RU2215959C2

RU2215959C2 - Technique of control over process of vacuum arc melting

Info

Publication number: RU2215959C2
Application number: RU2001116480A
Authority: RU
Inventors: П.С. Альтман; М.М. Тельминов; А.В. Войтенко; А.А. Филиппенков
Original assignee: ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: special electrical engineering. SUBSTANCE: invention cab find use for control over process of vacuum arc melting of high-reaction metals and alloys, for instance, titanium. In compliance with technique high-frequency oscillations are excited on resonance frequency of mould with consumable electrode employed as coaxial resonator, level of filling of mould with molten metal is estimated by change of frequency in process of melting, change of amplitude of high-frequency oscillations is used to make judgment on interelectrode space and drop closure. Varying high-frequency signal of self-excited oscillator is supplied to frequency meter and amplitude-detected voltage is fed into comparator for comparison with reference voltage. EFFECT: increased reliability of control over melting process. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области специальной электротехники и может быть использовано для контроля процесса вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов и сплавов, например титана. The invention relates to the field of special electrical engineering and can be used to control the process of vacuum arc melting of highly reactive metals and alloys, for example titanium.

Основным способом промышленного производства слитков высокореакционных металлов и сплавов является вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода, при котором возможно возникновение взрывоопасных ситуаций, связанных с попаданием воды в печь при прожоге кристаллизатора или электрододержателя. The main method of industrial production of ingots of highly reactive metals and alloys is a vacuum arc remelting of a consumable electrode, in which explosive situations associated with water entering the furnace during burning of the mold or electrode holder may occur.

Известен способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки, в котором о возникновении взрывоопасной ситуации судят по величине падения вакуума в печи сверх заданной величины при попадании воды в печь (Плавка и литье титановых сплавов. Отв. редактор В.И. Добаткин. М., "Металлургия", 1978, с.68). A known method of controlling the process of vacuum arc melting, in which the occurrence of an explosive situation is judged by the magnitude of the vacuum drop in the furnace in excess of a given value when water enters the furnace (Smelting and casting of titanium alloys. Responsible editor V.I. Dobatkin. M., "Metallurgy ", 1978, p. 68).

Недостатком известного способа является то, что он регистрирует уже возникшую взрывоопасносную ситуацию. The disadvantage of this method is that it registers an already arisen explosive situation.

Известны способы и устройства автоматического регулирования тока дуги по изменению напряжения источника питания из-за статически происходящих процессов в дуге. Это связано в основном с образованием катодных пятен, межэлектродных трактов и капель жидкого металла, стекающего с электрода (Изаксон-Демидов Ю.А. Автоматическое управление дуговыми вакуумными печами. - М.: Металлургия, 1966. Волохонский Л.А. Вакуумные дуговые печи. - М.: Энергоиздат. 1985, с.209-212). Known methods and devices for automatically controlling the arc current by changing the voltage of the power source due to statically occurring processes in the arc. This is mainly due to the formation of cathode spots, interelectrode paths, and drops of liquid metal flowing down from the electrode (Izakson-Demidov Yu.A. Automatic control of vacuum arc furnaces. - M.: Metallurgy, 1966. Volokhonsky LA Vacuum arc furnaces. - M.: Energoizdat. 1985, p.209-212).

Недостатком известных систем контроля является то, что ни одна из регулируемых величин не поддается непрерывному измерению, а длина дугового промежутка, геометрия и тип разряда контролируются по одинаковым параметрам, при этом каждый из выделенных объектов регулирования может вносить возмущение в "соседний" канал управления. Таким образом, известные способы контроля работы печей и регулирования режимов вакуумного дугового переплава являются недостаточными для обеспечения безопасности процесса и качества выплавляемого металла. A disadvantage of the known control systems is that none of the controlled quantities can be continuously measured, and the length of the arc gap, geometry and type of discharge are controlled by the same parameters, while each of the selected control objects can introduce disturbance into the "neighboring" control channel. Thus, the known methods for monitoring the operation of furnaces and regulating the modes of vacuum arc remelting are insufficient to ensure the safety of the process and the quality of the smelted metal.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения уровня металла в кристаллизаторе, в котором переменные высокочастотные колебания от генератора подают по коаксиальной линии на шрифт, расположенный в стенке кристаллизатора, амплитуду колебаний измеряют при помощи второго шрифта, расположенного в стенке, и блока измерения амплитуды; изменяя частоту колебаний, подаваемых с генератора, определяют частоту с максимальной амплитудой, измеряемой в блоке измерения амплитуды, затем по данной частоте определяют уровень заполнения кристаллизатора жидким металлом (Патент 29820, Болгария, кл. G 01 F 23/28, публ. 26.02.1981) - прототип. The closest in technical essence to the claimed invention is a method for determining the level of metal in the mold, in which variable high-frequency oscillations from the generator are fed along a coaxial line to a font located in the mold wall, the vibration amplitude is measured using a second font located in the wall, and a measurement unit amplitudes; changing the frequency of oscillations supplied from the generator, determine the frequency with the maximum amplitude measured in the amplitude measuring unit, then the fill level of the mold with liquid metal is determined from this frequency (Patent 29820, Bulgaria, CL G 01 F 23/28, publ. 02.26.1981 ) is a prototype.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная надежность контроля процесса плавки, вследствие чего не достигается требуемое качество выплавляемого металла. The disadvantage of the closest analogue is the insufficient reliability of the control of the melting process, as a result of which the required quality of the melted metal is not achieved.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение надежности контроля процесса плавки в вакуумной дуговой печи и обеспечение требуемого качества выплавляемого металла. The problem to which this invention is directed is to increase the reliability of the control of the melting process in a vacuum arc furnace and to ensure the required quality of the melted metal.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля процесса вакуумной дуговой плавки, включающем измерение и оценку частоты и амплитуды высокочастотных колебаний при использовании кристаллизатора в качестве коаксиального резонатора, при этом по собственной частоте резонатора определяют уровень металла, согласно изобретению измерение частоты и амплитуды производят в резонансной системе автогенератора, в качестве которой используют кристаллизатор как коаксиальный резонатор, причем по изменению амплитуды высокочастотных колебаний судят о частоте капельных замыканий. The problem is solved in that in a method for monitoring the process of vacuum arc melting, including measuring and evaluating the frequency and amplitude of high-frequency vibrations when using the mold as a coaxial resonator, the metal level is determined from the resonator’s natural frequency, according to the invention, the frequency and amplitude are measured in resonance self-oscillator system, which is used as a crystallizer as a coaxial resonator, and by changing the amplitude of the high-frequency rings REPRESENTATIONS judge the frequency of droplet short-circuits.

Конструкция вакуумной дуговой печи представляет собой высокочастотный коаксиальный резонатор. The design of the vacuum arc furnace is a high-frequency coaxial resonator.

Высокочастотный автогенератор, выполненный на основе коаксиального резонатора, является стабильным источником информации. При протекании процесса вакуумной дуговой плавки расходуемый электрод уменьшается по длине и уменьшается незаполненное пространство кристаллизатора, что приводит к повышению резонансной частоты автогенератора. A high-frequency oscillator based on a coaxial resonator is a stable source of information. During the process of vacuum arc melting, the consumable electrode decreases in length and the empty space of the mold decreases, which leads to an increase in the resonant frequency of the oscillator.

Капельное замыкание и изменение межэлектродного расстояния приводит к изменению волнового сопротивления резонатора и его добротности, что вызывает изменение высокочастотного напряжения на выходе автогенератора. A drop short circuit and a change in the interelectrode distance leads to a change in the wave impedance of the resonator and its Q factor, which causes a change in the high-frequency voltage at the output of the oscillator.

Сущность изобретения поясняется блок-схемой устройства, с помощью которого достигается реализация способа. The invention is illustrated by a block diagram of a device with which the implementation of the method is achieved.

1 - кристаллизатор,
2 - расходуемый электрод,
3 - излучатель,
4 - коаксиальный резонатор (печь),
5 - генератор,
6 - блок контроля величины межэлектродного расстояния,
7 - источник тока электрической дуги,
8 - элемент гальванической развязки (конденсатор).1 - mold
2 - consumable electrode,
3 - emitter
4 - coaxial resonator (furnace),
5 - generator
6 - control unit magnitude of the interelectrode distance,
7 - current source of an electric arc,
8 - element of galvanic isolation (capacitor).

Электронная схема автогенератора, образованного кристаллизатором 1 и генератором 5, через коаксиальный кабель и излучатель 3 подключена к коаксиальному резонатору 4, включающему в себя кристаллизатор 1 и расходуемый электрод 2. Резонатор 4 подключен к источнику 7 тока дуги. Излучатель 3 расположен в области пучности электрического поля резонатора 4 и включен в цепь обратной связи автогенератора. Генератор 5 подключен к блоку 6, на выходе которого контролируют величину межэлектродного расстояния как функцию частоты капельных замыканий. Генератор 5, кроме того, параллельно подключен к источнику 7 тока дуги через элемент гальванической развязки 8, например конденсатор. The electronic circuit of the oscillator formed by the crystallizer 1 and the generator 5 is connected through a coaxial cable and emitter 3 to a coaxial resonator 4, which includes a crystallizer 1 and a consumable electrode 2. The resonator 4 is connected to the arc current source 7. The emitter 3 is located in the antinode region of the electric field of the resonator 4 and is included in the feedback circuit of the oscillator. The generator 5 is connected to block 6, at the output of which the value of the interelectrode distance is controlled as a function of the frequency of the droplet short circuits. The generator 5, in addition, is connected in parallel to the arc current source 7 through a galvanic isolation element 8, for example, a capacitor.

Преимущества заявляемого изобретения по сравнению с известными заключаются в том, что повышается надежность контроля процесса плавки и достоверность сигнала о возникновении взрывоопасной ситуации работы печи за счет исключения ложных сигналов, а также обеспечивается устойчивость хода процесса плавки и получение качественного металла за счет исключения перерывов в плавке, связанных с ложными отключениями печи. The advantages of the claimed invention in comparison with the known ones are that the reliability of the control of the melting process and the reliability of the signal about the occurrence of an explosive situation of the furnace due to the elimination of false signals are increased, and the stability of the course of the melting process and the production of high-quality metal due to the exclusion of interruptions in melting are ensured, associated with false shutdowns of the furnace.

Claims

A method for monitoring the process of vacuum arc melting, including measuring and evaluating the frequency and amplitude of high-frequency oscillations when using a crystallizer as a coaxial resonator, and the metal level is determined from the resonator’s own frequency, characterized in that the frequency and amplitude are measured in the resonator system of the oscillator, as which uses a crystallizer as a coaxial resonator, and the frequency of the droplet closures is judged by a change in the amplitude of the high-frequency oscillations .