of the level sensor relative to the metal surface is greater than 1.0-2.0 of the height of the zone of broadening of the mold, causes the peripheral sections of the slag bath to be forced to move by the broadened walls of the mold and mandrel with violation thermal balance of slag and current distribution in its volume, which changes the thickness of the skull and affects the surface quality of the hollow ingot.

При выводе усадочной раковины обогрев слитка меньше чем 1,3 времени выхода на расчетный режим выплавки после старта не обеспечивает отсутствие шлаковых включений, рыхлот и пористости в головной части слитка, а также возможен слив шлака и металла в полость слитка и по периметру кристаллизатора.When withdrawing a shrinkable shell, heating the ingot in less than 1.3 times to reach the calculated mode of smelting after start does not ensure the absence of slag inclusions, looseness and porosity in the head of the ingot, and it is also possible to drain slag and metal into the cavity of the ingot and around the perimeter of the mold.

При выводе усадочной раковины обогрев слитка больше чем 1,8 времени выхода на расчетный режим выплавки в некоторых случаях приводит к кристаллизации металла вблизи охлаждаемых стенок кристаллизатора и дорна, что ухудшает качество поверхности головной части слитка, а также может затруднить вывод за пределы шлаковой ванны расходуемого электрода и кристаллизатора с дорном.When a shrinkable shell is removed, heating the ingot for more than 1.8 times to reach the calculated mode of smelting in some cases leads to crystallization of the metal near the cooled walls of the mold and mandrel, which affects the surface quality of the head of the ingot, and can also make it difficult to withdraw a consumable electrode beyond the limits of the slag bath. and a mold with a mandrel.

На фиг.1 представлена компоновка оборудования для электрошлаковой выплавки заготовок труб (полых слитков).Figure 1 shows the layout of equipment for electroslag smelting of pipe blanks (hollow ingots).

На фиг.2 - карта режимов электрошлакового процесса для выплавки трубы ⌀550×⌀440×55.Figure 2 is a map of the modes of electroslag process for smelting pipe трубы550 × ⌀440 × 55.

Оборудование для выплавки трубной заготовки (полого слитка) включает вертикальную колонну 12, на которой встречно перемещаются две тележки. На верхней тележке 13 размещен электрододержатель 8, в котором установлена инвентарная головка 7 с расходуемым электродом 14 в виде сваренных с ней прутков круглого диаметра. На нижней тележке 15 размещен кронштейн 9, на котором закреплена опорная плита 6 и кристаллизатор 2, сверху которого размещен кристаллизатор 1, связанный кронштейном 16 с дорном 3. Поддон 4 неподвижно закреплен на нулевой отметке, при этом верхняя его часть входит в зазор между кристаллизатором 2 и дорном 3. Верхняя часть кристаллизатора 2 и часть стенки дорна 3 выполнены коническими и образуют общую зону уширения 11, выше которой размещены прутки расходуемого электрода 14. Высота зоны уширения 11 равняется величине «Н». Датчик уровня 10 размещен в стенке кристаллизатора 2 в начале зоны уширения 11. Оборудование включает кондуктор 5, исключающий соприкосновение расходуемого электрода 14 со стенками кристаллизатора 1 и дорна 3.Equipment for smelting a tubular billet (hollow ingot) includes a vertical column 12, on which two bogies are counter-moving. An electrode holder 8 is placed on the upper trolley 13, in which an inventory head 7 with a consumable electrode 14 is installed in the form of rods of round diameter welded with it. A bracket 9 is placed on the lower trolley 15, on which a support plate 6 and a mold 2 are fixed, on top of which a mold 1 is mounted, connected by an arm 16 to the mandrel 3. The pallet 4 is fixedly fixed at zero, while its upper part enters the gap between the mold 2 and the mandrel 3. The upper part of the mold 2 and the part of the wall of the mandrel 3 are conical and form a common broadening zone 11, above which the rods of the consumable electrode 14 are placed. The height of the broadening zone 11 is equal to the value “H”. The level sensor 10 is placed in the wall of the mold 2 at the beginning of the broadening zone 11. The equipment includes a conductor 5, excluding the contact of the consumable electrode 14 with the walls of the mold 1 and mandrel 3.

Реализация предложенного технического решения была осуществлена в рамках научно-исследовательской работы «Разработка технологии электрошлаковой выплавки полых слитков для заготовок ответственного назначения тяжелого и энергетического машиностроения».Implementation of the proposed technical solution was carried out in the framework of the research work "Development of technology for electroslag smelting of hollow ingots for workpieces for critical purposes of heavy and power engineering".

Выплавлялись следующие заготовки полых слитков с целью последующего изготовления из них бандажей для прокатных валков:The following blanks of hollow ingots were smelted for the purpose of subsequent manufacture of bandages for rolling rolls from them:

сталь 15 ГС:steel 15 GS: наружный диаметр 550 мм, толщина стенки 55 ммouter diameter 550 mm, wall thickness 55 mm наружный диаметр 550 мм, толщина стенки 80 ммouter diameter 550 mm, wall thickness 80 mm сталь 15Х1М1Ф:steel 15X1M1F: наружный диаметр 550 мм, толщина стенки 55 ммouter diameter 550 mm, wall thickness 55 mm наружный диаметр 550 мм, толщина стенки 110 ммouter diameter 550 mm, wall thickness 110 mm наружный диаметр 770 мм, толщина стенки 80 ммouter diameter 770 mm, wall thickness 80 mm сталь 16 ГС:steel 16 GS: наружный диаметр 550 мм, толщина стенки 110 ммouter diameter 550 mm, wall thickness 110 mm наружный диаметр 650 мм, толщина стенки 80 ммouter diameter 650 mm, wall thickness 80 mm наружный диаметр 650 мм, толщина стенки 110 ммouter diameter 650 mm, wall thickness 110 mm сталь 20:steel 20: наружный диаметр 550 мм, толщина стенки 110 ммouter diameter 550 mm, wall thickness 110 mm

Длина всех выплавляемых полых слитков составляла 2300 мм при весе от 1570 кг до 3410 кг в зависимости от толщины стенки. В качестве примера рассмотрим выплавление полого слитка с размерами ⌀550×⌀440×55. Верхней тележкой 13 опускаем расходующий электрод 14 в зазор между стенками кристаллизатора 1 и дорна 3 с фиксацией его положения относительно кондуктора 5. Путем корректирующего перемещения тележки 13 добиваемся соответствия величины расстояния от торцов прутков расходуемого электрода 14 до верхнего уровня зоны уширения 11 величине, указанной в карте режимов (см. фиг.2), в нашем случае составляющей 50-55 мм. Устанавливаем съемник напряжения с расходуемого электрода 14 и подсоединяем к нему провода измерительной цепи.The length of all smelted hollow ingots was 2300 mm with a weight of 1570 kg to 3410 kg, depending on the wall thickness. As an example, consider the melting of a hollow ingot with dimensions ⌀550 × ⌀440 × 55. With the upper carriage 13 we lower the consumable electrode 14 into the gap between the walls of the mold 1 and the mandrel 3 with fixing its position relative to the jig 5. By correcting the movement of the carriage 13 we achieve the correspondence of the distance from the ends of the rods of the consumable electrode 14 to the upper level of the broadening zone 11 with the value indicated in the map modes (see figure 2), in our case, a component of 50-55 mm We install a voltage stripper from the consumable electrode 14 and connect the wires of the measuring circuit to it.

Расплавляем на флюсоплавительной печи требуемое количество шлака и заливаем его в кристаллизаторы 1 и 2, после чего включаем печной трансформатор, систему регистрации и контроля параметров плавки, систему автоматического управления работой дозаторов.We melt the required amount of slag on a flux-melting furnace and pour it into molds 1 and 2, after which we turn on the furnace transformer, a system for recording and monitoring melting parameters, and an automatic control system for the operation of the dispensers.

По показаниям приборов оцениваем величину появившегося в цепи расходуемого электрода 14 тока и напряжения в сравнении с заданными для стартового режима.According to the readings of the devices, we estimate the magnitude of the current and voltage that appeared in the circuit of the consumable electrode 14 in comparison with those set for the start mode.

Обычно стартовая величина тока составляла 0,4-0,6 заданной, а величина напряжения - 0,9-1,1 заданной.Typically, the starting current value was 0.4-0.6 set, and the voltage value - 0.9-1.1 set.

Переключением ступеней трансформатора обеспечивали поддержание параметров в заданных пределах, поддерживая рост тока со скоростью 1-3 кА/мин.By switching the steps of the transformer, the parameters were maintained within specified limits, supporting the growth of current at a speed of 1-3 kA / min.

При появлении признаков начала плавления расходуемого электрода 14, обычно при резком замедлении роста тока при величине заданного напряжения, включаем подачу расходуемого электрода 14 вниз в автоматическом режиме, выставив задатчик в положение, обеспечивающее перемещение верхней тележки 13 вниз с расчетной скоростью (расчет скорости представлен ниже).When there are signs of the beginning of melting of the consumable electrode 14, usually with a sharp slowdown in current growth at a given voltage value, we turn on the flow of the consumable electrode 14 down in automatic mode by setting the dial to a position that moves the upper carriage 13 down with the calculated speed (speed calculation is presented below) .

Одновременно с этим начинаем перемещение нижней тележки 15 с кристаллизаторами 1, 2 и дорном 3 вверх на заданной скорости.At the same time, we begin moving the lower trolley 15 with molds 1, 2 and mandrel 3 upward at a given speed.

При достижении поверхности металла начала зоны уширения 11 кристаллизатора 2 и дорна 3 проверяем срабатывание датчика уровня 10, установленного в начале зоны уширения 11, и увеличение скорости по его сигналу до заданного значения с последующим сбросом скорости до величины первоначально заданной скорости. Время движения кристаллизаторов 1, 2 и дорна 3 в период увеличения скорости устанавливают расчетным путем исходя из условия превышения датчиком уровня 10 поверхности металла в пределах 1,0-2,0 высоты зоны уширения «Н».When the metal surface reaches the beginning of the broadening zone 11 of the mold 2 and the mandrel 3, we check the operation of the level sensor 10 installed at the beginning of the broadening zone 11 and increase the speed by its signal to a predetermined value, followed by a speed reset to the value of the originally set speed. The motion time of the molds 1, 2 and mandrel 3 during the period of increasing speed is determined by calculation based on the condition that the sensor exceeds the level 10 of the metal surface within 1.0-2.0 of the height of the broadening zone "N".

Величину скорости перемещения расходуемого электрода и кристаллизатора с дорном обычно получают расчетным путем с последующей корректировкой в ходе опытных плавок.The magnitude of the speed of movement of the sacrificial electrode and the mold with the mandrel is usually obtained by calculation with subsequent adjustment during the experimental melts.

В процессе электрошлаковой выплавки полого слитка контролируется: температура воды на выходе из элементов технологической оснастки, стабильность подачи раскислителей, регистрация параметров самопишущими приборами.In the process of electroslag smelting of a hollow ingot, the following is controlled: water temperature at the outlet of technological equipment elements, stability of deoxidizing agents supply, recording of parameters with self-recording instruments.

В завершение процесса выплавки производят вывод усадочной раковины при неподвижных расходуемом электроде и кристаллизаторе с уменьшением напряжения и тока до заданных значений, обеспечивающих прекращение расплавления расходуемого электрода, осуществляют выдержку в течение заданного периода, а затем завершают процесс выплавки снижением тока до нуля с одновременным выводом за пределы шлаковой ванны расходуемого электрода и кристаллизатора с дорном.At the end of the smelting process, a shrink shell is output when the consumable electrode and the mold are stationary, with a decrease in voltage and current to specified values, which ensure that the consumable electrode is not melted, hold for a predetermined period, and then complete the smelting process by reducing the current to zero with a simultaneous output beyond slag bath consumable electrode and mold with mandrel.

В качестве датчика уровня используется уровнемер позиционный БПУ-1КМ для бесконтактной регистрации наличия или отсутствия жидкого или сыпучего материала за стенкой внутри контролируемой емкости в зоне установки уровнемера путем определения в этой зоне изменения мощности дозы гамма-излучения.A BPU-1KM positional level gauge is used as a level sensor for non-contact detection of the presence or absence of liquid or granular material behind a wall inside a monitored tank in the level gauge installation zone by determining in this zone the change in gamma radiation dose rate.

В качестве примера ниже приведено определение расчетных значений скоростей наплавления полого слитка и перемещения расходуемого электрода, включающего 12 прутков ⌀80 мм при выплавке, например, полого слитка с наружным диаметром 550 мм и внутренним 440 мм (т.е. с толщиной стенки 55 мм).As an example, below is the determination of the calculated values of the rates of deposition of a hollow ingot and the movement of a consumable electrode, including 12 ⌀80 mm rods for smelting, for example, a hollow ingot with an outer diameter of 550 mm and an inner 440 mm (i.e. with a wall thickness of 55 mm) .

На основании экспериментальных плавок была установлена зависимость, с достаточной степенью точности определяющая оптимальную расчетную скорость наплавления, которая равна:Based on the experimental melts, a relationship was established that, with a sufficient degree of accuracy, determines the optimal calculated deposition rate, which is equal to:

Vопт.=900/55=16,4 мм/мин.Vopt. = 900/55 = 16.4 mm / min.

При этом были установлены следующие соотношения:The following relationships were established:

Vmin=0,5÷0,7Vопт.Vmin = 0.5 ÷ 0.7Vopt.

Vmax=1,2÷1,5Vопт.Vmax = 1.2 ÷ 1.5Vopt.

В соответствии с упомянутыми соотношениями:In accordance with the above ratios:

Vmin≈10 мм/мин.Vmin≈10 mm / min.

Vmax≈20 мм/мин.Vmax≈20 mm / min.

Масса 1 см полого слитка ⌀550×⌀440 равна:The mass of 1 cm of a hollow ingot ⌀550 × ⌀440 is equal to:

0,785×(55+44)×(55-44)×7,92=6,77 кг.0.785 × (55 + 44) × (55-44) × 7.92 = 6.77 kg.

Масса 1 см электрода из 12 прутков ⌀80 мм равна:The mass of 1 cm of an electrode of 12 rods ⌀80 mm is equal to:

0,785×8²×12×7,85=4,73 кг.0.785 × 8 ² × 12 × 7.85 = 4.73 kg.

На наплавление 1 см полого слитка потребуется:For deposition of 1 cm of a hollow ingot you will need:

6,77/4,73=1,43 см электрода.6.77 / 4.73 = 1.43 cm of the electrode.

Перемещение электрода при этом будет равноThe movement of the electrode will be equal to

1,43-1,0=0,43 см, т.к. расходуемый электрод и кристаллизатор двигаются навстречу друг другу.1.43-1.0 = 0.43 cm, because consumable electrode and mold move towards each other.

При Vопт.=1,64 см/мин 1 см полого слитка наплавляется за 1,0/1,64=0,6 мин и за это время расходуемый электрод должен переместиться на 0,43 см.At Vopt. = 1.64 cm / min, 1 cm of the hollow ingot is deposited in 1.0 / 1.64 = 0.6 min and during this time the consumable electrode should move by 0.43 cm.

Следовательно, скорость его перемещения должна быть равной:Therefore, the speed of its movement should be equal to:

Vрасч.р.э.=0,43/0,6=7,15 мм/мин.Vcalc. R.E. = 0.43 / 0.6 = 7.15 mm / min.

Режимы выплавки полого слитка представлены в карте режимов (см. фиг.2). Стартовые значения величины тока и напряжения на графике изображены условно плавно нарастающей кривой. Скорость нижней каретки в стартовом режиме условно показана ступенчатой, а в режиме выплавки изменение скорости условно показано для одного цикла. Скорость верхней каретки не показана, т.к. она осуществляется в автоматическом режиме в зависимости от измерения электрических параметров, обеспечивающих расчетную скорость перемещения расходуемого электрода в зависимости от электрического сопротивления шлака и величины заглубления расходуемого электрода, задаваемого расстоянием от его торца до уширенной зоны кристаллизатора (или до поддона). Ее скорость в автоматическом режиме определяется по зависимости величины рассогласования сигналов, поступающих на вход блока сравнения от задатчика и датчика тока. Эти зависимости прилагаются к паспортам электроприводов печи.Modes of smelting a hollow ingot are presented in the map of modes (see figure 2). Starting values of current and voltage on the graph depict a conditionally smoothly growing curve. The speed of the lower carriage in the start mode is conventionally shown as stepwise, and in the smelting mode, the change in speed is conventionally shown for one cycle. The speed of the upper carriage is not shown, because it is carried out in automatic mode, depending on the measurement of electrical parameters that provide the estimated speed of movement of the consumable electrode, depending on the electrical resistance of the slag and the depth of the consumable electrode, specified by the distance from its end to the broadened zone of the mold (or to the pan). Its speed in automatic mode is determined by the dependence of the size of the mismatch of the signals received at the input of the comparison unit from the master and current sensor. These dependencies are attached to the passports of the electric drives of the furnace.

Поясним режим движения нижней тележки с кристаллизатором и дорном для случая выбранной нами оптимальной расчетной скорости наплавления полого слитка, которая равна Vопт.=16,4 мм/мин.Let us explain the mode of movement of the lower carriage with a mold and a mandrel for the case of the optimal design speed of the deposition of the hollow ingot that we have chosen, which is Vopt. = 16.4 mm / min.

В этом случае скорость нижней тележки лежит в пределах 12,3-15,58 мм/мин и 24,6-41 мм/мин соответственно при уменьшении и увеличении относительно оптимальной расчетной скорости наплавления полого слитка. Примем средний вариант, что составляет соответственно 13,94 мм/мин и 32,8 мм/мин. Для удобства примем также условно, что высота зоны уширения равна 16,4 мм.In this case, the speed of the lower trolley lies between 12.3-15.58 mm / min and 24.6-41 mm / min, respectively, with a decrease and increase relative to the optimal design deposition rate of the hollow ingot. Let's take the middle version, which is 13.94 mm / min and 32.8 mm / min, respectively. For convenience, we also assume conditionally that the height of the broadening zone is 16.4 mm.

В этом случае при увеличении скорости тележки превышение относительно скорости наплавления слитка равняется 32,8/16,4=2.In this case, with an increase in the speed of the trolley, the excess relative to the rate of deposition of the ingot is 32.8 / 16.4 = 2.

Т.е. с момента увеличения скорости тележки приращение направляемого слитка увеличится за одну минуту на 16,4 мм и будет равно высоте уширенной зоны кристаллизатора с дорном, которые за это же время переместятся на 32,8 мм, и датчик уровня окажется выше зоны уширения на 16,4 мм, т.е. на эту величину он будет выше уровня поверхности металла.Those. from the moment the cart speed increases, the increment of the guided ingot will increase by 16.4 mm in one minute and will be equal to the height of the broadened zone of the mold with the mandrel, which will move 32.8 mm in the same time, and the level sensor will be 16.4 above the broadening zone mm i.e. by this value it will be higher than the surface of the metal.

С этого момента скорость перемещения тележки уменьшают до прежней величины, т.е. до скорости 13,94 мм/мин, при этом скорость перемещения тележки, т.е. кристаллизатора с дорном, отстает от скорости наплавления слитка на 2,46 мм/мин.From this moment, the speed of the cart is reduced to the previous value, i.e. up to a speed of 13.94 mm / min, while the speed of movement of the trolley, i.e. mold with mandrel, behind the ingot deposition rate by 2.46 mm / min.

При таком относительном перемещении через 16,4/2,46=6,6 мин поверхность металла совпадет с началом уширения кристаллизатора и датчик уровня подаст команду в блок управления на увеличение скорости кристаллизатора до 32,8 мм/мин.With this relative movement after 16.4 / 2.46 = 6.6 min, the metal surface will coincide with the beginning of the broadening of the mold and the level sensor will command the control unit to increase the mold speed to 32.8 mm / min.

Такой цикл изменения скорости перемещения катализатора будет повторяться до начала вывода усадочной раковины.Such a cycle of changing the rate of movement of the catalyst will be repeated until the start of the withdrawal of the shrink shell.

С этого момента ток уменьшают до 1-2 кА, и вводимой мощности уже недостаточно для его расплавления. В этот период при неподвижных расходуемом электроде и кристаллизаторе осуществляют обогрев слитка в течение 2,5-9,0 мин, т.е. 1,3÷1,8 от времени старта до выхода на расчетный режим, при этом обеспечивается качество головной части слитка с устранением шлаковых включений, рыхлот и пористости.From this moment, the current is reduced to 1-2 kA, and the input power is no longer enough to melt it. During this period, when the sacrificial electrode and the mold are stationary, the ingot is heated for 2.5–9.0 min, i.e. 1.3 ÷ 1.8 from the start time to reaching the design mode, while ensuring the quality of the head of the ingot with the elimination of slag inclusions, loosening and porosity.

Как уже было отмечено, способ позволяет выплавлять полый слиток с более высокой степенью надежности за счет устранения зажатия дорна закристаллизовавшимся металлом и обеспечением качества металла выплавляемого полого слитка.As already noted, the method allows the hollow ingot to be melted with a higher degree of reliability by eliminating the jamming of the mandrel by crystallized metal and ensuring the quality of the metal of the molten hollow ingot.

Claims

A method of electroslag hollow ingot smelting, which includes automatic control of the amount of current passed through a consumable electrode and a slag bath when the consumable electrode is counter-moved and made with a mold broadening zone with a mandrel coaxially fixed inside it, level metal surface level control, as well as shrinkage outlet when reducing the current to a value insufficient to melt the consumable electrode, characterized in that the mold with the mandrel is moved from At a speed of 0.75-0.95, the optimal calculated rate of deposition of the hollow ingot and when the surface level of the metal coincides with the beginning of the zone of broadening of the mold, its speed is increased to 1.5-2.0 the optimal calculated rate of deposition of the hollow ingot to ensure that the sensor exceeds the level above the metal surface within the range 1.0-2.0 of the height of the zone of broadening of the mold, after which the speed of the mold with the mandrel is reduced to the previous value and the mentioned cycle of motion is maintained until the start of the withdrawal of the shrink shell, while but they complete the movement of the crystallizer and the consumable electrode, and after 1.3-1.8 times for reaching the calculated smelting mode, they complete the smelting process and the consumable electrode and the mold with the mandrel are removed outside the slag bath.