DE1583258C - Verfahren zum Elektroschlackenumschmel zen mit sich verzehrenden Elektroden und Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

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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. eri_r; 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- J^ed.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 Tropfen_T 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'S^e 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

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)

Patentansprüche: ' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Elektroschlackenumschmelzen von

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

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.