RU2191837C2 - Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи - Google Patents
Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191837C2 RU2191837C2 RU2001101292A RU2001101292A RU2191837C2 RU 2191837 C2 RU2191837 C2 RU 2191837C2 RU 2001101292 A RU2001101292 A RU 2001101292A RU 2001101292 A RU2001101292 A RU 2001101292A RU 2191837 C2 RU2191837 C2 RU 2191837C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- ratio
- metal
- furnace
- intensities
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области специальной электротехники, а именно к нагреву металлов дуговым разрядом, и может быть использовано для контроля работы печи при вакуумно-дуговом переплаве высокореакционных металлов и сплавов, например титана. В способе дополнительно измеряют скорость изменения отношения интенсивностей спектральных линий металла кристаллизатора и металла электрода за установленный интервал времени Δt и при установленной скорости достижения порогового значения снижают ток дуги и повышают напряженность магнитного поля соленоида. При снижении отношения интенсивностей спектральных линий по крайней мере в два раза за последующий интервал времени Δt1 повышают ток дуги и снижают напряженность поля соленоида до рабочего режима, а при отсутствии такого снижения отношения интенсивностей спектральных линий выключают ток дуги за период времени Δt2, при этом сумма трех интервалов времени Δt,Δt1,Δt2 и времени переходных процессов τ должна быть на порядок меньше времени прогорания стенки кристаллизатора. Предлагаемый способ повышает достоверность сигнала о взрывоопасной ситуации, обеспечивает устойчивость хода процесса плавки и повышение качества выплавляемого металла за счет исключения перерывов в процессе плавления, связанных с отключением печи по ложным сигналам. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области специальной электротехники, а именно к нагреву металлов дуговым разрядом, и может быть использовано для контроля работы печи при вакуумной дуговой плавке высокореакционных металлов и сплавов, в частности титана.
Во время плавки расходуемого электрода в вакуумной электродуговой печи между электродом и стенкой кристаллизатора происходит ионизация атомов газа и металлов, испарившихся из жидкой ванны или конденсата легколетучих примесей и легирующих компонентов, которые постоянно отлагаются на холодных участках кристаллизатора выше зоны плавки. Такая ионизация иногда вызывает образование кратковременно существующих дуг между электродом и кристаллизатором. При некоторых обстоятельствах (например, малый зазор между кристаллизатором и электродом вследствие кривизны или плохой центровки последнего) боковой разряд стабилизируется на определенном участке и может произойти сквозное проплавление водоохлаждаемой стенки кристаллизатора. Возникает аварийная ситуация, которая может привести к взрыву печи.
Известен способ обнаружения взрывоопасной ситуации при вакуумной дуговой плавке титановых сплавов, в котором измеряют напряжение дуги и сравнивают его с заданным. При превышении напряжения сверх заданной величины производят отключение печи (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1978, с. 67).
Данный способ позволяет обнаружить взрывоопасную ситуацию, возникающую при перебросе дуги на кристаллизатор.
Однако способ недостаточно точен, т.к. напряжение дуги может изменяться не только при перебросе дуги на кристаллизатор, но и вследствие изменения состава выделяющихся газов, длины межэлектродного промежутка и других причин, не создающих аварийную ситуацию.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ контроля вакуумной дуговой плавки, в котором по виду линий спектра при появлении минимум одной линии или минимум одной группы линий спектра, характерных для материала кристаллизатора, делают заключение об испарении материала кристаллизатора. Действительную интенсивность сравнивают с заданным значением интенсивности, при достижении которого плавку прекращают (заявка ФРГ 3120856, кл. Н 05 В 7/18, публ. 1982 г.) - прототип.
Недостатком прототипа является то, что при работе печи имеют место очень короткие во времени касания дугой корпуса кристаллизатора и возникновение ярких спектральных линий меди (материала корпуса кристаллизатора), сигнал от которых достигает значения заранее заданного порогового уровня электронного устройства. Это приведет к ложному отключению тока дуги и в результате к экономическим потерям. Прерывание процесса плавки может резко снизить качество выплавляемого металла.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение достоверности исключения аварийной ситуации работы вакуумной электродуговой печи и сохранение качества металла выплавляемого слитка в процессе плавки.
Поставленная задача решается тем, что в способе контроля работы вакуумной электродуговой печи дополнительно измеряют скорость изменения отношения интенсивностей спектральных линий металла кристаллизатора и металла электрода за установленный интервал Δt и при установленной скорости достижения порогового значения снижают ток дуги, повышают напряженность магнитного поля соленоида и при снижении отношения интенсивностей спектральных линий, по крайней мере, в два раза за последующий интервал времени Δt1 повышают ток дуги и снижают напряженность магнитного поля соленоида до рабочего режима, а при отсутствии такого снижения отношения интенсивностей спектральных линий выключают ток дуги за период времени Δt2, при этом сумма трех интервалов времени Δt,Δt1,Δt2 и времени переходных процессов τ должна быть на порядок меньше времени прогорания стенки кристаллизатора.
На фиг. 1 приведена схема вакуумной электродуговой печи, работа которой контролируется. Печь состоит из кристаллизатора 1, вставленного в соленоид 2, вакуумной камеры 3, переплавляемого электрода 4, электрододержателя 5, поддона 6, источника тока дуги 7, измерителя тока дуги 8, источника тока соленоида 9, измерителя тока соленоида 10.
Кристаллизатор печи состоит из медной гильзы и рубашки охлаждения, расположенных соосно одна в другой и с пространством между образующими стенками. Через это пространство пропускается под давлением вода для охлаждения кристаллизатора.
Максимальный рабочий ток дуги, например печи ДТВ 8,7-Г10 составляет 37,5 кА при напряжении 46-52 В. По ряду таких причин, как влияние магнитной гидродинамики, отклонение электрода от осевой линии кристаллизатора, магнитоакустические волны и высокочастотные поля в некоторых случаях приводят к перебросу дуги на медный корпус кристаллизатора: за 5-10 с кристаллизатор прожигается, вода попадает внутрь кристаллизатора, что приводит к аварийной ситуации.
На фиг.1 показана также блок-схема устройства, реализующего способ контроля работы печи. Суммарный спектр от смотровых окон 11 и 12 печи, расположенных на диаметрально противоположных сторонах от электрододержателя 5, поступает через световоды 13 и 14 на миниспектрометр 15. Разделенные по длине волны λ1 и λ2 спектры титана и меди поступают на фотоприемники 16 и 17, выход которых подключен к электронному устройству 18 с программным обеспечением для усиления и обработки сигнала. Электронное устройство 18 подключено к источникам тока дуги 7 и тока соленоида 9. По результатам сравнения полученного значения скорости изменения интенсивностей спектральных линий с напередзаданным пороговым значением анализируется ход процесса плавки и при превышении рабочим сигналом порогового значения делается вывод о возникновении взрывоопасной ситуации и формируются команды на изменение тока дуги и тока соленоида до рабочих значений. Процесс плавки продолжается.
На фиг. 2 приведены графики, показывающие скорости изменения отношения интенсивностей спектральных линий.
При работе вакуумной электродуговой печи всегда присутствуют спектры титана (выплавляемого металла) и меди (материала кристаллизатора). Отношение интенсивностей аналитических линий спектров будет увеличиваться плавно по мере заполнения кристаллизатора расплавленным титаном. Это связано с увеличением температуры и уменьшением расстояния от области излучения до смотрового окна печи (фиг.2а, прямая 1).
Экспериментально установлено, что при переходе дуги на медный корпус кристаллизатора в течение нескольких миллисекунд (мс) отношение интенсивностей спектральных уровней достигает порогового значения (фиг.1а, прямая 2), тогда как при нормальном процессе плавки отношение сигналов не может достичь порогового уровня за время, отведенное на принятие решения.
В связи с этим предусматривается проводить контроль за промежуток времени 1 мс в течение 10 мс (фиг.2б). При значительном росте отношения интенсивностей спектральных линий программой предусматривается повторение контроля за 10 мс. В случае устойчивого достижения порогового значения применяется решение о снижении тока дуги и увеличении магнитного поля соленоида. Вновь осуществляется контроль за период времени 10 мс и при уменьшении отношения интенсивностей спектральных линий по крайней мере в два раза принимается решение о восстановлении рабочих режимов печи. После этого ведется непрерывный контроль работы печи. В случае, когда при понижении тока дуги и увеличении напряженности магнитного поля соленоида отношение интенсивностей спектральных линий достигает порогового уровня, принимается решение о выключении тока дуги.
Если возникают короткие вспышки за промежуток времени контроля 1 мс, не повторяющихся в остальных промежутках времени в течение 10 мс, то этот результат измерения отбрасывается по теории ошибок как промах. На пути от электрической дуги до смотрового окна излучение может испытывать самообращение спектральных линий, резонансное поглощение и рассеяние частицами газов, пыли, которые существуют внутри печи. Это будет сказываться на вариациях отношения интенсивностей спектральных линий. Поэтому за наступление аварийной ситуации принимается 8 измерений из 10 за 10 мс, которые достигают порогового уровня. При превышении порогового уровня для 5-6 измерений из 10 за 10 мс предусматривается двукратный и трехкратный процесс измерений по 10 мс и по результату статистической выборки принимают решение.
Предлагаемый способ контроля работы вакуумной электродуговой печи по сравнению с известными повышает достоверность сигнала о возникновении угрозы взрыва за счет исключения ложных сигналов; обеспечивает устойчивость хода процесса плавки и качество выплавляемого металла за счет исключения перерывов в процессе плавления, связанных с отключением печи по ложным сигналам.
Claims (1)
- Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи, включающий визуальное наблюдение за поведением дуги, измерение изменения тока дуги, регистрацию уровня спектральных оптических линий плавящегося металла расходуемого электрода и металла кристаллизатора, отличающийся тем, что дополнительно измеряют скорость изменения отношения интенсивностей спектральных линий металла кристаллизатора и металла электрода за установленный интервал времени Δt и при установленной скорости достижения порогового значения снижают ток дуги и повышают напряженность магнитного поля соленоида, причем при снижении отношения интенсивностей спектральных линий по крайней мере в два раза за последующий интервал времени Δt1 повышают ток дуги и снижают напряженность магнитного поля соленоида до рабочего режима, а при отсутствии такого снижения отношения интенсивностей спектральных линий выключают ток дуги за период времени Δt2, при этом сумма трех интервалов времени Δt, Δt1, Δt2 и времени переходных процессов τ должна быть на порядок меньше времени прогорания стенки кристаллизатора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001101292A RU2191837C2 (ru) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001101292A RU2191837C2 (ru) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2191837C2 true RU2191837C2 (ru) | 2002-10-27 |
Family
ID=20244902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001101292A RU2191837C2 (ru) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191837C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2230808C1 (ru) * | 2003-04-24 | 2004-06-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки |
| RU2418871C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2011-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3120856A1 (de) * | 1981-05-26 | 1982-12-23 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Verfahren zur ueberwachung des schmelzvorgangs in vakuumlichtbogenoefen |
| RU2048662C1 (ru) * | 1992-03-31 | 1995-11-20 | Владимир Сергеевич Малиновский | Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществления |
| RU2058406C1 (ru) * | 1991-10-09 | 1996-04-20 | Институт математики и механики Уральского отделения РАН | Способ управления процессом нагрева и переплава |
| RU2138843C1 (ru) * | 1998-02-16 | 1999-09-27 | Закрытое акционерное общество "Электроприбор" | Устройство для регулирования напряжения в электродуговых процессах |
-
2001
- 2001-01-12 RU RU2001101292A patent/RU2191837C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3120856A1 (de) * | 1981-05-26 | 1982-12-23 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Verfahren zur ueberwachung des schmelzvorgangs in vakuumlichtbogenoefen |
| RU2058406C1 (ru) * | 1991-10-09 | 1996-04-20 | Институт математики и механики Уральского отделения РАН | Способ управления процессом нагрева и переплава |
| RU2048662C1 (ru) * | 1992-03-31 | 1995-11-20 | Владимир Сергеевич Малиновский | Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществления |
| RU2138843C1 (ru) * | 1998-02-16 | 1999-09-27 | Закрытое акционерное общество "Электроприбор" | Устройство для регулирования напряжения в электродуговых процессах |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АНОШКИН Н.Ф. и др. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1978, с. 67. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2230808C1 (ru) * | 2003-04-24 | 2004-06-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки |
| RU2418871C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2011-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4435818A (en) | Method and apparatus for monitoring the melting process in vacuum arc furnaces | |
| Liu et al. | Analysis of plasma characteristics and conductive mechanism of laser assisted pulsed arc welding | |
| EP3183521B1 (en) | A system and a method for determining temperature of a metal melt in an electric arc furnace | |
| Chapelle et al. | Optical investigation of the behavior of the electric arc and the metal transfer during vacuum remelting of a Ti alloy | |
| Etemadi et al. | Impact of anode evaporation on the anode region of a high-intensity argon arc | |
| US4578795A (en) | Drop short control of electrode gap | |
| RU2191837C2 (ru) | Способ контроля работы вакуумной электродуговой печи | |
| Delzant et al. | Investigation of arc dynamics during vacuum arc remelting of a Ti64 alloy using a photodiode based instrumentation | |
| JP6869790B2 (ja) | 電力入力に基づき真空アーク再溶解炉を制御するためのシステムおよび方法 | |
| US3786161A (en) | Process and apparatus for monitoring and control of metallurgical furnaces | |
| US5621751A (en) | Controlling electrode gap during vacuum arc remelting at low melting current | |
| JP4191885B2 (ja) | プラズマ式灰溶融炉及びその運転方法 | |
| JP3077387B2 (ja) | 自動制御プラズマ溶解鋳造方法および自動制御プラズマ溶解鋳造装置 | |
| US4433242A (en) | ESR Hollows molten metal/slag interface detection | |
| US5030577A (en) | In-line sampling/alloying system and method | |
| US3534143A (en) | Computer control of metal treatment furnace operation | |
| US4842674A (en) | Method of measurement of the rate of oxidation of a metal melt | |
| US5708677A (en) | Arc voltage distribution skewness as an indicator of electrode gap during vacuum arc remelting | |
| US2956098A (en) | Feed control for vacuum arc smelting furnace | |
| KR100334439B1 (ko) | 플라즈마용융로슬래그배출장치 | |
| RU2230808C1 (ru) | Способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки | |
| Chen et al. | Study on the denitrogenization kinetics of uranium during electron beam cold hearth refining | |
| RU2374337C1 (ru) | Способ контроля межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки | |
| Kusamichi et al. | Temperature measurement of molten metal surface in electron beam melting of titanium alloys | |
| Wood et al. | Discharge Behavior in Vacuum Arc Melting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160113 |