DE1583258C - Verfahren zum Elektroschlackenumschmel zen mit sich verzehrenden Elektroden und Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Elektroschlackenumschmel zen mit sich verzehrenden Elektroden und Anlage zur Durchfuhrung des VerfahrensInfo
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Description
a 4
Das flüssige ..^Metall ;;.w.ird...durch..die.;rKraft. · der. den Ofenstrom bestimmt,; überbrückt. ..Sp; entspricht,
Obernächenspannurjg^F^ (Fig<
l.jr^und.rden-,.!!^^-, aüf,:dem'OsziIJpgxamm.'(ip.ig.^^ sy^das^F^ea^ir),^
statischen Auftrieb-ig; am;-,ElektrQden.:e.nde..genälteh; Tropfens'am/Ei,^^^^
Durch,die SchwerkraftR und. dte.'.ele.kixoa'ynanüscfo der.-Amplitude 'des'Betnebsstrpjns J^- ΐτζ'.jeder ''.P. erir;
KraftF3 isCdas gescfträolzm^ :5 ode. 5T1. und. der-.-Moment,' der.dein naturii^en'TEp.p'r'
in Form eines -".Tropfens.:-yom...Ende·.der;Elektrode fenablösen;-unmitteibar,;vorangeiit,',:derh'_rrtaximalen^
(Fig. 1) zu-lösen.. Beim-'Elektroschlackenumschmel- Wert/.,: '" .'-.'''....:■'...'..'.,.,'.. V."-,''.', .:..;.;;..-.;
zen ist vor denvZeitpunkt,einer.natürlichen-.Tropfenr Das Anwachsen der .Amplitude':des' .'Betriehsablösung
folgende Ungleichheit erfüllt: ,·. : stromes ..i/ergibt sich zu ;eine^beliebigen.Zeitpunk,t.
·■-·■··.·/τ=·it."/s:-"r>· ρ + F' ·~;"·; ' '-"(I')' 10- Jed.er. ,Periode .aus., dem folgencjen. .Ausdruck.:;'" ._"
Im Moment, des-natürlichen.; ,Ablösens des Trop- . ,, ... ··"'·.'. ., .A.....: .....·.'■'.;·'.'..>
\'--\
fens sind die Kräfte,; die. den .Tropfen vom Ende hierbei ist:- . ]■■■'.-.■. .:,i-.,- ;- '.'·;'. "■■'■', ■]■,: "■■.'■:,V
der Elektrode zu trennen suchen (F+,F3) größer .als ■ . . .·. ·■ ... .· . ...·.;;,, .-.. ...."..·. '„'.■.".■'.''.'.'..
die Kräfte, die-den Tropfen amJEnd&'.der.Elektrode 15 . ~J Amplitudenwert . desBetnebsstroines' zu
festhalten (F + F) d h "'■ ■■ ' ■ -. einem bestimmten Zeitpunkt, der untersuch'-:
.. ,λ'/^^Φ^'Ϊ/ (2)": . tenPeriode,; .] :.."'J/.r [^.^Y-'/^;T
. ■' ·... 2 ...■,.■..·' : .. ... ., ..- . Z1 Minimalgröße der. Stromaniplitude in ,.'der.
Bei den natürlichen'.yerfahrensbedingungen tritt . .. untersuchten. Periode,'die...die. Große ...'des.
diese Ungleichheit .erst ;dann:.einj '■■.wenn die Größ^'ao sich am Elektrodenende bildenden Mc'tajlr
des Tropfens einen zienilich hohen Wert. erreicht. ;. tropfens kennzcichjict.. .,.·,...-.'.'.";'...·/
hat (Tropfendurchmesser 10 .bis 12 mm). Dies voll- . .. : . , ' . .. ·. . '. V; '.,. .. .'.':.,.'■[[\.: '_" .., zieht sich hauptsächiich-:auf .Grund einer-.Erhöhung - Bei JJ — AJ.max =..(/2-—Z1)-. erfolgt'eine .nät.ürdes Tropfengewichts und. folglich-auch, der TropfenT liehe. .Tropfenablösung am Ende der sich yerzehrengröße. 25 den Elektrode. ' ' ' ■
hat (Tropfendurchmesser 10 .bis 12 mm). Dies voll- . .. : . , ' . .. ·. . '. V; '.,. .. .'.':.,.'■[[\.: '_" .., zieht sich hauptsächiich-:auf .Grund einer-.Erhöhung - Bei JJ — AJ.max =..(/2-—Z1)-. erfolgt'eine .nät.ürdes Tropfengewichts und. folglich-auch, der TropfenT liehe. .Tropfenablösung am Ende der sich yerzehrengröße. 25 den Elektrode. ' ' ' ■
Die Komponente der elektrodynamischen Kraft F.,, Falls mit Gleichstrom umgeschmolzen wird,
die die Elektrode zusammendrückt und dasgeschmol-; - ändert sich der Betriebsstrom der Elektrode infolge
zene Metall von dieser zu trennen sucht, ist nacli der Überbrückung des Elektrodenabstandes durch
unten gerichtet und dem Quadrat der Stromstärke Tropfen des flüssigen Metalls auch periodisch, und
proportional. Beim Umschmelzen mit Wechselstrom 30 diese Veränderungen des Betriebsstroincs im Laufe
verändert sich F., zeitlich nach folgendem Gesetz: jeder Periode charakterisieren ebenfalls die Größe
des sich am Elektrodenende bildenden Metall-
F = CJ'2 sin'- wt = CJ- ~~ COS Wl (3) tropfens.
2 Zum erzwungenen Abreißen kleiner Tropfen des
hierbe' ist· 35 E'^trodenmetalls werden auf den Betriebsstrom
Stromimpulse C (Fig. 4) mit einer Amplitude von
C ein Proportionalitätsfaktor, /(.>/, in den Momenten, in denen 0<Λ/</ max
/ die Wechselstromamplitude, (F ig. 4) ist, aufgeschaltet. Infolge der schroffen Stei-
w die Kreisfrequenz, gerung der elektrodynamischen Kraft F3, die auf das
t die Zeit 4° nuss'Se Nietall am Ende der Elektrode einwirkt,
kommt es zu einem erzwungenen Abreißen des
Aus dem Ausdruck (3) ergibt sich, daß beim Um- Tropfens aus flüssigem Metall. Die Amplitudengröße
schmelzen mit Wechselstrom mit einer Kreisfre- und Dauer T2 des Impulses werden wegen der kom-
quenz w die Wirkungsrichtung der Kraft F3 gleich plizierten Berechnung für jeden einzelnen Fall so
bleibt, da cos 2 wt = 1, wobei sich die Kraft F3 von 45 gewählt, daß sie für ein erzwungenes Abreißen des
0 bis F3 max = C/2 verändert. Tropfens ausreichen.
Um die Tropfengröße des Elektrodenmetalls zu Aus einem Vergleich der in Fig. 3 und 4 darvermindern,
d. h. zwangläufig kleinere Tropfen ab- gestellten Oszillogramme ist ersichtlich, daß sich die
zureißen, ist es, wie aus dem Ausdruck(2) zu ersehen, Häufigkeit des Abreißens von Tropfen bei Anwenerforderlich,
die elektrodynamische Kraft F., für kurze 50 dung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht,
Zeit auf einen Wert F3 (Fig. 2) zu steigern, der für obwohl die Umschmelzgeschwindigkeit unverändert
ein erzwungenes Abreißens des Tropfens des Elek- bleibt. Infolgedessen vergrößert sich die Kontakttrodenmetalls
während der Tropfenbildung und vor fläche zwischen dem flüssigen Metall und der gedem
Zeitpunkt des natürlichen Ablösens ausreicht. schmolzenen Schlacke, was zu einer vollständigeren
Eine solche Vergrößerung der Kraft F., wird durch 55 Entfernung von unerwünschten Beimengungen aus
Aufschalten kurzzeitiger Stromimpulse auf den Be- dem umzuschmelzenden Metall führt,
triebsstrom des Ofens erreicht, deren Amplitude und Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur DurchDauer gerade zum erzwungenen Abreißen von klei- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum neren Tropfen ausreichen, wie F i g. 3 und 4 zeigen. Elektroschlackenumschmelzen von sich verzehrenden In Fig. 3 ist ein Oszillogramm des sich ändernden 60 Elektroden enthält einen Ofen 2 (Fig. 5) mit einer Betriebsstromes beim natürlichen Ablösen von Elektrode 1, die in die geschmolzene Schlacke 3 einflüssigen Metalltropfen am Ende der sich verzehren- taucht, einen Leistungstransformator 4, ein Ignitronden Elektrode dargestellt. Ein Strom mit der Fre- schütz 5. eine Steuer- und Zündeinheit 6 für die quenz A von 50 Hz wird bei Durchgang durch die Ignitrons des Ignitronschützes, einen Geber 7 für die Elektrode und die zu schmelzende Schlacke mit einer 65 Feststellung des Momentes der Tropfenbildung des Niederfrequenz B moduliert. Dies geschieht deshalb, Elektrodenmetalls, einen Stromwandler 8 und ein weil der am Elektrodenende wachsende Metall- kontaktloses Zeitrelais 9.
tropfen den Elektrodenabstand, dessen Widerstand Die in der Zeichnung dargestellte Anlage arbeitet
triebsstrom des Ofens erreicht, deren Amplitude und Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur DurchDauer gerade zum erzwungenen Abreißen von klei- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum neren Tropfen ausreichen, wie F i g. 3 und 4 zeigen. Elektroschlackenumschmelzen von sich verzehrenden In Fig. 3 ist ein Oszillogramm des sich ändernden 60 Elektroden enthält einen Ofen 2 (Fig. 5) mit einer Betriebsstromes beim natürlichen Ablösen von Elektrode 1, die in die geschmolzene Schlacke 3 einflüssigen Metalltropfen am Ende der sich verzehren- taucht, einen Leistungstransformator 4, ein Ignitronden Elektrode dargestellt. Ein Strom mit der Fre- schütz 5. eine Steuer- und Zündeinheit 6 für die quenz A von 50 Hz wird bei Durchgang durch die Ignitrons des Ignitronschützes, einen Geber 7 für die Elektrode und die zu schmelzende Schlacke mit einer 65 Feststellung des Momentes der Tropfenbildung des Niederfrequenz B moduliert. Dies geschieht deshalb, Elektrodenmetalls, einen Stromwandler 8 und ein weil der am Elektrodenende wachsende Metall- kontaktloses Zeitrelais 9.
tropfen den Elektrodenabstand, dessen Widerstand Die in der Zeichnung dargestellte Anlage arbeitet
wie folgt: Das Ignkronschütz 5 befindet sich in eingeschaltetem Zustand und arbeitet von der Steuer-
und Zündeinheit 6 für die Ignitrons des Ignitronschützes aus im Dauerbetrieb bei einem Zündwinkel
α (Fig. 6), der z.B. 70 bis 90° beträgt und einen Ofen-Betriebsstrom mit der Amplitude D gewährleistet.
Vom Stromwandler S gelangt das Signal auf den Geber 7, der den Moment der Tropfenbildung
am Elektrodenmetall feststellt.
Im Moment »0«, d. h. dem Beginn der Bildung
eines Tropfens von flüssigem Metall am Ende der Elektrode 1, der durch Geber 7 aus dem Anstieg der
Amplitude des Betriebsstromes AJ = (J-J1) (s. Formel
4) bestimmt wird, bildet sich am Geberausgang ι ein Impuls, der zum kontaktlosen Zeitrelais 9 gelangt,
das mit dem Stromnetz synchronisiert ist. Das Zeitrelais 9 liefert einen rechteckigen Impuls, dessen
Dauer einer oder mehreren Perioden des Netzstromes entspricht, der an die Steuer- und Zündeinheit 6 für
die Ignitrons des Ignitronschützes 5 gelangt. ^ ·
Während der Impulsgabe C erfolgt eine sprunghafte Veränderung des Zündwinkels λ der Ignitrons
vom Betriebsstrom (α· = 70 bis 90°) bis zum VoII-phasenstrom
(α· = 0°), wodurch im Sekundärkreis des Leistungstransformators 4, der den Ofen 2 speist,
der Strom bis zum Wert/ mit der Amplitude £ schroff zunimmt. Die Dauer des Stromimpullses C
ist gleich der Dauer des Impulses, der von dem Zeitrelais 9 auf die Steuereinheit 6 gelangt.
Dieser Impuls vergrößert die elektrodynamische Kraft F.,, die eine Menge flüssigen Metalls in Form
eines kleinen Tropfens vom Ende der Elektrode 1 abreißt.
ίο Es sind auch andere Ausführungsformen von Anlagen
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für das Elektroschlackenumschmelzen mit
sich verzehrenden Elektroden mit Wechselstrom und Gleichstrom möglich.
Bei dem Elektroschlackenumschmelzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen
Anlage wird die Wirksamkeit der Wechselwirkung des Metalls mit der Schlacke beträchtlich
gesteigert, wodurch das auf diese Weise umgesclimolzeiic Metall weniger Schwefel, Phosphor,
Gase, nichtmetallische Einschlüsse und andere schädliche Beimengungen enthält, als es bei den
üblichen Verfahren zum Eiektroschlackenumschmelzen mit bekannten Anlagen der Fall war.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Elektroschlackenumschmel- sich verzehrenden Elektroden und eine Anlage zu
zen mit sich verzehrenden Elektroden in einer dessen Durchführung anzugeben, die durch wesent-Kühlkokille,
dadurch gekennzeichnet, S liehe Verminderung der Tropfengröße des Elektrodaß
auf den Betriebsstrom der Elektrode kurz- denmetalls durch ein erzwungenes Tropfenabreißen
zeitige Stromimpulse aufgeschaltet werden, deren vor dem Zeitpunkt der natürlichen Tropfenablösung
Amplitude und Dauer ausreichend groß sind, daß eine vollkommenere Reinigung des geschmolzenen
sie ein erzwungenes Abreißen von Tropfen des Metalls von unerwünschten Beimengungen gewähr-Elektrodenmetalls
vor dem Moment des natür- io leistet.
liehen Ablösens der sich bildenden Tropfen her- Diese Aufgabe wird erfindungsgegmäß dadurch
vorrufen. gelöst, daß bei dem Elektroschlackenumschmelzen
2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens von verzehrbaren Elektroden in einer Kühlkokille an
nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Betriebsstrom der Elektrode kurzzeitige Strom-Geber
(7) zur Feststellung des Momentes der 15 impulse angelegt werden, deren Amplitude und
Tropfenbildung am Elektrodenende, dessen Ein- Dauer für ein erzwungenes Abreißen von Tropfen
gang an ein Strommeßgerät (8) und dessen Aus- des Elektrodenmetalls während der Bildung des
gang an ein Zeitrelais (9) angeschlossen ist, das Tropfens und vor dem Moment seines natürlichen
auf eine Steuereinheit (6) für eine Einrichtung (5) Ablösens ausreichend sind.
einwirkt, die die Stromimpulse im Stromkreis der 20 Die Anlage zur Durchführung des erfindungs-
sich verzehrenden Elektrode erzeugt. , \ gemäßen Verfahrens weist einen Geber zur Anzeige
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn- * des Moments der Tropfenbildung des Elektrodenzeichnet,
daß als Einrichtung zur Erzeugung von metalls auf. Der Eingang dieses Gebers ist an einen
Stromimpulsen im Stromkreis der sich verzehren- Strommesser und der Ausgang an ein Zeitrelais
den Elektrode ein Ignitronschütz (5) verwendet 25 angeschlossen, das durch eine Einrichtung einwirkt
wird, das mit der Stromquelle (4) zur Speisung auf die Steuereinheit, die im Stromkreis der sich
des Stromkreises der sich verzehrenden Elck- verzehrenden Elektrode Stromimpulsc erzeugt,
trode in Reihe geschaltet ist. Bei einer Ausführungsform einer Anlage zur
trode in Reihe geschaltet ist. Bei einer Ausführungsform einer Anlage zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
30 kann zur Erzeugung der Stromimpulse im Stromkreis
der sich verzehrenden Elektrode ein Ignitronschütz
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und benutzt werden, das mit der Stromquelle zur Speieine
Anlage zum Elektroschlackenumschmelzen mit sung des Stromkreises der sich verzehrenden Elcksich
verzehrenden Elektroden. trode in Reihe geschaltet ist.
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Elektro- 35 Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein
metallurgie. insbesondere die Herstellung von Edel- Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vcrfah-
stählen und Legierungen nach dem Verfahren des rens zum Elektroschlackenumschmelzen mit sich
Elektroschlackenumschmelzens. verzehrenden Elektroden unter Bezugnahme auf die
Es sind bereits Verfahren zum Elcktroschlacken- Zeichnungen näher erläutert,
umschmelzen von Elektroden in einer Kühlkokillc 40 Es zeigt
mit Gleich- und Wechselstrom und Anlagen für deren Fig. 1 eine Elektrode im Moment des natürlichen
Durchführung bekannt, bei denen das Elektroden- Ablösens eines geschmolzenen Metalltropfens.
metall, das in Form von Tropfen durch eine Schicht Fig. 2 eine Elektrode im Moment des crzwun-
geschmolzener Schlacke hindurchgeht, von nicht- genen Abreißens eines geschmolzenen Metalltropfens,
metallischen Einschlüssen gereinigt wird, die von der 45 Fi g. 3 ein Wechselstrom-Oszillogramm eines Ofens
Schlacke absorbiert werden. Außerdem kommt es bei natürlichem Ablösen von Metalltropfen am Ende
bei der Tropfenbildung und dem Tropfenfall zu einer der sich verzehrenden Elektrode,
teilweisen Reinigung der Tropfen von Schwefel, Fig. 4 ein Wechselstrom-Oszillogramm eines
Phosphor und Gasen (s. das Buch B. I. Medovar Ofens bei erzwungenem Abreißen von Metalltropfen
und Ju. V. Latas, »Elektroschlackenumschmel- 50 am Ende der sich verzehrenden Elektrode,
zung«, Kiew, 1965, S. 20 und 21). Fig. 5 ein Prinzipschaltbild einer Anlage zum
Es wurde gefunden, daß kleinere Metalltropfen Elektroschlackenumschmelzen nach dem erfindungs-
beim Durchgang durch eine Schicht geschmolzener gemäßen Verfahren,
Schlacke schnell und besser von nichtmetallischen F i g. 6 ein Oszillogramm des Stromes, der durch
Einschlüssen und anderen Verunreinigungen ge- 55 das Ignitronschütz der erfindungsgemäßen Anlage
reinigt werden als größere Metalltropfen. fließt."
Bei den bekannten Verfahren zum Elektro- Das Wesen des Verfahrens besteht in folgendem:
schlackenumschmelzen und dafür bestimmten An- Beim Elektroschlackenumschmelzen mit sich ver-
lagen ist jedoch die Tropfengröße durch die natür- zehrenden Elektroden wird das umzuschmelzende
liehen Einflüsse bedingt, bei denen die Tropfen ziem- 60 Metall auf Grund seiner Wechselwirkung mit der
lieh groß sind (Durchmesser 10 bis 12 mm). geschmolzenen Schlacke von unerwünschten Bei-
Deshalb sind die Austauschreaktionen, die zwi- mengun°;en gereinigt. Neben anderen Faktoren ist
sehen Tropfenmetall und Schlacke stattfinden, nicht der Reinigungsgrad des umzuschmelzenden Metalls
intensiv genug, und die Möglichkeiten des Verfahrens durch die" Kontaktfiäche des flüssigen Metalls mit
zum Elektroschlackenumschmelzen werden nicht 65 der Schlacke bestimmt. Eine Verminderung der
vollständig ausgenutzt. Tropfengröße bedeutet eine Vergrößerung dieser
Mit der Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt Fläche und intensiviert die Wechselwirkung zwischen
werden. Metalltropfen und Schlacke.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEJ0034307 | 1967-08-02 | ||
DEJ0034307 | 1967-08-02 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1583258A1 DE1583258A1 (de) | 1970-07-30 |
DE1583258B2 DE1583258B2 (de) | 1972-10-19 |
DE1583258C true DE1583258C (de) | 1973-05-10 |
Family
ID=
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