Способ управления процессом электрошлакового переплава Советский патент 1989 года по МПК C22B9/18 

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для использования в технике злек- трошлакового переплава (ЭШП)..

Целью изобретения является повышение качества и снижение энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава.

На фиг. 1 представлена зависимость мощности, вводимой в шлаковую ванну от величины заглубления электрода; .на фиг. 2 - зависимость мош;ности печи от величины заглубления электрода.

Одним из возмущающих воздействий при длительных плавках, оказывающих

существенное влияние на процесс ЭШП, является снижение в процессе плавления химического состава шлака, что влечет за собой изменение удельного электрического сопротивления шлака, , изменение высоты шлаковой ванны в процессе расхода шлака на гарнисаж. Химический состав шлака, а следовательно, и его удельное электрическое сопротивление могут колебаться в зависимости от партии выплавки ишака. Удельное электрическое сопротивление щлака также зависит от его температуры в процессе плавления. В результате в процессе плавления при одном и том

СП

о м

00 Од 4

315

же заданном в GAP сопротивления межэлектродного промежутка фактическая |вепичина заглубления электрода в шлаковую ванну будет различной.

Так, например, в результате физико-химических процессов, протекающих в шлаковой в.анне, удельное сопротивление шлака в процессе плавки значительно меняется в сторону увеличения В результате при неизменных электрических параметрах плавки и при одной и той же величине заданного сопротивления- межэлектродного промежутка в процессе плавления происходит увели- чение фактического заглубления элект- в шлаковую ванну. В результате зона тепловыделения, концентрируется в центральной нижней части шлаковой ванны, происходит захолаживание пери- ферийных участков шлаковой и металлической ванн в зоне касания со стенкой кристаллизатора, увеличивается мощность, вводимая в металлическую ванну, снижается скорость -плавления ме- 25 обусловлена -параметрами короткой сеталла электрода, увеличивается глубина металлической ванны. Это приводит к ухудшению структуры наплавляемого слитка, образованию гофр и других дефектов поверхности слитка.. Q

В подвижных уширенных кристаллизаторах в случае чрезмерного заглубления в шлаковую ванну электрод вплотную приближается к горизонтальной полке кристаллизатора. При этом в тепловом балансе шлаковой ванны значительно возрастает доля тепла, отводимая через полку кристаллизатора, что также приводит к снижению скорости плавления и другим указанным от- Q рицательным последствиям.

Способ дозирования добавок в шлаковую ванну согласно изобретению основан на том, что в результате физико- химических процессов, протекающих в шлаковой и металлической ванных, при длительных плавках состав шлака существенно изменяется. Это особенно характерно для многокомпонентных пша- .ков т)нпа АНФ-32. При этом из состава шлака уходят следующие компоненты: AljO СаО, MgO.

Изменение содержания в общем химическом составе шлаковой ванны каждого из перечисленных компонентов происходит одновременно и в основном по одному и тому же закону, т.е. соотношения между количествами содержания данных компонентов в общем химическом

ти и величинами на ее отдельных

падения напряжения участках.

iS

50

55

При неизменном напряжении источника питания соотношение мощности, вводимой в шлаковую ванну, и скорости наплавления слитка носит экстремальный характер. Это явление объяс- .няется тем, что по мере изменения заглубления электродов в шлаковую ванну происходит смещение джоулевых источников тепла. При малом заглублении электродов h имеет место преимущественный прогрев поверхностных слоев пшаковой ванны. Скорость плавлейия при Этом, равно как и мощность, вво- димая в шлаковую ванну, невелика. При увеличении заглубления электродов h,- hg скорость плавления растет, так как увеличивается мощность, вводимая в шлаковую ванну. При дальнейшем заглублении электродов . вследствие увеличения реактивной составляющей сопротивления короткой сети имеет место снижение мощности, вводимой в шлаковую ванну (фиг. )). ; Одновременно в этом случае зона тепловыделения концентрируется в центральной нижней области шлаковой ванны, уменьшается степень прогрева верх них и средних слоев щлаковой ванны, в тепловом балансе шлаковой ванны увеличивается доля тепла, расходуемого на поддержание в разогретом состо

составе шлаковой ванны достаточно устойчивы в процессе переплава, в то время как изменение химического состава шлаковой ванны (уменьшение количества указанных компонентов) сопровождается соответствующим изменением удельного электрического сопротивления шлаковой ванны.

Известно., что при электрошлаковом переплаве при неизменном напряжении источника питания (печного трансформатора) зависимость моищости, вводимой в шлаковую ванну Р, от заглубления электрода в шлаковую ванну h носит экстремальный характер (фиг. 1), Это относится как к монофилярной, так и.к бифилярной схемам ЭШП. Из фиг. 1 следует, что при одной определенной величине заглубления электрода в шлаковую ванну Ьд, величина мощности.

вводимой в шлаковую Ванну, будет максимальной Р,д,.

Кривая, изображенная на фиг. 1

ти и величинами на ее отдельных

падения напряжения участках.

Q

Q

S

0

При неизменном напряжении источника питания соотношение мощности, вводимой в шлаковую ванну, и скорости наплавления слитка носит экстремальный характер. Это явление объяс- .няется тем, что по мере изменения заглубления электродов в шлаковую ванну происходит смещение джоулевых источников тепла. При малом заглублении электродов h имеет место преимущественный прогрев поверхностных слоев пшаковой ванны. Скорость плавлейия при Этом, равно как и мощность, вво- - димая в шлаковую ванну, невелика. При увеличении заглубления электродов h,- hg скорость плавления растет, так как увеличивается мощность, вводимая в шлаковую ванну. При дальнейшем заглублении электродов . вследствие увеличения реактивной составляющей сопротивления короткой сети имеет место снижение мощности, вводимой в шлаковую ванну (фиг. )). ; Одновременно в этом случае зона тепловыделения концентрируется в центральной нижней области шлаковой ванны, уменьшается степень прогрева верхних и средних слоев щлаковой ванны, в тепловом балансе шлаковой ванны увеличивается доля тепла, расходуемого на поддержание в разогретом состо5 15078346

янии металлической ванны, и уменьшается доля тепла, расходуемого непосредственно на плавление электрода. В результате происходит снижение ско рости плавления электрода, рост глу бины металлической ванны, при этом кристаллизация металла принимает радиальную ориентацию, ухудшается структура и качество металла наплавляемо- IQ го слитка, на поверхности слитка образуются гофры.

Процесс ЭШП протекает наиболее эффективно в том случае, когда заглубление электродов в шлаковую ванну со- 15 лирования положения электродов по ответствует величине h( (фиг, 1). При критерию достижения минимума мощнос507834

ветствующее повышение качества элект рошлакового переплава, т.е. поддержа ние САР постоянной скорости плавлени позволяет идентифицировать h по зависимости мощности печи от положения электрода нахождением ее экстремальной точки - минимума (фиг. 2).

Проведение процесса в режиме оптимального заглубления электрода может быть обеспечено оснащением печи системой автоматического регулиро .вания (стабилизации) скорости плавле ния и системой экстремального регу

лирования положения электродов по критерию достижения минимума мощнос34

ветствующее повышение качества электрошлакового переплава, т.е. поддержание САР постоянной скорости плавления позволяет идентифицировать h по зависимости мощности печи от положения электрода нахождением ее экстремальной точки - минимума (фиг. 2).

Проведение процесса в режиме оптимального заглубления электрода может быть обеспечено оснащением печи системой автоматического регулиро- вания (стабилизации) скорости плавления и системой экстремального регу

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для использования в технике электрошлакового переплава. Целью изобретения является повышение качества и снижение энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава. Для этого определяют сопротивление шлаковой ванны в межэлектродном промежутке по измеренным току и напряжению шлаковой ванны и сравнивают измеренное сопротивление с заданным, изменяют скорость наплавления слитка и поддерживают скорость в соответствии с заданным значением, изменяя параметры электропитания печи воздействием на переключатель ступеней напряжения печного трансформатора, а также управляют заглублением электродов в шлаковую ванну, перемещая электрододержатель, при этом дополнительно поддерживают заглубление электродов в шлаковую ванну на уровне, соответствующем минимальной потребляемой печью мощности для любого момента плавки, а также поддерживают отклонение сопротивления шлаковой ванны в межэлектродном промежутке равным заданному значению введением добавок приводом дозатора загрузки. 2 ил.

этом обеспечиваются оптимальные тепловые условия плавления металла электрода и формирования слитка, а таклсе рафинирования металла, достигается максимальное значение мощности, вводимой в шлаковую ванну Руу(о,ке (Фиг. 1),

Если совместное действие указанных САР поддерживает заглубление элек 20 трода на оптимальную величину h,., , то измеряемое значение сопротивления шла ковой ванны Ry несет информацию о химическом составе шлака.

Величина h. при постоянстве геомет

при данном напряжении печного трансформатора, снижение потерь электроэнергии в элементах короткой сети печ-75 рических размеров в зоне переплава ного контура и повышение доли тепло- кристаллизатора и переплавляемого вой энергии, идущей на плавление трода. Так как величина заглубления

электродов в шлаковую ванну непосредэлектрода в течение процессе не изменяется, а следовательно, R зависит только от проводимости шлака. Если ственному измерению не поддается, в зо геометрические размеры ванны меняются САР ЭШП для регулирования этой вели- по ходу переплава, то это может быть чины используется эквивалентная ей величина сопротивления межэлектродного промежутка. Задание сопротивления межэлектродного промежутка для САР выбирается опытным путем таким образом, чтобы фактическое заглубление электрода соответствовало оптимальной величине заглубления h (фиг. l), при которой обеспечиваются оптимальные условия протекания процесса ЭШП.

Анализ происходящих при Э1ПП процессов показывает, что оптимальная величина заглубления электродов hg соответствует таким тепловому и электрическому режимам печи, обеспечиваю- гарнисаж и др. являются факторами щим заданную скорость плавления, кото- слабого влияния.

35

40

45

учтено .соответствующим изменением величины .г.. в зависимости от места нахождения ванны.

Химический состав шлака можно оце нивать по его электропроводности, на которую наиболее сильно влияют его химический состав и температура.

При поддержании постоянной скорости плавления и оптимальном заглублении электродов температура шлаковой ванны также стабилизируется. Возможные ее колебания в результате возмущений от некоторого уменьшения объема ванны шлака в силу его расхода на

рые соответствуют наименьшему количеству электрической энергии, затра- .чиваемой на процесс, при прочих равных условиях его протекания.

Следовательно, заглубление электрода в любой момент плавки на величину, соответствующую минимальным затратам электроэнергии или минимальной текущей активной мощности при условии поддержания постоянной скорости плавления, обеспечивает заглубление -на оптимальную величину hg. и соот-.

ти, потребляемой электропечью.

Если совместное действие указанных САР поддерживает заглубление элек- 20 трода на оптимальную величину h,., , то измеряемое значение сопротивления шлаковой ванны Ry несет информацию о химическом составе шлака.

75 рических размеров в зоне переплава кристаллизатора и переплавляемого

Величина h. при постоянстве геометеских размеров в зоне переплава сталлизатора и переплавляемого

электрода в течение процессе не изменяется, а следовательно, R зависит только от проводимости шлака. Если зо геометрические размеры ванны меняются по ходу переплава, то это может быть

гарнисаж и др. являются факторами слабого влияния.

35

40

45

учтено .соответствующим изменением величины .г.. в зависимости от места нахождения ванны.

Химический состав шлака можно оценивать по его электропроводности, на которую наиболее сильно влияют его химический состав и температура.

При поддержании постоянной скорости плавления и оптимальном заглублении электродов температура шлаковой ванны также стабилизируется. Возможные ее колебания в результате возмущений от некоторого уменьшения объема ванны шлака в силу его расхода на

Определяющими являются процессы стабилизации скорости плавки и заглуб- ления электрода, что позволяет говорить о том, что стабилизируется соотношение между теплопотоками в ванне и тепловое состояние ванны шлака в целом, а соответственно, и его температура Т.

В этом случае сопротивление шлаковой ванны Rщ (при поддержании постоянными hj, и т) начинает отражать химический состав шлака, что позво- .

7

ляет по величине Rj производить ре- гулирование (добавки элементов) химического состава шлака.

..С этой целью печь ЭШП должна быть оснащена системой регулирования хими- ческого состава шлака по сопротивле- нию шлаковой ванны, позволяющей при отклонении Вц, от заданного значения Rj (определяемого экспериментально) на величину больше допустимой ЛВщ(определяемой экспериментально-), производить добавки в шлаковую ванну, восстанавливающие электрическую прово- шимость шлака (химический состав шлака;. Величина добавок определяется из выбранного uRm и объема ванны шлака и свойств добавок..

15

Поддержание постоянства (в некоторых пределах) химического состава шлака является стабилизирующим фактором поддержания постоянства заглубления электрода, что при стабилизации скорости плавки V по другим возмущающим воздействиям стабилизирует тепловое состояние ванн жидкого металла и шлака, стабилизируя температуру шлака, что увеличивает -ЕОЧНОСТЬ под- держания химического состава шлака.

IMOHC

078348

Таким образом, стабилизируется теплоэнергетическое состояние процесса электрошлакового переплава. Формула изобретения Способ управления процессом электрошлакового переплава, включающий определение сопротивления шлаковой ванны в межэлектродном промежутке по

JQ измеренным току и напряжению шлаковой ванны, сравнение измеренного напряжения с заданным, измерение скорости наплавления слитка и поддержание скорости в соответствии с заданным по

5 технологии значением, изменение пара- .метров электропитания печи воздействием на переключатель ступеней напряжения печного трансформатора, а также управление заглублением электродов в

20 шлаковую ванну, отличающийс я тем, что, с целью повьш1ения качества и снижения энергозатрат процесса электрошлаковой плавки на период переплава, поддерживают заглуб25- ление электродов в шлаковую ванну на уровне, соответствующем минимальной потребляемой печью мощности, а также поддерживают отклонение сопротивлени шлаковой ванны в межэлектродном про30 i межутке равным заданному по технологии значению введением добавок.

fe

ho Фаг. г