СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛИНЫ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ Советский патент 1968 года по МПК G05F1/02 F27D11/10 F27D19/00 

Известный способ регулирования длины дугового промежутка вакуумной дуговой электропечи путем усреднения jMrHOBeHHbix значений напряжения печи не обеспечивает точного однозначного поддержания дугового промежутка, что нарушает структуру слитков.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что из всех мгновенных значений напряжения дуги отбирают и усредняют только минимальные их значения, соответствуюи1ие действительной длине дугового промежутка.

Длина дугового промежутка в дуговой вакуумной нечи, используемой для выплавки специальных сталей, сплавов, титана и его сплавов в значительной степени определяет структуру и качество получаемого слитка.

Существующий способ регулирования длины дугового промежутка, основанный на использовании приближенного уравнения дугового разряда Уд а+р/д, предполагает равенство между длиной дуги и длиной дугового промежутка

д - д iip

где U-1 -напряжение дуги, е;

/д - длина дуги, см;

яnp - длина дугового промежутка, ом (кратчайшее расстояние между электродом и ванной расплавленного металла).

В условиях дуговой вакуумной иечи под воздействием магнитных полей электрическая дуга может вытесняться на периферию электрода, что приводит к его неравномерному оплавлению (фиг. 1), несоответствию между длиной дуги и длиной дугового промежутка и, как следствие, к подкорачиванию дугового промежутка, вызывающему структурный брак слнтка.

Сильноточная вакуумная дуга имеет смешанный термоавтоэлектронный характер эмиссии с преобладанием автоэлектронной эмиссии и характеризуется наличием нескольких катодных пятен, неремещающихся по электроду с большой скоростью 12- 18 м/сек (фиг. 2).

Дуги, опирающиеся на эти пятна, имеют различную длину и могут рассматриваться как обособленные, устойчивость которых определяется критерием Кауфмана: KKC. -сопротивление электрического контура печи; д„ф; -iдифференциальное сопротивление г-й дуги; IKC - индуктивность электрического контура печи; Д /, - приращение тока /-и дуги; / - время. По достижении дугой критической длины, когда ее дифференциальное сопротивление становится равным сопротивлению короткой сети, дуга теряет устойчивость и гаснет, а в электрическом контуре печи возникает бросок тока, равный току погасшей дуги, время распада которой менее 0, сек. Поэтому индуктивность электрического контура печи генерирует знач1ггельной величины э.д.с. самоиндукции где Д/крит -значение тока /-и дуги в момент ее погасания; -время распада катодного пятна г-й дуги. Благодаря инерционности тепловых и ионизационных процессов ток оставшихся дуг не может возрасти скачком, и напряжение на них возрастает до тех пор, пока не будет ликвидировано возмущение, внесенное погасшей дугой во весь ансамбль параллельных каналов разряда. Скорости этих процессов таковы, что подъем и спад напряжения на электродах печи носит характер импульса длительностью 300- 600 млсек. Восстановившееся состояние не является равновесным, так как достигает критической длины и гаснет следующая дуга, и процесс приобретает релаксационный характер (высокочастотный шум). Остаются 2-3 дуги большой длины с высокой плотностью тока, благодаря чему их катодные пятна дробятся н образуют группы катодных пятен. Распад дуг, опирающихся на такую грутепу пятен, происходит почти одновременно и вызывает такой подъем напряжения на электродах печи, что на торце электрода образуется новое катодное пятно, ток в котором стремительно нарастает. В результате пятно дробится, и образовавшиеся «осколки вытесняются на кромку электрода. Этому моменту соответствует наименьшее напряжение дуги и ее наименьшая длина, близкая к длине дугового промежутка (фиг. 3). Таким образом, вакуумная сильноточная дуга не является стационарной, состоит из серии отдельных одновременно существующих дуг различной длины, так что эквивалентная длина вакуумной дуги всегда больше длины дугового промежутка Считая, что электрод является эквшютеЕ циальной поверхностью и принимая аноднокатодные падения потенциала отдельных параллельных каналов разряда одинаковыми, можно заключить, что градиент напряжения дуги обратно пропорционален ее длине: и, и, и а, + ,/, 7,, + р,Л, ИЛНР;/,; ч - ч п i - Рп i где 6„ - напряжение печи; -1 , i -соответственно анодно-катодное падение, продольный градиент напряжения и длина t-й дуги. Это подтверждается экспериментом. При существующем способе регулирования длины дугового промежутка дуговой вакуумной печи используется среднее эквивалентное напряжение дуги, соответствующее ее эквивалентной длине. Так как эквивалентная длина дуги в 2-3 раза больше длины дугового промежутка, то регулятор в этом случае вынужден работать при меньшем градиенте напряжения |3, следовательно, с большей статической ошибкой в, зависящей от градиента столба дуги, чем это было бы при /д : /диф Q К 6 -величина статической ошибки системы регулирования, мм, пл - скорость плавки, мм/мин, К -суммарный коэффициент усиления системы регулирования. В предлагаемом способе для ликвидации подкорачивания дугового промежутка, обеспечения работы регулятора при максимально возможном при данных условиях градиенте напряжения дуги, уменьшения статической ошибки регулирования и улучшения статической ошибки структуры получаемых слитков в соответствие с физикой вакуумного дугового разряда из всех мгновенных значений напряжения дуги выбираются и усредняются только те значения, которые соответствуют кратчайшей дуге, когда /д /дпр- Измерение напряжения, соответствующего этому моменту времени, может быть осуществлено цосредством интегрирующей цепи с временем интегрирования не менее 0,7 сек по уравнению - д наки - д сред - дш vi - среднее напряжение дуги в моменты времени, когда ее длина равна длине дугового промежутка;дср -среднее значение амплитуд положительных отклонений высокочастотного шума в напряжении дуги;

Одной из возможных реализаций указанного способа может быть схема, показанная на фиг. (фиг. 4).

Напряжение, снимаемое с печи, пропускается через фильтр нижних частот 1, выделяющий среднее значение напряжения печи f/cpи поступает на диодный накопитель 2, образованный емкостями Ci, Сг, диодами DI, DZ и сопротивлением /, с выхода которого снимается напряжение, равное среднему значению амплитуд положительных отклонений высокочастотного шума напряжения печи дш(+)- Полученные сигналы в противофазе подаются на входе решающего устройства 3, которое обеспечивает выполнение операции алгебраического суммирования и выдает на

вход регулятора 4 напряжение, соответствуюш;ее длине дугового промежутка.

Предмет изобретения

Способ регулирования длины дугового промежутка вакуумной дуговой электропечи в функции напряжения печи путем усреднения мгновенных значений напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и улучшения структуры получаемого при дуговой плавке слитка, из всех мгновенных значений напряжения дуги выбирают и усредняют только минимальные их значения, соответствующие действительной длине дугового промежутка.

7///////// 7//////J//////// /

////////////1///////77/77// Фиг 2.