RU2090636C1

RU2090636C1 - Consumable electrode melting rate controller used at electroslag remelting

Info

Publication number: RU2090636C1
Application number: RU96107622A
Authority: RU
Inventors: В.И. Чуманов; В.Е. Рощин; И.В. Чуманов; С.А. Решетников
Original assignee: Челябинский государственный технический университет
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: electrometallurgy, in particular, special processes of electric melting. SUBSTANCE: rotation of the electrode feed motor is transmitted to a tacho generator, which generates a voltage, a rheostat adjusts the preset voltage. The difference between the generator voltage and the preset voltage is applied to a set-point device, and then - to a gain system. The amplified signal is applied to a thyristor converter producing direct current across its output terminals. Voltage from the converter terminals is applied to the armature of the consumable electrode feed motor. Variation of the electrode rotational speed causes variation of its melting rate. EFFECT: constant melting rate of consumable electrode at electroslag remelting. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности к специальным процессам электроплавки. Известно устройство регулирования скорости переплава расходуемых электродов за счет изменения подводимой мощности к шлаковой ванне, что осуществляется переключением ступеней напряжения печного трансформатора. Чем больше речной трансформатор имеет ступеней переключения напряжения и чем меньше их дискретность, тем плавнее можно регулировать скорость плавления расходуемого электрода [Патон Б.Е. Медовар Б.И. Электрошлаковые печ. Киев. Наукова думка, 1976. с. 144] Недостатки данного устройства: ступенчатость изменения скорости переплава электродов ЭШП; неоднородность кристаллической структуры наплавляемого слитка; неоднородность состава наплавляемого слитка; уменьшение коэффициента мощности печи; дороговизна оборудования. The invention relates to the field of electrometallurgy, in particular to special processes of electric melting. A device is known for controlling the rate of remelting of consumable electrodes by changing the input power to the slag bath, which is achieved by switching the voltage levels of the furnace transformer. The more the river transformer has voltage switching steps and the smaller their discreteness, the smoother it is possible to adjust the melting rate of the consumable electrode [Paton B.E. Medovar B.I. Electroslag furnaces. Kiev. Naukova Dumka, 1976.p. 144] The disadvantages of this device: the stepwise change in the speed of remelting electrodes of ESR; heterogeneity of the crystal structure of the deposited ingot; heterogeneity of the composition of the deposited ingot; reduction of the power factor of the furnace; high cost of equipment.

Известно устройство регулирования скорости переплава расходуемых электродов типа БЭЭР. Быстродействующий электронный регулятор перемещения расходуемого электрода позволяет изменять скорость подачи электрода, что приводит к изменению сопротивления шлаковой ванны, а следовательно, и к изменению скорости плавления электрода ЭШП. Данное устройство содержит измерительный элемент и электронный блок. На вход измерительного элемента поступает снимаемое с сопротивления нагрузки напряжение, которое пропорционально току печи, и опорное напряжение, которое пропорционально току печи, и опорное напряжение. После выпрямления и сравнения разность напряжений подается на вход электронного блока. Выходной сигнал электронного блока обусловливает скорость вращения двигателя перемещения электрода Там же. с. 158 159. A device for controlling the rate of remelting of consumable electrodes of the BEER type is known. A high-speed electronic regulator for the movement of the sacrificial electrode allows you to change the feed rate of the electrode, which leads to a change in the resistance of the slag bath, and therefore to a change in the melting rate of the ESR electrode. This device contains a measuring element and an electronic unit. The voltage that is removed from the load resistance is supplied to the input of the measuring element, which is proportional to the current of the furnace, and the reference voltage, which is proportional to the current of the furnace, and the reference voltage. After rectification and comparison, the voltage difference is fed to the input of the electronic unit. The output signal of the electronic unit determines the speed of rotation of the motor moving the electrode there. from. 158 159.

Недостатки данного устройства: зона нечувствительности составляет 3% неоднородность состава и кристаллической структуры наплавляемого слитка; низкая надежность; сложность конструкции. The disadvantages of this device: deadband is 3% heterogeneity of the composition and crystalline structure of the deposited ingot; low reliability; design complexity.

В качестве ближайшего аналога выбрана система автоматического программного управления током однофазной печи ЭШП (типа Р-951). Напряжение, пропорциональное току печи, снимается с сопротивления R1 и после выпрямления и сглаживания поступает на другое сопротивление R2. Падение напряжения на этом сопротивлении суммируется на сопротивлении R3 с опорным падением напряжения от стабилизированного источника. Усиленная разность входных сигналов подается на предварительный усилитель и усилитель мощности, нагрузкой которого являются обмотки электромашинного усилителя. При отклонении тока печи от заданного напряжение на выходе ЭМУ изменяется, причем полярность его зависит от знака рассогласования. При равенстве тока печи заданному схема балансируется, через обмотки управления ЭМУ протекают равные токи, но противоположные по направлению, на якоре двигателя перемещения электрода отсутствует напряжение, электрод неподвижен. Так как происходит непрерывное оплавление электрода, баланс усилителя нарушается, на якоре двигателя есть напряжение и двигатель перемещает электрод, поддерживая ток установки ЭШП с заданной точностью. Изменение программы регулятора по току производится реверсивным двигателем программного устройства, который перемещает движок потенциометра, меняя тем самым установку регулятора Там же. с. 159 160. As the closest analogue, a system of automatic programmed current control of a single-phase ESR furnace (type R-951) was chosen. A voltage proportional to the current of the furnace is removed from the resistance R1 and, after rectification and smoothing, is supplied to another resistance R2. The voltage drop at this resistance is summed up at the resistance R3 with the reference voltage drop from a stabilized source. The amplified difference of the input signals is fed to the pre-amplifier and power amplifier, the load of which is the windings of the electric machine amplifier. When the furnace current deviates from the set voltage, the voltage at the output of the EMU changes, and its polarity depends on the sign of the mismatch. If the furnace current is equal to the given one, the circuit is balanced, equal currents flow through the control windings of the EMU, but opposite in direction, there is no voltage at the armature of the electrode moving motor, the electrode is stationary. Since the electrode is continuously melted, the balance of the amplifier is disturbed, there is voltage at the motor armature and the motor moves the electrode, maintaining the current of the ESR installation with a given accuracy. Changing the current controller program is carried out by the reversing motor of the software device, which moves the potentiometer engine, thereby changing the controller setting There. from. 159,160.

Недостатки данного устройства: неоднородность состава, кристаллической структуры наплавляемого слитка; изменение формы и размера металлической и шлаковой ванны из-за непостоянства скорости плавления расходуемого электрода в процессе электрошлакового переплава. The disadvantages of this device: the heterogeneity of the composition, crystalline structure of the deposited ingot; a change in the shape and size of the metal and slag bath due to the inconsistency in the melting rate of the consumable electrode during electroslag remelting.

Задачей данного изобретения является обеспечение заданной постоянной скорости плавления расходуемого электрода при электрошлаковом переплаве. The objective of the invention is to provide a given constant melting rate of the consumable electrode during electroslag remelting.

Это достигается тем, что устройство содержит программный задачтик, систему усиления, механизм перемещения электрода, а дополнительно - тахогенератор, связанный с двигателем перемещения электрода, реостат, связанный с тахогенератором и задатчиком, тиристорный преобразователь, связанный с системой усиления, и механизм вращения электрода. This is achieved by the fact that the device contains a software task, an amplification system, an electrode moving mechanism, and additionally a tachogenerator associated with an electrode moving engine, a rheostat associated with a tachogenerator and a master, a thyristor converter connected with an amplification system, and an electrode rotation mechanism.

Наличие реостата позволяет устанавливать задающие напряжение в начале переплава. Наличие тахогенератора обеспечивает точное и равномерное изменение напряжения управления. Введение тиристорного преобразователя позволяет подавать на якорь двигателя, вращающего расходуемый электрод, постоянный ток. Механизм вращения расходуемого электрода обеспечивает регулирование скорости плавления электрода за счет изменения скорости его вращения. The presence of a rheostat allows you to set the set voltage at the beginning of remelting. The presence of a tachogenerator provides an accurate and uniform change in control voltage. The introduction of a thyristor converter makes it possible to supply direct current to the armature of a motor rotating a consumable electrode. The rotation mechanism of the consumable electrode provides regulation of the melting rate of the electrode by changing the speed of its rotation.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена блок-схема устройства. Устройство содержит: тахогенератор 1, связанный с ротором механизма перемещения электрода; реостат 2 для установки заданного напряжения; задатчик 3, связанный с тахогенератором 1, реостатом 2 и системой усиления 4, связанный с задатчиком 3 и тиристорным преобразователем 5, который связан с ротором механизма вращения 6 электрода. Механизм перемещения расходуемого электрода на чертеже не показан. The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device. The device comprises: a tachogenerator 1, connected with the rotor of the mechanism for moving the electrode; rheostat 2 for setting a given voltage; a master 3 connected to a tachogenerator 1, a rheostat 2 and a gain system 4, connected to a master 3 and a thyristor converter 5, which is connected to the rotor of the electrode rotation mechanism 6. The mechanism for moving the consumable electrode is not shown in the drawing.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В ходе электрошлакового переплава электрод укорачивается, разогревается, падает его активное и реактивное сопротивление. Длина наплавляемого слитка увеличивается, что приводит к увеличению сопротивления слитка. Ванна жидкого шлака разогревается, а количество оплавляемого в единицу времени металла возрастает. Для сохранения постоянного сопротивления на зажимах печи скорость подачи электрода в шлаковую ванну увеличивается, вращение от двигателя, опускающего или поднимающего электрод, передается тахогенератору 1, который в случае увеличения скорости вращения ротора выделяет большее напряжение. В начале плавки реостатом 2 устанавливается задающее напряжение, которое может быть умышленно изменено и установлено на уровне, необходимом для того, чтобы в начальный период плавки задающее напряжение превосходило по модулю напряжение тахогенератора. Разница между напряжением тахогенератора и заданным напряжением будет напряжением управления. Напряжение управления устанавливается на таком уровне, чтобы устройство обеспечивало такую скорость вращения электрода, при которой скорость его плавления будет максимальной при установившемся режиме плавки. Задатчик 3 принимает сигнал, выраженный величиной напряжения управления, усиливает его и направляет к системе усиления 4. Система усиления преобразует полученные от задатчика сигналы в импульсы, усиливает их и направляет в тиристорный преобразователь 5. Тиристорный преобразователь питается переменным трехфазным током. Импульсы, поступающие в систему усиления, открывают или закрывают эти тиристоры. Таким образом на выходящих из тиристора клеммах образуется постоянный ток. Напряжение с клемм преобразователя подается на якорь двигателя 6, вращающего расходуемый электрод. В ходе плавки напряжение на якоре постоянно меняется, поэтому обмотка возбуждения ротора двигателя вращения электрода выполнена независимой, что позволяет в случае уменьшения напряжения якоря уменьшить скорость вращения ротора, тем самым уменьшить скорость плавления расходуемого электрода. During electroslag remelting, the electrode is shortened, warmed up, its active and reactive resistance drops. The length of the deposited ingot increases, which leads to an increase in the resistance of the ingot. The liquid slag bath is heated, and the amount of metal melted per unit time increases. To maintain constant resistance at the furnace clamps, the electrode feed rate to the slag bath is increased, rotation from the engine lowering or raising the electrode is transmitted to the tachogenerator 1, which releases a higher voltage if the rotor speed increases. At the beginning of melting, the setting voltage is set by rheostat 2, which can be deliberately changed and set at the level necessary so that in the initial period of melting, the setting voltage exceeds in absolute value the voltage of the tachogenerator. The difference between the tachogenerator voltage and the set voltage will be the control voltage. The control voltage is set at such a level that the device provides such a speed of rotation of the electrode at which its melting speed will be maximum when the melting mode is established. The master 3 receives the signal, expressed by the magnitude of the control voltage, amplifies it and sends it to the amplification system 4. The amplification system converts the signals received from the master into pulses, amplifies them and sends them to the thyristor converter 5. The thyristor converter is powered by an alternating three-phase current. The pulses entering the amplification system open or close these thyristors. Thus, direct current is generated at the terminals emerging from the thyristor. The voltage from the terminals of the converter is supplied to the armature of the motor 6, which rotates the consumable electrode. During melting, the voltage at the armature constantly changes, therefore, the excitation winding of the rotor of the electrode rotation motor is independent, which makes it possible to reduce the speed of rotation of the rotor in the case of decreasing armature voltage, thereby reducing the melting rate of the consumable electrode.

Пример конкретного осуществления. An example of a specific implementation.

Для опытного переплава были выбраны стали 12Х18Н10Т и 12Х2Н4А. Переплав велся при неизменных электрических параметрах (I=1,8 A; U=3,8 B). В процессе переплава скорость вращения на протяжении плавки за счет устройства изменялась от 110 до 50 об/мин. Проведенные плавки позволили получить удовлетворительные результаты, а именно постоянную скорость переплава. Изучение качества полученного металла показало, что обеспечивается большая химическая однородность как по высоте, так и по сечению слитка, без макродефектов. Так при переплаве стали 12Х18Н10Т диаметр электрода 7 мм, кристаллизатора 15 мм под флюсом АНФ-6 наблюдается значительный угар титана, однако обеспечивается равномерное содержание титана по высоте слитка, которое колеблется в пределах 0,21 0,27% при исходном содержании 0,70% При переплаве стали 12Х2Н4А наблюдалось равномерное распределение по высоте и сечению слитка хрома, углерода, марганца, что обусловлено постоянством выделяемой мощности не за счет изменения электрических характеристик, а за счет фактора изменения скорости вращения расходуемого электрода. For experimental remelting, 12Kh18N10T and 12Kh2N4A steels were selected. Remelting was carried out at constant electrical parameters (I = 1.8 A; U = 3.8 V). During the remelting process, the rotation speed during melting due to the device varied from 110 to 50 rpm. The conducted melting allowed to obtain satisfactory results, namely a constant remelting rate. A study of the quality of the obtained metal showed that greater chemical uniformity is ensured both in height and in cross-section of the ingot, without macrodefects. So when remelting steel 12Kh18N10T, the diameter of the electrode is 7 mm, the mold 15 mm under the ANF-6 flux, significant titanium fumes are observed, however, a uniform titanium content is ensured along the height of the ingot, which varies within 0.21 0.27% at the initial content of 0.70% When steel 12Kh2N4A was remelted, a uniform distribution was observed over the height and cross-section of the ingot of chromium, carbon, manganese, which is due to the constancy of the released power not due to a change in electrical characteristics, but due to a factor in the change in the speed of rotation of the spent electrode.

Характерной особенностью макроструктуры. является большая параллельность главных осей дендритов относительно оси слитка. Наблюдается более высокая производительность процесса. A characteristic feature of the macrostructure. is a large parallelism of the main axes of the dendrites relative to the axis of the ingot. There is a higher productivity of the process.

Промышленная применимость. Industrial applicability.

Предлагаемое изобретение целесообразно использовать на больших печах ЭШП, где имеются многоступенчатые регуляторы тока и ярко выражена дискретность, имеются большие тепловые потери. The present invention is advisable to use on large ESR furnaces, where there are multi-stage current regulators and pronounced discreteness, there are large heat losses.

Claims

A device for controlling the melting rate of a sacrificial electrode during electroslag remelting, containing a program controller, an amplification system, a mechanism for vertical movement of the electrode, a voltage source, characterized in that it is equipped with a rheostat, tachogenerator, thyristor converter, electrode rotation mechanism, and a hidden tachogenerator mounted on a vertical electrode movement mechanism and connected to the movable contact of the rheostat and the first input of the software setter, the rheostat is connected by its own izhnymi contact with the poles of the voltage source, one pole of the voltage source is connected to the second input of the setpoint software, which exit through amplification system is coupled to a control input of the thyristor converter, the outputs of which are connected to the electrode rotation mechanism.