RU2448173C2

RU2448173C2 - Electroslag remelting method and device for its implementation

Info

Publication number: RU2448173C2
Application number: RU2009135454/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Маркович Нехамин (RU); Сергей Маркович Нехамин; 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; Александр Иванович Черняк (RU); Александр Иванович Черняк; Михаил Анатольевич Киссельман (RU); Михаил Анатольевич Киссельман; Александр Александрович Деднев (RU); Александр Александрович Деднев; Леонид Яковлевич Левков (RU); Леонид Яковлевич Левков; Александр Афанасьевич Сафронов (RU); Александр Афанасьевич Сафронов
Original assignee: Сергей Маркович Нехамин
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2012-04-20
Also published as: RU2009135454A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: current of decreased frequency, which is supplied to electrodes (groups of electrodes) fixed relative to each other and to tray from power supply of current of decreased frequency, is passed through slag bath. Electric resistance of slag bath and power is controlled for each of the electrodes. Power for each electrode is controlled. At equality of electric resistances for electrodes there controlled is only the position of electrodes in slag bath and/or voltage between electrodes. At reduction of resistance for one electrode current of decreased frequency is passed additionally through the tray in antiphase with current of that electrode. At increase in resistance for one electrode current of decreased frequency is passed additionally through the tray in phase with current of that electrode.

EFFECT: providing stable high quality of molten ingots at improved reliability and service life of production tools, as well as optimum capacity and low electric power consumption, and improvement of stability of electric mode.

8 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для электрошлаковой выплавки сплошных и полых слитков или заготовок.The present invention relates to special electrometallurgy and can be used for electroslag smelting of solid and hollow ingots or billets.

Известен способ электрошлакового переплава (ЭШП) расходуемых электродов (1), при котором питают печь переменным током пониженной частоты 5-10 Гц.A known method of electroslag remelting (ESR) of consumable electrodes (1), in which the furnace is supplied with alternating current of reduced frequency of 5-10 Hz.

Недостатком этого способа являются узкий диапазон частот и прохождение всего тока через поддон, что снижает энергетические показатели и ограничивает возможности управления процессом. Данным способом возможен переплав только электродов, собранных по монофилярной схеме, что снижает номенклатуру выплавляемых изделий, приводит к низкому электрическому к.п.д. и высокому расходу электроэнергии. Прохождение всего тока через поддон повышает риск пробоя, приводящего к браку.The disadvantage of this method is the narrow frequency range and the passage of all current through the pallet, which reduces energy performance and limits the ability to control the process. This method is possible remelting only electrodes assembled in a monofilar scheme, which reduces the range of smelted products, leading to low electrical efficiency and high power consumption. The passage of all current through the pan increases the risk of breakdown leading to rejects.

Известен способ электрошлакового переплава (2), при котором с целью улучшения качества металла слитка за счет измельчения капель электродного металла пропускают через электроды переменный ток, частоту которого в процессе переплава изменяют в зависимости от длины расходуемого электрода согласно выражению:A known method of electroslag remelting (2), in which, in order to improve the quality of the ingot metal by grinding drops of the electrode metal, an alternating current is passed through the electrodes, the frequency of which during the remelting is changed depending on the length of the consumed electrode according to the expression:

где f - частота тока переплава, Гц,where f is the frequency of the remelting current, Hz,

А - коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения электрода,A is a coefficient depending on the shape of the cross section of the electrode,

а - характерный линейный размер поперечного сечения электрода, м,a is the characteristic linear size of the cross section of the electrode, m,

L - длина электрода, м.L is the length of the electrode, m

Недостатком этого способа, как и в предыдущем, является то, что он не распространяется на переплав электродов, собранных по бифилярной схеме и, как было отмечено выше, характеризуется недостаточно высокими технико-экономическими показателями. Предусмотрена возможность воздействия на размер капель переплавляемого металла, что создает возможности рафинирующего воздействия на переплавляемый металл и улучшения качества кристаллической структуры формируемого слитка. Однако жесткая математическая зависимость, по которой регулируется частота тока, не учитывает разнообразных технологических и эксплуатационных факторов, имеющихся в реальном производстве. По этой причине, а также из-за отсутствия возможности самонастройки частоты и согласованного (с другими управляющими воздействиями) регулирования положительный эффект данного способа недостаточен.The disadvantage of this method, as in the previous one, is that it does not apply to the remelting of electrodes assembled according to a bifilar scheme and, as noted above, is characterized by insufficiently high technical and economic indicators. It is possible to influence the size of droplets of the remelted metal, which creates the possibility of a refining effect on the remelted metal and to improve the quality of the crystalline structure of the formed ingot. However, the tough mathematical relationship by which the current frequency is regulated does not take into account the various technological and operational factors available in real production. For this reason, and also due to the lack of the ability to self-adjust the frequency and coordinated (with other control actions) regulation, the positive effect of this method is insufficient.

Наиболее близким техническим решением является способ электрошлакового переплава (3), при котором через шлаковую ванну пропускают ток пониженной частоты, который подводят к электродам (группам электродов), неподвижным относительно друг друга, и поддону от источника питания, шунтируют ток электрода с меньшим заглублением путем изменения сопротивления в проводнике, включенном параллельно данному электроду.The closest technical solution is the method of electroslag remelting (3), in which a low-frequency current is passed through a slag bath, which is supplied to electrodes (groups of electrodes) that are stationary relative to each other, and the electrode current is shunted from the power source to a smaller depth by changing resistance in a conductor connected in parallel with this electrode.

Признак неподвижности электродов (групп электродов) относительно друг друга означает, что электроды (группы электродов) включены по бифилярной схеме. Недостатком этого способа является его энергоемкость и то, что для его реализации требуется мощное энергетическое оборудование (шунтирующее электроды), в котором теряется электрическая энергия, подведенная от источника питания. Соответственно, источник питания должен выбираться в расчете на большую мощность, чем это требуется по технологии. Дополнительные потери электроэнергии и дополнительная реактивная мощность приводят также к увеличению расхода электроэнергии и стоимости передела.A sign of immobility of the electrodes (groups of electrodes) relative to each other means that the electrodes (groups of electrodes) are connected in a bifilar manner. The disadvantage of this method is its energy intensity and the fact that its implementation requires powerful energy equipment (shunt electrodes), in which the electrical energy lost from the power source is lost. Accordingly, the power source should be selected based on more power than is required by technology. Additional energy losses and additional reactive power also lead to an increase in energy consumption and the cost of redistribution.

Известна установка для электрошлакового переплава металла (4), у которой к сети трехфазного переменного тока подключен источник питания с тиристорным блоком, преобразующим трехфазное напряжение промышленной частоты в однофазное напряжение с регулируемой частотой и соотношением длительности положительного и отрицательного полупериодов.A known installation for electroslag remelting of metal (4), in which a power source with a thyristor unit is connected to a three-phase alternating current network that converts a three-phase voltage of industrial frequency to a single-phase voltage with an adjustable frequency and the ratio of the duration of the positive and negative half-periods.

Недостатком этого устройства является то, что оно не имеет возможности выравнивания расходуемых электродов, собранных по бифилярной схеме и, как было отмечено выше, характеризуется недостаточно высоким электрическим к.п.д. и вероятностью пробоя на кристаллизатор (ввиду протекания всего тока через поддон), получения брака выплавляемого слитка и выхода из строя кристаллизатора.The disadvantage of this device is that it does not have the ability to align the consumable electrodes assembled according to the bifilar scheme and, as noted above, is characterized by an insufficiently high electrical efficiency and the likelihood of breakdown to the mold (due to the flow of all current through the pallet), receipt of the marriage of the lost ingot and failure of the mold.

Наиболее близким устройством является установка (5), содержащая печь электрошлакового переплава со снабженными инвентарными головками электродами (группами электродов), со снабженным контактным узлом электрододержателем и приводом его перемещения, с кристаллизатором и поддоном, содержащее также источник питания током пониженной частоты с системой управления и с вентильными блоками, подключенный фазными выводами к трансформатору, а выводами пониженной частоты к электродам и поддону через токоподвод. Использование пониженной частоты и бифилярной схемы включения электродов позволяет улучшить форму ванны металла и качество выплавляемых слитков, снизить расход электроэнергии.The closest device is installation (5), which contains an electroslag remelting furnace with electrodes (groups of electrodes) equipped with inventory heads, an electrode holder equipped with a contact unit and a drive for moving it, with a mold and a tray, which also contains a low-frequency current source with a control system and with valve blocks connected by phase leads to a transformer, and low frequency leads to electrodes and a pallet through a current lead. Using a reduced frequency and a bifilar circuit for switching on the electrodes can improve the shape of the metal bath and the quality of the smelted ingots, and reduce the energy consumption.

Недостатком этого устройства является то, что в нем мощность каждого из вентильных блоков рассчитана на полный ток, протекающий через соответствующий электрод. При использовании двух электродов получается, что весь источник питания должен быть рассчитан на двойной ток, что приводит к значительному удорожанию оборудования, увеличению его габаритов, дополнительным потерям электроэнергии.The disadvantage of this device is that in it the power of each of the valve blocks is designed for the total current flowing through the corresponding electrode. When using two electrodes, it turns out that the entire power source must be rated for double current, which leads to a significant increase in the cost of equipment, an increase in its dimensions, and additional losses of electricity.

Целью предлагаемого технического решения является создание способа электрошлакового переплава и устройства для его осуществления, обеспечивающих устойчиво высокое качество выплавляемых слитков при повышенной надежности и долговечности работы технологической оснастки, а также оптимальной производительности и низкого расхода электроэнергии. Технический результат заключается также в увеличении устойчивости электрического режима.The aim of the proposed technical solution is to create a method of electroslag remelting and a device for its implementation, providing a consistently high quality of smelted ingots with increased reliability and durability of technological equipment, as well as optimal performance and low power consumption. The technical result also consists in increasing the stability of the electric mode.

Указанная задача решается тем, что в известном способе электрошлакового переплава, при котором через шлаковую ванну пропускают ток пониженной частоты, который подводят к электродам (группам электродов), неподвижным относительно друг друга, и поддону от источника питания током пониженной частоты, согласно заявленному решению, контролируют по каждому из электродов электрическое сопротивление шлаковой ванны и мощность, регулируют мощность по каждому электроду, причем при равенстве электрических сопротивлений по электродам регулируют только положение электродов в шлаковой ванне и/или напряжение между электродами, при снижении сопротивления по одному электроду дополнительно через поддон пропускают ток пониженной частоты в противофазе с током данного электрода, а величину тока поддона поддерживают такой, чтобы мощность по данному электроду превысила среднюю по электродам мощность, при повышении сопротивления по одному электроду дополнительно через поддон пропускают ток пониженной частоты синфазный с током данного электрода, а величину тока поддона поддерживают такой, чтобы мощность по данному электроду стала ниже средней по электродам мощности.This problem is solved by the fact that in the known method of electroslag remelting, in which a low-frequency current is passed through a slag bath, which is supplied to electrodes (groups of electrodes) that are stationary relative to each other, and the pallet from the power source with a low-frequency current, according to the claimed solution, is controlled for each of the electrodes, the electrical resistance of the slag bath and power, regulate the power for each electrode, and with the equality of the electrical resistances in the electrodes, regulate t only the position of the electrodes in the slag bath and / or the voltage between the electrodes, when the resistance of one electrode decreases, an additional low-frequency current is passed through the tray in antiphase with the current of this electrode, and the current value of the tray is maintained so that the power over this electrode exceeds the average power over the electrodes , when the resistance of one electrode is increased, an additional common-mode current with the current of the given electrode is passed through the pallet in addition to the current, and the current value of the pallet is second to power on the electrode became lower than the average of the power electrodes.

Указанная задача решается, кроме того, тем, что согласно заявленному способу величину напряжения между электродами и тока поддона регулируют путем изменения соотношения и, соответственно, величин длительности бестоковой паузы и/или периода низкой частоты тока. При этом получают дополнительное повышение коэффициента мощности установки, так как широтно-импульсное регулирование тока в ряде случаев энергетически более выгодно, чем фазоимпульсное регулирование.This problem is solved, in addition, by the fact that according to the claimed method, the voltage between the electrodes and the current of the tray is controlled by changing the ratio and, accordingly, the values of the duration of the dead time and / or the period of the low current frequency. In this case, an additional increase in the power factor of the installation is obtained, since pulse-width current regulation in some cases is energetically more advantageous than phase-pulse regulation.

Необходимый технический результат достигается в устройстве, содержащем печь электрошлакового переплава с одним или несколькими снабженными инвентарными головками электродами (группами электродов), собранными по монофилярной или бифилярной схемам, со снабженным контактным узлом электрододержателем и приводом его перемещения, с кристаллизатором и поддоном, содержащем также источник питания током пониженной частоты с системой управления и с вентильными блоками, подключенный фазными выводами к трансформатору, а выводами пониженной частоты к электродам и поддону через токоподвод, в котором, в отличие от известного, источник питания снабжен, кроме основного вентильного блока, дополнительным блоком с выводом пониженной частоты, который соединен токоподводом с поддоном, причем расчетный ток дополнительного блока составляет от 0,01 до 1 от расчетного тока основного вентильного блока.The required technical result is achieved in a device containing an electroslag remelting furnace with one or more electrodes equipped with inventory heads (groups of electrodes) assembled according to monofilar or bifilar schemes, with an electrode holder equipped with a contact unit and its movement drive, with a mold and a tray containing also a power source low frequency current with a control system and valve manifolds, connected by phase leads to a transformer, and low frequency leads heights to the electrodes and the pallet through a current lead, in which, in contrast to the known one, the power supply is provided, in addition to the main valve block, with an additional unit with a low frequency output, which is connected by a current lead to the tray, and the rated current of the additional block is from 0.01 to 1 from the rated current of the main valve block.

Для обеспечения резерва мощности (сверх номинального тока основного трансформатора), необходимость в котором может возникнуть для ускорения выравнивания скорости сплавления расходуемых электродов, соединенных по бифилярной схеме, в заявленном устройстве дополнительный блок снабжен отдельным трансформатором и вторым выводом пониженной частоты, который подключен через токоподвод к электроду.To provide a power reserve (in excess of the rated current of the main transformer), which may be necessary to accelerate the alignment of the fusion rate of consumable electrodes connected by a bifilar circuit, in the claimed device an additional unit is equipped with a separate transformer and a second low-frequency output, which is connected through the current lead to the electrode .

Увеличение резерва мощности в заявленном устройстве достигается тем, что дополнительный блок разделен на модули, каждый из которых вторым выводом пониженной частоты подключен через токоподвод к разным электродам.The increase in power reserve in the claimed device is achieved by the fact that the additional unit is divided into modules, each of which is connected to different electrodes through a current lead by a second low-frequency output.

Универсальность заявленному устройству придает то, что контактный узел электрододержателя разделен на электрически изолированные секции по числу электродов, причем каждая электрически изолированная секция контактного узла подключена отдельным токоподводом к изолированным между собой выводам пониженной частоты источника питания, а инвентарные головки электродов, собранных по монофилярной или бифилярной схемам, выполнены с конструктивно одинаковыми контактными поверхностями, токоподвод, соединенный с одним выводом пониженной частоты источника питания, снабжен контактным устройством или перемычкой, имеющими два положения: одно - замкнутое на электрически изолированную секцию контактного узла, а другое - на поддон.The universality of the claimed device is given by the fact that the contact node of the electrode holder is divided into electrically isolated sections according to the number of electrodes, each electrically isolated section of the contact node is connected by a separate current supply to the isolated terminals of the reduced frequency of the power source, and inventory heads of electrodes assembled according to monofilar or bifilar circuits made with structurally identical contact surfaces, current lead connected to one output of a reduced hour Ota power source device provided with a pin or a bridge, having two positions: one - closed on an electrically insulated section of the contact assembly, and the other - a pallet.

Гибкость управления в заявленном устройстве обеспечивается тем, что в дополнительном блоке источника питания содержится модуль управления соотношением и, соответственно, величинами длительности бестоковой паузы и периода низкой частоты тока и/или напряжения, и модуль, обеспечивающий обратную связь по разбалансу параметров электрического режима по электродам за счет управления количеством, фазой и/или амплитудой положительных и отрицательных импульсов тока, формирующих огибающую тока, причем модуль снабжен выходами, предназначенными для соединения его с приводом перемещения электрододержателя и/или с устройством регулирования напряжения на выводах низкой частоты источника питания.The control flexibility in the claimed device is ensured by the fact that in the additional power supply unit there is a control module for the ratio and, accordingly, values for the duration of a dead time pause and a period of a low frequency of current and / or voltage, and a module that provides feedback on the imbalance of the parameters of the electric mode over the electrodes for an account for controlling the quantity, phase and / or amplitude of the positive and negative current pulses forming the current envelope, the module being provided with outputs intended and for connecting it to a drive for moving the electrode holder and / or to a voltage control device at the low frequency terminals of the power source.

Оперативное переключение установки с работы на монофилярно собранных электродах на работу с бифиляроно собранными электродами обеспечивается тем, что дополнительный блок источника питания током пониженной частоты содержит модуль изменения фазы по низкой частоте тока замкнутых между собой выводов вентильных блоков источника питания с одноименных на разноименные и соответствующего изменения фазы парных им выводов вентильных блоков источника питания.Operational switching of the installation from working on monofilarly assembled electrodes to working with bifilaronally assembled electrodes is ensured by the fact that the additional power supply unit with a low-frequency current contains a module for changing the phase of the closed-circuit outputs of the valve blocks of the power source from the same to the opposite and corresponding phase changes paired with them conclusions of valve blocks of the power source.

На фиг.1 представлена расчетная схема, поясняющая заявленный способ электрошлакового переплава.Figure 1 presents the design diagram explaining the claimed method of electroslag remelting.

На фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие заявленный способ электрошлакового переплава при регулировании соотношения и, соответственно, величин длительности бестоковой паузы и/или периода низкой частоты тока.Figure 2 presents time charts explaining the claimed method of electroslag remelting when adjusting the ratio and, accordingly, the values of the duration of the dead time and / or the period of the low frequency of the current.

На фиг.3 изображено заявленное устройство.Figure 3 shows the claimed device.

На фиг.4 отражено развитие заявленного устройства.Figure 4 reflects the development of the claimed device.

Способ электрошлакового переплава (см. фиг.1), при котором ток пониженной частоты подводят к электродам 1 и 2 и пропускают через шлаковую ванну 3 и поддон 4 (i₁=-i₂-i₀). Электроды (группы электродов или составные электроды 1 и 2) неподвижны относительно друг друга, но имеют возможность перемещения относительно поддона 4 и кристаллизатора 5. При этом изменяется заглубление электродов в шлак и сопротивление по электродам. Ток i₁ и i₂ подают от источника питания током пониженной частоты. Контролируют по каждому из электродов электрическое сопротивление шлаковой ванны r₁=u₁/i₁, r₂=u₂/i₂ и мощность p₁=i₁*u₁, p₂=i₂*u₂. Регулируют мощность p₁, р₂ по каждому электроду 1, 2, причем при равенстве электрических сопротивлений по электродам (r₁=r₂) регулируют только положение электродов 1, 2 (фиксированных относительно друг друга) в шлаковой ванне 3 и/или напряжение u₁₂ между электродами 1, 2. В процессе плавки скорость плавления электродов 1 и 2 изменяется не равномерно. При снижении скорости плавления одного из электродов относительно другого возникает разность Δ заглубления электродов в шлак, регистрируют снижение сопротивления по данному электроду, например r₁. В этом случае дополнительно через поддон 4 пропускают ток i₀ пониженной частоты в противофазе с током данного электрода, а величину тока поддона поддерживают такой, чтобы мощность по данному электроду превысила среднюю по электродам мощность. Например, если после симметричного режима: u₁=50В, u₂=-50B, r₁=r₂=2,5 мОм, i₁=-i₂=-20кА, i₀=0, снизилось сопротивление по электроду 1:r₁=2 мОм, а r₂=2,5 мОм, мощность по электроду 1 снизилась с 1000 кВт до 986 кВт. В соответствии с заявленным способом ток поддона устанавливают равным i₀=-9 кА. При этом мощность по электроду 1 становится равной p₁=1480 кВт. В этом режиме поддерживаются следующие параметры: u₁=54,4В, u₂=-45,6В, i₁=27,2 кА, i₂=-18,2кА, φ₀₀=-45,6В, u_д=45,6В. Превышение мощности по электроду 1 над средней (р₁=1480кВт>p_cp=1110 кВт) приводит к ускорению его плавления и заглубление в шлак обоих электродов выравнивается. Управление возвращается к симметричному режиму. В сочетании с управлением скоростью перемещения электродов обеспечивают также более стабильную среднюю мощность. Так, если в приведенном выше режиме приподнять электроды, сопротивление по электродом станет r₁=2,25 мОм, а r₂=2,75 мОм, средняя мощность р_ср=1040 кВт, a p₁=1342кВт>р_ср. Это положительно сказывается на качестве выплавляемого слитка. Описанное комбинированное управление может сочетаться с одновременным регулированием напряжения основного источника питания.The method of electroslag remelting (see figure 1), in which a low-frequency current is supplied to the electrodes 1 and 2 and passed through the slag bath 3 and the tray 4 (i ₁ = -i ₂ -i ₀ ). The electrodes (groups of electrodes or composite electrodes 1 and 2) are stationary relative to each other, but have the ability to move relative to the tray 4 and mold 5. This changes the depth of the electrodes in the slag and the resistance along the electrodes. Current i ₁ and i ₂ are supplied from the power source by a current of reduced frequency. The electrical resistance of the slag bath r ₁ = u ₁ / i ₁ , r ₂ = u ₂ / i ₂ and power p ₁ = i ₁ * u ₁ , p ₂ = i ₂ * u _{2 are} monitored for each of the electrodes. The power p ₁ , p _{2 is} regulated for each electrode 1, 2, and if the electrical resistances across the electrodes are equal (r ₁ = r ₂ ), only the position of the electrodes 1, 2 (fixed relative to each other) in the slag bath 3 and / or voltage u ₁₂ between the electrodes 1, 2. During the melting process, the melting rate of the electrodes 1 and 2 does not change uniformly. With a decrease in the melting rate of one of the electrodes relative to the other, a difference Δ of the penetration of the electrodes into the slag arises, a decrease in the resistance along this electrode is recorded, for example, r ₁ . In this case, additionally, a reduced frequency current i _{0 is} passed through the pallet 4 in antiphase with the current of the given electrode, and the current value of the pallet is maintained so that the power across this electrode exceeds the average power across the electrodes. For example, if after a symmetrical mode: u ₁ = 50V, u ₂ = -50B, r ₁ = r ₂ = 2.5 mOhm, i ₁ = -i ₂ = -20kA, i ₀ = 0, the resistance across electrode 1 decreases: r ₁ = 2 mOhm, and r ₂ = 2.5 mOhm, the power of electrode 1 decreased from 1000 kW to 986 kW. In accordance with the claimed method, the current of the pallet is set equal to i ₀ = -9 kA. In this case, the power in electrode 1 becomes equal to p ₁ = 1480 kW. The following parameters are supported in this mode: u ₁ = 54.4 V, u ₂ = -45.6 V, i ₁ = 27.2 kA, i ₂ = -18.2 kA, φ ₀₀ = -45.6 V, u _d = 45 6B. The excess of power over the electrode 1 over the average (p ₁ = 1480 kW> p _cp = 1110 kW) leads to an acceleration of its melting and the penetration into the slag of both electrodes is leveled. The control returns to symmetrical mode. In combination with speed control, the electrodes also provide a more stable average power. So, if you raise the electrodes in the above mode, the resistance along the electrode becomes r ₁ = 2.25 mOhm, and r ₂ = 2.75 mOhm, average power p _cf = 1040 kW, ap ₁ = 1342 kW> p _cf. This has a positive effect on the quality of the smelted ingot. The described combined control can be combined with the simultaneous regulation of the voltage of the main power source.

При увеличении скорости плавления одного из электродов регистрируют повышение сопротивления по данному электроду. Например, сопротивление r₁ электрода 1 возросло с 2,5 до 3 мОм. Дополнительно через поддон пропускают ток i₀=+7,3 кА пониженной частоты синфазный (см. кривую i'₀ на фиг.2) с током i₁ данного электрода. Величину тока поддона поддерживают такой, чтобы мощность по данному электроду стала ниже средней по электродам мощности. В данном случае р₁=665 кВт<р_ср=948 кВт и скорость плавления электрода 1 замедляется и заглубление электродов в шлак выравнивается. Для сохранения средней мощности можно использовать как управление перемещением электродов, так регулирование напряжения между электродами. Например, имея i₀=+7,3 кА, подняв напряжение между электродами со 100 В до u₁₂=103B, и пропуская ток через поддон i₀=+6,5 кА, обеспечиваем как выравнивающий заглубление электродов эффект, так и сохранение средней мощности p₁=759 кВт<р_ср=995 кВт.With an increase in the melting rate of one of the electrodes, an increase in resistance is recorded for this electrode. For example, the resistance r _{1 of the} electrode 1 has increased from 2.5 to 3 mOhm. Additionally, a current i ₀ = + 7.3 kA of reduced frequency in-phase (see curve i ' ₀ in FIG. 2) with current i _{1 of} this electrode is passed through a pallet. The current value of the pallet is maintained so that the power on this electrode becomes lower than the average power on the electrodes. In this case, p ₁ = 665 kW <p _cf = 948 kW and the melting rate of electrode 1 slows down and the deepening of the electrodes into slag is leveled. To maintain average power, you can use both the control of the movement of the electrodes, and the regulation of voltage between the electrodes. For example, having i ₀ = + 7.3 kA, raising the voltage between the electrodes from 100 V to u ₁₂ = 103 V, and passing the current through the pallet i ₀ = + 6.5 kA, we provide both the leveling effect of the electrodes and the average power p ₁ = 759 kW <p _cf = 995 kW.

При реализации способа, как правило, при сравнении параметров и формировании управляющих воздействий вводят зоны нечувствительности и ограничения, которые выбираются в соответствии с конкретными характеристиками режимов оборудования. Предложенный способ сочетают с известными способами регулирования процесса ЭШП. В последнем примере, в комбинации с известными способами плавки, при которых управляют скоростью перемещения электродов и напряжением между электродами (шлаковой ванны), предложенный способ дает гибкое регулирование процесса электрошлакового переплава с обеспечением стабильно высокого качества получаемого слитка. Ток через поддон пропускают только в той мере, насколько это необходимо для выравнивания заглубления электродов. Большая часть тока замыкается по шлаковой ванне, что благоприятно сказывается надежности и долговечности оснастки. Обеспечивается большая компенсация магнитных полей. В сочетании с использованием тока пониженной частоты это приводит к снижению расхода электроэнергии и повышению электрического к.п.д. Изменение сопротивления по электродам может быть связано с иными причинами, например несимметрией (по электродам) распределения температуры шлака (в частности, при использовании нерасходуемых электродов). При этом выполняются аналогичные операции, в результате чего возмущение ликвидируется и обеспечивается устойчивость регулирования.When implementing the method, as a rule, when comparing the parameters and forming control actions, dead zones and restrictions are introduced, which are selected in accordance with the specific characteristics of the equipment modes. The proposed method is combined with known methods of regulating the ESR process. In the last example, in combination with known melting methods, in which the speed of movement of the electrodes and the voltage between the electrodes (slag bath) are controlled, the proposed method provides flexible control of the electroslag remelting process to ensure a consistently high quality of the obtained ingot. Current is passed through the tray only to the extent necessary for leveling the deepening of the electrodes. Most of the current is closed in a slag bath, which favorably affects the reliability and durability of the equipment. Provides a large compensation of magnetic fields. In combination with the use of a reduced frequency current, this leads to a reduction in energy consumption and an increase in electric efficiency. The change in resistance across the electrodes may be due to other reasons, for example, asymmetry (over the electrodes) of the distribution of slag temperature (in particular, when using non-consumable electrodes). In this case, similar operations are performed, as a result of which the disturbance is eliminated and stability of regulation is ensured.

В заявленном способе регулируют напряжение между электродами и ток поддона путем изменения соотношения и/или, соответственно, величин длительности бестоковой паузы и периода низкой частоты тока, как это показано на фиг.2. Кривые i₁ и i₂ показывают временную диаграмму токов электродов в симметричном режиме и отсутствие регулирования. При ускоренном плавлении электрода 1 и изменении (повышении сопротивления r₁), увеличивают бестоковую паузу в данном электроде с 0-t₁ t₂-t₄. Поддерживают ток поддона равным и противофазным току i₂ другого электрода 2 (соответственно синфазным току i₁ данного электрода). Мощность по данному электроду снижается и заглубление электродов выравнивается. При снижении сопротивления по электроду управление меняется на противоположное, т.е. ток поддона поддерживают равным и противофазным току данного электрода.In the claimed method, the voltage between the electrodes and the current of the tray are controlled by changing the ratio and / or, accordingly, the values of the duration of the dead time and the period of the low frequency of the current, as shown in Fig.2. Curves i ₁ and i ₂ show the time diagram of the electrode currents in symmetric mode and the absence of regulation. With accelerated melting of the electrode 1 and a change (increase in resistance r ₁ ), the current-free pause in this electrode is increased from 0-t ₁ t ₂ -t ₄ . The current of the pallet is maintained equal and antiphase current i _{2 of the} other electrode 2 (respectively, in-phase current i _{1 of} this electrode). Power on this electrode decreases and the deepening of the electrodes is leveled. When the resistance across the electrode decreases, the control changes to the opposite, i.e. the current of the pallet is maintained equal and antiphase current of this electrode.

Данный способ позволяет получить более высокий коэффициент мощности, чем при обычно используемом фазоимпульсном регулировании. Соответственно, дополнительно повышается использование установленной мощности источника питания и снижаются потери электроэнергии.This method allows to obtain a higher power factor than with the commonly used phase-pulse regulation. Accordingly, the use of the installed power of the power source is further increased and energy losses are reduced.

Установка ЭШП (фиг.3), содержащая печь электрошлакового переплава с одним или несколькими электродами 1, 2, 3 (группами электродов), снабженными инвентарными головками 6, 11, 12. Электроды собраны по монофилярной 3 или бифилярной схемам 1, 2. Электрод о держатель 7 со снабженным контактным узлом 8, 9 и приводом 10 перемещения электрододержателя 7. Печь содержит кристаллизатор 5 и поддон 4. В установке имеется также источник питания 13 током пониженной частоты с системой управления 14 и с вентильными блоками 15, 16. Фазными выводами 17 вентильных блоков 15, 16 источник питания подключен к трансформатору 18, а выводами 19-21 пониженной частоты к электродам 1, 2 и поддону 4 через токоподвод 22-24. Источник питания 13 снабжен, кроме основного вентильного блока 15, дополнительным блоком 16 с выводом пониженной частоты 19, который соединен токоподводом 22 с поддоном 4. Расчетный ток дополнительного блока 16 составляет от 0,01 до 1 от расчетного тока основного вентильного блока 15. Значения в диапазоне от 0,01 до 0,5 принимаются для обеспечения работы с электродами, собранными по бифилярной схеме с уравнительным током, замыкающимся через поддон, и дополнительный вентильный блок с целью удешевления источника питания. Значения в диапазоне от 0,5 до 1 принимаются при необходимости оперативного перехода к переплаву электрода, собранного по монофилярной схеме. Для сглаживания пульсаций тока в токоподвод может быть включен дроссель 31.The ESR installation (figure 3), containing an electroslag remelting furnace with one or more electrodes 1, 2, 3 (groups of electrodes) equipped with inventory heads 6, 11, 12. The electrodes are assembled according to monofilar 3 or bifilar schemes 1, 2. The electrode is about holder 7 with a contact assembly 8, 9 and a drive 10 for moving the electrode holder 7. The furnace contains a mold 5 and a tray 4. The installation also has a power supply 13 with a low-frequency current with a control system 14 and with valve units 15, 16. Phase terminals 17 of the valve blocks 15, 16 is regular enrollment supply is connected to the transformer 18 and the terminals 19-21, the low-band to the electrodes 1, 2 and 4 via the current-supplying tray 22-24. The power supply 13 is provided, in addition to the main valve block 15, with an additional block 16 with a low frequency output 19, which is connected by a current lead 22 to the pallet 4. The rated current of the additional block 16 is from 0.01 to 1 from the rated current of the main valve block 15. Values in a range from 0.01 to 0.5 are accepted to ensure operation with electrodes assembled according to a bifilar circuit with equalizing current closing through a pallet, and an additional valve block in order to reduce the cost of the power source. Values in the range from 0.5 to 1 are accepted if it is necessary to quickly switch to remelting the electrode assembled according to the monofilar scheme. To smooth current ripple, a choke 31 can be included in the current lead.

Устройство работает следующим образом. В печи ЭШП с электродами 1, 2, собранными по бифилярной схеме, например, заливают шлак и через погруженные в шлак электроды пропускают ток пониженной частоты. При симметричном по электродам режиме (i₁=-i₂), ток i₀ через поддон 4 (ток разбаланса) отсутствует. Дополнительный вентильный блок 16 формирует напряжение u_д=u₁₂/2, например, по схеме преобразователя частоты с непосредственной связью. При возникновении несимметрии по электродам через поддон пропускают ток разбаланса, как это было описано выше. Дополнительный вентильный блок работает в выпрямительном или инверторном режиме в зависимости от величины и знака разбаланса режима по электродам.The device operates as follows. In an ESR furnace with electrodes 1, 2 assembled according to a bifilar scheme, for example, slag is poured and a low-frequency current is passed through the electrodes immersed in the slag. When the mode is symmetrical with respect to the electrodes (i ₁ = -i ₂ ), there is no current i ₀ through the tray 4 (unbalance current). Additional valve unit 16 generates the voltage u _d = u _12/2, for example, according to the scheme of the frequency converter with a direct bond. If asymmetry occurs along the electrodes, an unbalance current is passed through the pallet, as described above. The additional valve block operates in rectifier or inverter mode, depending on the magnitude and sign of the mode imbalance across the electrodes.

На фиг.4 показано развитие предлагаемого устройства, в котором дополнительный блок 16' снабжен отдельным трансформатором 18' и вторьм выводом 19' пониженной частоты, который подключен через токоподвод к электроду, например, 1. Там же показано дальнейшее развитие предлагаемого решения, согласно которому дополнительный блок разделен на модули 16' и 16'', каждый из которых вторым выводом 19' и 19'' пониженной частоты подключен через токоподвод к разным электродам 1 и 2.Figure 4 shows the development of the proposed device, in which the additional unit 16 'is equipped with a separate transformer 18' and the second terminal 19 'of low frequency, which is connected through a current lead to the electrode, for example, 1. There also shows a further development of the proposed solution, according to which the additional the block is divided into modules 16 'and 16' ', each of which is connected to the different electrodes 1 and 2 through a current lead to a second terminal 19' and 19 '' of reduced frequency.

В частном случае заявленного устройства (см. фиг.3), контактный узел электрододержателя 7 разделен на электрически изолированные две секции 8 и 9 (по числу электродов, собранных по бифилярной схеме). Каждая электрически изолированная секция 8 и 9 контактного узла подключена отдельным токоподводом 23 и 24 к изолированным между собой выводам 20 и 21 пониженной частоты источника питания 13, а инвентарные головки (6 и, соответственно, 11, 12) электродов (3 и, соответственно, 1, 2), собранных по монофилярной или, соответственно, бифилярной схемам, выполнены с конструктивно одинаковыми контактными поверхностями 25 и, соответственно, 26). Токоподвод 24, соединенный с одним выводом 21 пониженной частоты источника питания 13 снабжен контактным устройством или перемычкой 27, имеющими два положения: одно - замкнутое на электрически изолированную секцию 9 контактного узла, а другое - на поддон 4.In the particular case of the claimed device (see figure 3), the contact node of the electrode holder 7 is divided into electrically isolated two sections 8 and 9 (according to the number of electrodes assembled according to the bifilar circuit). Each electrically isolated section 8 and 9 of the contact node is connected by a separate current lead 23 and 24 to the isolated leads 20 and 21 of the reduced frequency of the power source 13, and inventory heads (6 and, respectively, 11, 12) of the electrodes (3 and, respectively, 1 2), assembled according to monofilar or, respectively, bifilar schemes, are made with structurally identical contact surfaces 25 and, respectively, 26). A current lead 24 connected to one terminal 21 of a reduced frequency of the power source 13 is equipped with a contact device or jumper 27 having two positions: one is closed on an electrically isolated section 9 of the contact node, and the other is on a pallet 4.

Развитие предлагаемого решения обеспечено тем, что (см. фиг.3) в дополнительном блоке 16 источника питания 13 содержится модуль 28 управления соотношением и, соответственно, величинами длительности бестоковой паузы и периода низкой частоты тока и/или напряжения, и модуль, обеспечивающий обратную связь по разбалансу параметров электрического режима по электродам за счет управления количеством, фазой и/или амплитудой положительных и отрицательных импульсов тока, формирующих огибающую тока, как это показано на фиг.2. Модуль 28 снабжен выходами, предназначенными для соединения его с приводом 10 перемещения электроде держателя и/или с устройством регулирования напряжения на выводах низкой частоты источника питания, реализованном в системе управления 14 и 30. Сигналы о электрическом режиме поступают в блок 28 из блоков измерения электрических параметров 29, включенных в токоподвод 23, 24.The development of the proposed solution is ensured by the fact that (see FIG. 3), in the additional block 16 of the power supply 13, there is a module 28 for controlling the ratio and, accordingly, values of the duration of a dead time and a period of low frequency of current and / or voltage, and a module that provides feedback according to the imbalance of the parameters of the electric mode by the electrodes by controlling the number, phase and / or amplitude of the positive and negative current pulses forming the current envelope, as shown in figure 2. The module 28 is equipped with outputs intended for connecting it to the drive 10 for moving the holder’s electrode and / or with the voltage control device at the low-frequency terminals of the power supply implemented in the control system 14 and 30. The signals about the electrical mode are sent to block 28 from the electrical parameter measuring units 29 included in the current supply 23, 24.

В частном случае, при необходимости оперативного переключения между схемами, предназначенными для работы с электродами, собранными по бифилярной и монофилярной схемам, предлагается следующее решение (см. фиг.3). Дополнительный блок 16 источника питания 13 током пониженной частоты содержит модуль 28 изменения фазы по низкой частоте тока замкнутых между собой выводов 19 и 21 вентильных блоков источника питания с одноименных на разноименные и, соответствующего, изменения фазы парных им выводов 19', 20 вентильных блоков источника питания. Вывод 19' при этом подключен к электроду 1, как показано на фиг.4.In the particular case, if necessary, prompt switching between circuits designed to work with electrodes assembled according to bifilar and monofilar circuits, the following solution is proposed (see Fig. 3). The additional unit 16 of the power source 13 with a low-frequency current contains a module 28 for changing the phase of the low frequency of the current of the interconnected terminals 19 and 21 of the valve blocks of the power source from the same to the opposite and, correspondingly, changing the phase of its paired conclusions 19 ', 20 of the valve blocks of the power source . The output 19 'is connected to the electrode 1, as shown in Fig.4.

Отмеченные преимущества предложенного технического решения в сравнении с известными решениями устойчиво обеспечивают более высокое качество выплавляемых слитков и заготовок, повышение энергетических показателей: по коэффициенту мощности на 10-20%, по электрическому к.п.д. на 5-10%, по удельному расходу электроэнергии на 15-20%.The noted advantages of the proposed technical solution in comparison with the known solutions stably provide a higher quality of smelted ingots and billets, an increase in energy indicators: by a power factor of 10-20%, by electric efficiency by 5-10%, by specific electricity consumption by 15-20%.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Австрии №283613, H22d 9/00, 08.04.1968 г. Способ и установка для ЭШП. Специальная электрометаллургия. Вып.36. ИЭС им. Е.О.Патона. - К.-М., 1978. с.6.1. Austrian patent No. 283613, H22d 9/00, 04/08/1968, the Method and installation for ESR. Special electrometallurgy. Vol. 36. IES them. E.O. Patona. - K.-M., 1978.p.6.

2. А.с. №1192378, С21С 5/56, 18.07.1983 г. Способ электрошлакового переплава.2. A.S. No. 1192378, C21C 5/56, 07/18/1983, Method of electroslag remelting.

3. А.с. №294497, С21С 5/56, 02.03.1970 г. Способ электрошлакового переплава. Специальная электрометаллургия. Вып.31. ИЭС им. Е.О.Патона. - К.-М., 1976. с.109.3. A.S. No. 294497, C21C 5/56, 03/02/1970, the Method of electroslag remelting. Special electrometallurgy. Issue 31. IES them. E.O. Patona. - K.-M., 1976.p.109.

4. Патент Австрии №290034, B22d 9/00, 24/09/1968 г. Установка для ЭШП. Специальная электрометаллургия. Вып.36. ИЭС им. Е.О.Патона - К.-М., 1978. с.12.4. Austrian patent No. 290034, B22d 9/00, 24/09/1968. Installation for ESR. Special electrometallurgy. Vol. 36. IES them. E.O.Patona - K.-M., 1978.p.12.

5. Патент Австрии №285839, B22d 9/00, 03/02/1969 г. Установка для ЭШП. Специальная электрометаллургия. Вып.36. ИЭС им. Е.О.Патона. - К.-М., 1978. с.8.5. Austrian patent No. 285839, B22d 9/00, 03/02/1969 Installation for ESR. Special electrometallurgy. Vol. 36. IES them. E.O. Patona. - K.-M., 1978.p.8.

Claims

1. The method of electroslag remelting, comprising passing a low frequency current through a slag bath, which is supplied to electrodes or groups of electrodes, stationary relative to each other, and a tray from a power source with a low frequency current, characterized in that the electrical resistance of the slag bath is controlled for each of the electrodes and power, regulate the power for each electrode, while the equality of electrical resistances along the electrodes regulates the position of the electrodes in the slag bath and / or voltage between the electrodes, when reducing the resistance of one electrode, an additional low-frequency current is passed through the tray in antiphase with the current of this electrode, and the current value of the tray is maintained so that the power across this electrode exceeds the average power across the electrodes, while increasing the resistance across one electrode additionally through the pallet is passed a low-frequency current in phase with the current of the given electrode, and the current value of the pallet is maintained such that the power on this electrode becomes lower than the average her on the power electrodes.

2. The method according to claim 1, characterized in that the magnitude of the voltage between the electrodes and the current of the tray is controlled by changing the ratio and / or, accordingly, the values of the duration of the dead time and the period of the low current frequency.

3. An electroslag remelting device comprising an electroslag remelting furnace with one or more electrodes equipped with inventory heads or groups of electrodes assembled according to monofilar or bifilar schemes, an electrode holder with a contact unit and a drive for moving it, a mold and a tray, a low-frequency current source with a control system and the main valve block connected by phase terminals to the transformer, and low frequency terminals to the electrodes and the pallet through the current lead, tlichayuscheesya in that the power source comprises an additional valve block, rated current of which is from 0.01 to 1 from the rated current of the main valve block and which is connected to the current feeder tray.

4. The device according to claim 3, characterized in that the additional valve unit is equipped with a separate transformer and a second terminal of reduced frequency, which is connected through the current lead to the electrode.

5. The device according to claim 4, characterized in that the additional valve unit is divided into modules, each of which is connected via a current lead to different electrodes by a second output of a reduced frequency.

6. The device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the contact node of the electrode holder is divided into electrically isolated sections according to the number of electrodes assembled according to a bifilar circuit, each electrically isolated section of the contact node being connected by a separate current supply to the isolated low frequency terminals a power source, and inventory heads of electrodes assembled according to monofilar or bifilar schemes are made with structurally identical contact surfaces, a current lead connected to These output low frequency power source, is provided with a contact device or a bridge, having two positions: one - closed on an electrically insulated section of the contact assembly, and the other - a pallet.

7. The device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the additional valve block of the power source contains a control module for the ratio and, accordingly, values of the duration of the dead time and the period of low frequency of current and / or voltage and a module that provides feedback on the imbalance of electric parameters electrode mode by controlling the number, phase and / or amplitude of positive and negative current pulses forming the current envelope, while the control module is equipped with outputs designed E for connecting it with the drive moving the electrode and / or the device for controlling the voltage across the terminals of a low frequency power source.

8. The device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the additional valve block of the power supply with a low-frequency current contains a module for changing the phase of the low-frequency current of the interconnected terminals of the valve blocks of the power source from the same to unlike and, correspondingly, changing the phase paired with them conclusions of valve blocks of the power source.