RU2218433C1 - Method of monitoring vacuum arc melting process - Google Patents
Method of monitoring vacuum arc melting process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2218433C1 RU2218433C1 RU2002119050A RU2002119050A RU2218433C1 RU 2218433 C1 RU2218433 C1 RU 2218433C1 RU 2002119050 A RU2002119050 A RU 2002119050A RU 2002119050 A RU2002119050 A RU 2002119050A RU 2218433 C1 RU2218433 C1 RU 2218433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- rate
- area
- change
- electrode
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 238000010314 arc-melting process Methods 0.000 title abstract 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 16
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 16
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 10
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003818 cinder Substances 0.000 description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102100031606 Docking protein 4 Human genes 0.000 description 1
- 101000845690 Homo sapiens Docking protein 4 Proteins 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для контроля процесса вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов и сплавов, например титановых. The invention relates to the field of electrometallurgy and can be used to control the process of vacuum arc melting of highly reactive metals and alloys, such as 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 печи 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 the ingress of water into the furnace during burning of the mold of the furnace or electrode holder are possible.
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 (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Отв. ред. В.И. Добаткин. -М.: Металлургия, 1978, с.68) - прототип. 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 over a predetermined value when water enters the furnace (Titanium alloys. Melting and casting of titanium alloys. Ed. By V.I. Dobatkin. - M .: Metallurgy, 1978, p. 68) - prototype.
Недостатком указанного способа является то, что он регистрирует уже возникшую взрывоопасную ситуацию. The disadvantage of this method is that it registers an already arisen explosive situation.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является определение момента возникновения аварийной ситуации, в частности, из-за сплавления электрододержателя или перекоса расходуемого электрода. The problem to which this invention is directed is to determine the moment of an emergency, in particular, due to fusion of the electrode holder or distortion of the consumable electrode.
Поставленная задача решается тем, что в способе контроля вакуумной дуговой плавки путем измерения действующего значения технологического параметра и сравнения его с пороговым значением согласно изобретению в процессе плавки регистрируют изображение участка ванны жидкого металла, измеряют скорость изменения площади этого изображения и при отклонении измеряемой скорости от порогового значения фиксируют возникновение аварийной ситуации, причем регистрацию изображения участка ванны проводят в области спектра, свободной от излучения плазмы дуги, например в инфракрасной области, а при измерении скорости изменения площади изображения используют изображение одной четвертой части площади ванны жидкого металла. The problem is solved in that in a method for monitoring vacuum arc melting by measuring the effective value of a process parameter and comparing it with a threshold value according to the invention, an image of a molten metal bath is recorded during the melting process, the rate of change of the area of this image is measured, and when the measured speed deviates from the threshold value record the occurrence of an emergency, and registration of the image of the bath section is carried out in the spectral region free of radiation arc plasma, for example in the infrared region, and when measuring the rate of change of the image area, an image of one fourth of the area of the liquid metal bath is used.
Отличительной особенностью предлагаемого способа контроля является то, что в процессе плавки при использовании для наблюдения неподвижной оптической системы вследствие повышения уровня наплавляемого металла и приближения поверхности ванны жидкого металла к точке наблюдения устанавливается определенная скорость изменения площади изображения участка жидкометаллической ванны. В момент окончания сплавления электрода происходит скачкообразное увеличение скорости изменения площади изображения, что связано с резким увеличением площади наблюдения ванны из-за того, что огарок имеет меньший, чем расходуемый электрод, диаметр. Дальнейшая плавка ведет к сплавлению огарка, т.е. возникновению аварийной ситуации. Прекращением плавки в момент скачкообразного увеличения скорости изменения площади изображения предотвращают возникновение аварийной ситуации. A distinctive feature of the proposed control method is that during the melting process when using a fixed optical system for observation, due to the increase in the level of the deposited metal and the surface approach of the liquid metal bath to the observation point, a certain rate of change in the image area of the liquid metal bath is established. At the time of fusion of the electrode, an abrupt increase in the rate of change of the image area occurs, which is associated with a sharp increase in the observation area of the bath due to the fact that the cinder has a smaller diameter than the consumable electrode. Further melting leads to fusion of the cinder, i.e. emergency situation. By stopping the melting at the moment of an abrupt increase in the rate of change in the image area, an emergency situation is prevented.
Если в процессе плавки происходит перекос электрода, например по причине его надлома, регистрируемая скорость изменения площади изображения участка ванны также скачкообразно увеличивается или уменьшается по сравнению с пороговым значением в зависимости от направления смещения электрода по отношению к регистрируемому изображению участка ванны. Дальнейшее ведение плавки приводит к прожогу кристаллизатора, т.е. к возникновению взрывоопасной ситуации. Прекращение плавки в момент скачкообразного изменения скорости предотвращает возникновение аварийной ситуации. If the electrode skews during the melting process, for example, because of a break, the recorded rate of change in the image area of the bath section also increases or decreases stepwise in comparison with the threshold value depending on the direction of the electrode displacement relative to the recorded image of the bath section. Further melting leads to burn-through of the mold, i.e. to an explosive situation. Stopping the heat at the moment of a sudden change in speed prevents an emergency.
Пороговое значение скорости изменения площади изображения может быть рассчитано аналитически по известным геометрическим соотношениям для каждой конкретной оптической системы или может быть определено экспериментально для конкретной плавки. The threshold value of the rate of change of the image area can be calculated analytically from known geometric relationships for each specific optical system or can be determined experimentally for a particular melting.
Для исключения ложных сигналов об изменении контролируемого параметра, которые могут возникнуть при кратковременных выходах плазмы дуги из-под электрода в кольцевой зазор, изображение участка ванны регистрируют в области спектра, свободной от излучения плазмы, например в инфракрасной области. To eliminate false signals about a change in the controlled parameter that can occur during short-term arc plasma exits from under the electrode into the annular gap, the image of the bath section is recorded in the spectral region free of plasma radiation, for example, in the infrared region.
Область спектра, свободная от излучения дуги, определялась экспериментально посредством спектографа СТЭ-1. Полученные спектры показали абсолютное преобладание сплошного излучения ванны расплавленного металла над линейчатым излучением дуги в инфракрасной области, что находится в полном согласии с законом Вина, т.к. Тср.ванны~2000 К, а Тср.дуги ~20000 К.The region of the spectrum free from arc radiation was determined experimentally by means of a STE-1 spectrograph. The obtained spectra showed the absolute predominance of continuous radiation of a bath of molten metal over the line radiation of an arc in the infrared region, which is in full agreement with Wien's law, because T av. Baths ~ 2000 K, and T av. Arcs ~ 20000 K.
В предлагаемом способе контроля при измерении скорости изменения площади изображения используют изображение одной четвертой части площади ванны жидкого металла, видимой в кольцевой зазор. Это обеспечивает однозначную регистрацию перекоса электрода в любом направлении. При регистрации изображения участка площадью менее одной четвертой части не представляется возможным регистрировать перекос в неконтролируемой зоне. Увеличение регистрируемой площади изображения более одной четвертой части ванны нерационально из-за усложнения оптической части системы контроля. In the proposed control method, when measuring the rate of change of the image area, an image of one fourth of the area of the liquid metal bath, visible in the annular gap, is used. This provides an unambiguous registration of the skew of the electrode in any direction. When registering an image of a site with an area of less than one fourth, it is not possible to register a skew in an uncontrolled area. An increase in the recorded image area of more than one fourth of the bath is irrational due to the complexity of the optical part of the control system.
Использование в качестве контролируемого параметра скорости изменения площади изображения обеспечивает обнаружение момента окончания сплавления электрода и момента возникновения аварийного перекоса электрода во всех случаях, независимо от размеров применяемого при плавке литейного инструмента, производительности печи и режима горения дуги. The use of the rate of change in the image area as a controlled parameter provides the detection of the moment of termination of fusion of the electrode and the moment of occurrence of an emergency skew of the electrode in all cases, regardless of the size of the casting tool used in melting, furnace productivity and arc burning mode.
Предлагаемый способ контроля реализуется посредством устройства, блок-схема которого приведена на чертеже. The proposed control method is implemented by means of a device, a block diagram of which is shown in the drawing.
Устройство содержит инфракрасный светофильтр 1, микрообъектив 2, фотоэлектронный приемник 3 изображения, блок 4 измерения скорости изменения площади изображения участка ванны жидкого металла, блок 5 сравнения и формирования команд. The device comprises an infrared light filter 1, a micro lens 2, a photoelectronic image receiver 3, a unit 4 for measuring the rate of change of the image area of a liquid metal bath section, a unit 5 for comparing and generating commands.
Излучение жидкого металла, пройдя инфракрасный светофильтр 1 и микрообъектив 2, дает изображение участка ванны жидкого металла на фотоэлектронном приемнике 3. Сигнал от фотоэлектронного приемника 3 поступает в блок 4 измерения скорости изменения площади изображения. Сигнал от блока 4, несущий информацию о величине скорости изменения площади, подается в блок 5, где происходит сравнение измеренной величины контролируемого параметра с пороговым значением и формируются команды, воздействующие на режим плавки. Radiation of a liquid metal, passing through an infrared filter 1 and a micro lens 2, gives an image of a portion of a bath of liquid metal on a photoelectronic receiver 3. The signal from the photoelectronic receiver 3 enters the unit 4 for measuring the rate of change of the image area. The signal from block 4, carrying information about the value of the rate of change of area, is fed to block 5, where the measured value of the controlled parameter is compared with a threshold value and commands are generated that affect the melting mode.
Примеры конкретного выполнения. Examples of specific performance.
Пример 1. Проводили плавку титанового сплава Вт3-1 в вакуумной дуговой электропечи 6ДТВ10-Г10 с применением устройства, блок-схема которого показана на чертеже. Example 1. The titanium alloy W3-1 was melted in a 6DTV10-G10 vacuum arc furnace using a device whose block diagram is shown in the drawing.
В качестве инфракрасного светофильтра, задерживающего излучение плазмы дуги и пропускающего собственное излучение жидкого металла, применили фильтр ИКС-5. Микрообъективом взяли объектив от спектрофотометра ИФО-451 с фокусным расстоянием 10-2 м. В качестве приемника изображения была применена фотоприемная матрица МФ-6. В качестве блоков измерения скорости изменения площади изображения участка ванны, сравнения и формирования команд использовали промышленный компьютер фирмы Аллен Бредли.An IRS-5 filter was used as an infrared filter that delays the radiation of an arc plasma and transmits its own radiation from a liquid metal. The lens was taken with a micro-lens from an IFO-451 spectrophotometer with a focal length of 10 -2 m. An MF-6 photodetector was used as an image receiver. Allen Bradley's industrial computer was used as a unit for measuring the rate of change in the image area of the bath area, comparison, and team building.
Сплавляли расходуемый электрод диаметром 0,65 м в кристаллизатор диаметром 0,77 м, при этом огарок, к которому приварен электрод, имеет диаметр 0,32 м. The consumable electrode with a diameter of 0.65 m was fused into a mold with a diameter of 0.77 m, while the cinder to which the electrode was welded had a diameter of 0.32 m.
Пороговое значение скорости изменения площади изображения участка ванны жидкого металла определено расчетным путем и составляет 10-10 м2/с. В процессе плавки измеряемая скорость составляла 0,2•10-10 м2/с. Плавка прошла стабильно. В конце сплавления расходуемого электрода измеряемая скорость возросла до 23,4•10-10 м2/с. Компьютер выдал команду "Конец плавки". После окончания плавки отмечена сохранность огарка.The threshold value of the rate of change of the image area of the liquid metal bath section is determined by calculation and is 10 -10 m 2 / s. During the melting process, the measured speed was 0.2 • 10 -10 m 2 / s. Melting was stable. At the end of fusion of the consumable electrode, the measured speed increased to 23.4 • 10 -10 m 2 / s. The computer issued the command "End of heat." After melting, the cinder was preserved.
Пример 2. По аналогии с примером 1 проводили плавку титанового сплава Вт1-0. Example 2. By analogy with example 1, the titanium alloy W1-0 was melted.
В качестве порогового значения принята величина скорости изменения площади изображения 10-10 м2/с. В процессе плавки измеряемая скорость составляла 0,1•10-10 м2/с. На двадцатой минуте плавления электрода произошло скачкообразное увеличение контролируемого параметра до 56•10-10 м2/с. Компьютер выдал команду "Перекос электрода". Плавку прекратили. После выгрузки литейного комплекта из печи обнаружили надлом электрода и его "уход" на стенку кристаллизатора.As a threshold value, the value of the rate of change of the image area is 10 -10 m 2 / s. During the smelting process, the measured speed was 0.1 • 10 -10 m 2 / s. At the twentieth minute of melting of the electrode, an abrupt increase in the controlled parameter to 56 • 10 -10 m 2 / s occurred. The computer issued the command "Skew electrode". Melting stopped. After unloading the casting kit from the furnace, a breakdown of the electrode and its “leaving” on the mold wall were found.
Предлагаемый способ контроля позволяет предотвратить аварийную ситуацию при плавке высокореакционных металлов и сплавов путем своевременного обнаружения момента возникновения аварии; исключить брак выплавляемого слитка, а также предотвратить повреждение элементов печи (электрододержателя, кристаллизатора). The proposed control method allows to prevent an emergency when melting highly reactive metals and alloys by timely detection of the moment of the accident; to exclude the loss of a lost wax ingot, and also to prevent damage to the furnace elements (electrode holder, mold).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002119050A RU2218433C1 (en) | 2002-07-15 | 2002-07-15 | Method of monitoring vacuum arc melting process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002119050A RU2218433C1 (en) | 2002-07-15 | 2002-07-15 | Method of monitoring vacuum arc melting process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2218433C1 true RU2218433C1 (en) | 2003-12-10 |
| RU2002119050A RU2002119050A (en) | 2004-02-10 |
Family
ID=32066924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002119050A RU2218433C1 (en) | 2002-07-15 | 2002-07-15 | Method of monitoring vacuum arc melting process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2218433C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2324748C2 (en) * | 2006-05-22 | 2008-05-20 | ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" | Method of control over vacuum arc fusion |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4435818A (en) * | 1981-05-26 | 1984-03-06 | Leybold-Heraeus Gmbh | Method and apparatus for monitoring the melting process in vacuum arc furnaces |
| EP0499389A1 (en) * | 1991-02-12 | 1992-08-19 | Titanium Metals Corporation | Method and assembly for consumable electrode vacuum arc melting |
| RU2126523C1 (en) * | 1996-10-28 | 1999-02-20 | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН | Method of nondestructive testing of mechanical state of objects and device for its implementation |
| EP1184470A2 (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-06 | General Electric Company | Vacuum arc remelting apparatus and process |
-
2002
- 2002-07-15 RU RU2002119050A patent/RU2218433C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4435818A (en) * | 1981-05-26 | 1984-03-06 | Leybold-Heraeus Gmbh | Method and apparatus for monitoring the melting process in vacuum arc furnaces |
| EP0499389A1 (en) * | 1991-02-12 | 1992-08-19 | Titanium Metals Corporation | Method and assembly for consumable electrode vacuum arc melting |
| RU2126523C1 (en) * | 1996-10-28 | 1999-02-20 | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН | Method of nondestructive testing of mechanical state of objects and device for its implementation |
| EP1184470A2 (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-06 | General Electric Company | Vacuum arc remelting apparatus and process |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДОБАТКИН В.И. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1978, с.68. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2324748C2 (en) * | 2006-05-22 | 2008-05-20 | ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" | Method of control over vacuum arc fusion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002119050A (en) | 2004-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR930010005B1 (en) | Continuous casting robot | |
| DK0499389T3 (en) | Process and aggregate for consumable electrode arc melting | |
| US4435818A (en) | Method and apparatus for monitoring the melting process in vacuum arc furnaces | |
| WO2012132052A1 (en) | Metal ingot manufacturing method, liquid level control method, and extra fine copper alloy wire | |
| RU2218433C1 (en) | Method of monitoring vacuum arc melting process | |
| US9427796B2 (en) | Method for continuously casting ingot made of titanium or titanium alloy | |
| JP6104751B2 (en) | Manufacturing method of ingot by vacuum arc melting method | |
| JP2002248547A (en) | Molten metal supply apparatus and method | |
| JP5620684B2 (en) | Consumable electrode type vacuum arc melting method and apparatus | |
| WO2017048523A1 (en) | Laser sensor for melt control of hearth furnaces and the like | |
| US9434000B2 (en) | System and method of forming a solid casting | |
| KR102734721B1 (en) | laser cladding power control and substrate temperature control device and method | |
| JP2010261689A (en) | Vacuum arc melting method and vacuum arc melting furnace | |
| RU2209841C2 (en) | Metal pouring method | |
| RU2324748C2 (en) | Method of control over vacuum arc fusion | |
| RU2736949C2 (en) | Method of ingot forming in crystallizers of special-metallurgical furnaces | |
| RU2156316C1 (en) | Process of winning of ingots by vacuum arc autocrucible melting | |
| JPS56117875A (en) | Manufacture of composite ingot by electroslag remelting | |
| JP2007064618A (en) | System for detecting contaminant during fusion | |
| RU2191837C2 (en) | Method for controlling operation of vacuum electric arc furnace | |
| JPH0399752A (en) | Mold for continuous casting high melting point and active metal | |
| US8509942B2 (en) | Method for producing metal ingot, method for controlling liquid surface, and ultrafine copper alloy wire | |
| EP3015191B1 (en) | Continuous casting apparatus for ingots obtained from titanium or titanium alloy | |
| JP3149647B2 (en) | Metal layer detector for melting furnace | |
| RU2278176C1 (en) | Method for controlling of vacuum arc-melting process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140716 |