SU519479A1 - Способ дугового переплава - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к способам дуговой пла.вки металлов и сплавов на пере.менном токе с расходуемы.м электродо.м и может быть использовано в области металлургии черных и цветных металлов, особенно при переплаве тугоплавких металлов.

Известен способ злектродуговой плавки металлов и сплавов с расходуемым электродом, при котором электрическую дугу зажигают от источника Перемевного тока промышленной частоты между расходуемым электродом и затра вкой из Переплавл емого металла, установленной в водоохлаждаемом кристаллизаторе и, по мере расплавлени  расходуемого электрода, заполн ют кристаллизатор.

Однако оо такому юпособу распределение МОШ1НОСТИ между расплавл емым электродом и слитком практически не поддаетс  регулированию , вследствие чего невозможно получить существенный перегрев жидкого металла над температурой плавлени , кроме того, способ имеет низкую степень рафинировани  металла в процессе плавки из-за пизкой те.мпературы ванны жидкого металла и большой скорости плавлени . Это приводит к увеличению электрических затрат на единцу веса годного металла (в р де случаев .необходим двукратный или трехкратный перепла1В слитков), либо к ухудшению его каче-ства. Целью изобретени   вл етс  регулиро-вание распределени  мощности между расплавл емым электродом и ванной жидкого металла При неизменной мощности и повышение степени рафинировани  переплавл емого металла .

Достигаетс  это тем, что регулируют отношение амплитуды положительной полуволпы к амплитуде отрицательной полуволны тока дуги в пределах от 0,3 до 3.

Причем при -переплаве тугоплавких .металлов устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод - мипус ) к а.мплитуде отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) большим единицы и ведут плавку, сохран   выбранное отношение а.мплитуд посто нным, а при переплаве легкоплавких металлов устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод - минус) к а.мплитуде отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) меньши .м единицы и ведут плавку, сохран   выбранное отношение амплитуд посто нным.

Сущность изобретени  заключаетс  в изпользовании зависимости скорости плавлени  расходуемого электрода (т. е. распределени  мощности между расходуемым электродо.м и слитком практически всех металлов, расплавл емых электрической дугой) от потенциала напр жени , подаваемого на расплавл емый электрод. Известно, что скорость плавлени  тугоплавких металлов на посто нном токе при обратной пол рности (расплавл емый электрод имеет положительный потенциал) значительно выше ско|рости плавлени  на пр мой пол рности (на распла-вл емом электроде отрицательный потенциал). Отношение скорости плавлени  при обратной пол рности (электрод - плюс) посто нного тока к скорости плавлени  при пр мой пол рности в зависимости от давлени  IB ка- ю мере печи и величины тока может составл ть от 1,2 до 3 и более. В случае плавлени  вольфрама при давлени х в камере печи выше 4 мм рт. ст. это отношение равно -бесконечности , т. е. когда к расходуемому электроду под- is соединен отрицательный цолюс источника тока , то электрод вообще «е плавитс . В случае же плавлени  легкоплавких металлов , таких как алюминии или сталь, наолюдаетс  о братна  картина - на пр мой пол р- 20 ности расходуемый электрод плавитс  быстрее , чем на обратной пол рности, причем отношение скоростей плавлени  составл ет величину , близкую к 2. Подобные закономерности плавлени  ме- 25 таллов св заны с термоэлектрическим  влением (эффектом Пельтье), имеюпдим место в электрической цепи с дугой. Теплота Пельтье, выдел ема  на аноде и поглош,аема  на катоде, составл ет значение 30 Qn ccn-/-7, где ап - коэффициент термоэлектродвижупхей силы плазмы; / - ток дуги. Т - температура плазмы. При этом температура плазмы дуги составл ет величину, равную 500,0-,10000°К В зависимости от дав- 35 лени  в камере печи и тока. При токе дуги, равном 3000 а, IB случае плавлени  вольфрама при общей МОЩНОСТИ дуги 90 квт, теплота Пельтье составл ет величину, равную 30% от мощности дуги. Таким образом, разница в скорост х плавлени  расходуемого электрода, подключенного к разным полюсам источника посто нного тока , св зана с перераспределением мощности между расплавл емым электродом и слитком 45 благодар  эффекту Пельтье. В случае плавлени  легкоплавких металлов знак термо-Э.Д.С. нлазмы дуги будет иметь отрицательную величину (благодар  ионному току), т. е. теплота Пельтье будет выдел тьс  50 на катоде. При плавлении металлов дугой переменного тока скорость плавлени  расходуемого электрода , как правило, равна средней величине между скорост ми плавлени  на посто нном 55 токе пр мой и обратной пол рности. За врем  протекани  отрицательной полуволны тока (электрод - плюс) теплота Пельтье выдел етс  на электроде и скорость плавлени  за этот полупериод соответствует скорости плав- 60 лени  «а посто нном токе обратной пол рности , а за врем  протекани  -через дугу положительной полуволны тока (электрод-минус ) скорость плавлени  за этот полупериод соответствует скорости плавлени  на посто н- 65 40 ком токе пр мой пол рности. Поскольку амп .1итуды первых гармоник полуволн тока одинаковы , то и .средн   скорость плавлени  за весь период средней величине между скорост ми шлавлени  на посто нном токе пр мой и обратной пол рности. Если амплитуды полуволн тока будут отличатьс , то и скорость плавлени  изменитьс , так если амплитуда положительной полуволны тока будет выше, чем отрицательной, то скорость плавлени  электрода будет ниже, чем скорость плавлени  при равных амплитудах тока, а ванна жидкого металла будет иметь более высокую температуру, так как теплота Пельтье, выдел ема  на аноде - кристаллизаторе, будет выше. Это ускорит нротекание рафинироночных процессов и их эффективность, т. е. улучшит качество выплавл емого металла. Дл  любого металла или сплава, .вьшлавл емого в дуговой печи, можно подобрать онтимальное .соотношение между амплитудами Обеих полуволн переменного тока, при котором будет получен металл требуемого качества и приемлема  производительность плавильного агрегата. На чертеже приведена схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа. Схема представл ет собой источник питани , состо щий из силового трансформатора 1, вторична  обмотка которого выполнена со средней точкой и отводами 2 и 3. При этом полуобмотки вторичной обмотки силового трансформатора соединены встречно. Отводы 2 через переключающий элемент 4 подсоединоны к полупроводниковому диоду 5, катоа, которого через дроссель 6 подсоединен к нагрузке 7 (электроду), второй вывод -которой (кристаллизатор) соединен со средней точкой полуоб.моток трансформатора. Отводы 3 через переключающий элемент 8 подсоединены к катоду управл ющего диода 9, анод которого соединен с катодом диада 5 и дросселем 6. Управл ющий электрод диода 9 подсоединен к цепочке RC, образованной резистором 10, диодом 11 и емкостью 12. Параллельно емкости 12 подсоединено сопротивление 13, которое служит дл  разр дки конденсатора во врем  положительной нолуволны напр жени , которую «е пропускает диод 11. Формирование управл ющего импульса может быть осуществлено также от вторичной обмотки импульсного трансформатора (пиктра1нсформатора ) с посто нным подмагничиванием , первична  обмотка которого может быть запитана от первичной Обмотки силового трансформатора или от вторичной полуобмотки . Схема работает следующим образом. B зависимости от необходимого режима работы источника: режима генерации посто нной составл ющей пр мой пол рности, режима работы печи с посто нной составл ющей Обратной пол рности или режима генерации тока и напр жени  с равными амплитудами положительной и отрицательной полуволн, соответствующие отводы вторичных полуобмоток силового трансформатора ic помощью переключающих элементов соедин ют с анодом диода 5 и катодом управл емого диода 9. Далее подают напр жение промышленной или повышенной частоты на первичную обмотку силового трансформатора и зажигают электрическую дугу .путем замыкани  электрода с затра-вкой кристаллизатора или с помощью осцилл тора . При этом электродвижуща  сила верхней полуобмотки Вторичной обмотки силового трансформатора в положительный лолупериод (плюс «а отводах) замыкаетс  через диод 5, переключающий элемент 4, дроссель 6 и нагрузку 7 па среднюю точку трансформатора. В этот момент через управл емый диод 9 ток «е проходит, так как на управл ющий электрод не поступает управл ющий импульс. Р отрицательном полупериоде Э.Д.С. нижнеполуобмотки замыкаетс  через нагрузку, дроссель , управл емый диод и переключающий элемент 8 па отводы 3, так как в момент формировани  отрицательной полуволны на управл ющий электрод диода 9 поступает ооложительпый импульс напр жени . В отрицательном полупериоде емкость 12 зар жаетс  чорез резистор 10 и диод iil.

Скорость зар дки емкости определ етс  посто нной времени С зар дного контура и может регулироватьс  изменением с сонротивлением резистора 10. Запирание (тиристора ) управл емого диода осуществл етс  по силовой цепи за счет уменьшени  тока через тиристор до пороговой величины. Так как при такой схеме через нагрузку ток проходит в разных направлени х в течение каждого из двух полупериодов, по величина тока в каждый из периодов будет различной, то такое регулирование отношени  амплитуд пр мой и обратной полуволн тока и напр жени  дуги эквивалентно регулированию посто нной составл ющей тока и напр жени  в дуге. Дл  того, чтобы амплитуда отрицательной полуволны тока дуги была больше амплитуды положительной полуволны, элементы 4, 8 должны быть переключены на противоположные положени . Это может быть сделано под нагрузкой с помощью, например, полупроводникового переключающего элемента. Ко1ггроль направлени  посто нной составл ющей проводитс  с помощью вольтметра.

Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом. При плавлении сплавов, например молибден-иттрий, плавку ведут, регулиру  отношение амплитуд пр мой к обратной полуволне тока (в процессе плавки) от i до

0,5, что способствует устойчивому горению дуги в начальный нериод и увеличению нроизводительности (скорости) плавки в конце периода плавки, т. е. уменьшению потерь металла на испарение. При плавлении тугоплавких металлов (вольфрам, молибден и др.) увеличивают отношение амплитуды пр мой полуволны (электрод - минус) к амплитуде обратной полуволны в пределах от 1,3 до 3 и

ьедут плавку, сохран   выбранное соотношение амплитуд посто нным. При плавлении легкоплавких металлов уменьшают отношение амплитуды пр мой полуволны тока дуги к амплитуде обратной полуволны в пределах

от 0,3 до 0,7 и ведут плавку при выбранном соотношении амплитуд, т. е. искусственно генерируют посто нную составл ющую тока дуги, направленную от кристаллизатора к электроду (электрод - плюс).

Таким образом, генерирование посто нной составл ющей тока дуги при плавке металлов позвол ет регулировать скорость плавки расходуемого электрода без изменени  общей мощности дуги, т. е. перераспредел ть мощность дуги между расходуемым электродом и ванной жидкого металла.

Форм у л а изобретени 

Claims (3)

1- Способ дугового перенлава расходуемого электрода в кристаллизатор, отличающийс  тем, что, iC целью регулировани  распределени  мощности между расходуемым электродом и ванной жидкого металла и повышени  качества металла, регулируют отноП1ением амплитуды по.тожительной полуволны к амплитуде отрицательной полуволны тока дуги в пределах 0,3-3.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  степени рафинировани  выплавл емых тугоплавких металлов, устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод - минус ) к амплитуде отрицательной пол}волны

тока (электрод - плюс) большим единпцы и ведут плавку, сохран   выбранное отношение амплитуд посто нным.

3.Способ но п. 1, о т л п ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  степени рафинироваНИИ легкоплавких металлов, устанавливают отношение амплитуды положительной полуволны тока (электрод - минус) к амплитуде отрицательной полуво.тны тока (электрод - плюс) меньшим единицы и ведут плавку, сохран   выбранное отношение амплитуд посто нным .

2. 4