DE1583258C

DE1583258C - Process for electroslag remelting with consuming electrodes and system for carrying out the process

Info

Publication number: DE1583258C
Application number: DE19671583258
Authority: DE
Inventors: Bons Je Medowar Bons I Bondarenko Oleg P Latasch Jury W Baglaj Witalij M Schirschow Wladimir G Kiew Paton (Sowjetunion)
Original assignee: Institut elektroswarki lmem E O Patona, Kiew (Sowjetunion)
Priority date: 1967-08-02
Filing date: 1967-08-02
Publication date: 1973-05-10

Description

a 4a 4

Das flüssige ..^Metall ;_;.w.ird...durch..die.;rKraft. · der. den Ofenstrom bestimmt,; überbrückt. ..Sp; entspricht,The liquid .. ^ metal; _; .w. is ... through..the.; rforce. · the. determines the furnace current; bridged. ..Sp; is equivalent to,

Obernächenspannurjg^F^ (Fig< l.jr^und.rden-,.!!^^-, aüf,_:dem'OsziIJpgxamm.'(ip.ig.^^ sy^das^F^ea^ir),^Obernächenspannurjg ^ F ^ (Fig <l.jr und.rden ^ - ,. !! ^^ - _AUEF: dem'OsziIJpgxamm '(ip.ig sy ^^ ^ the ^ F ^ ea ^ ir). ^.

statischen Auftrieb-ig; am;-,ElektrQden._:e.nde..genälteh; Tropfens'am/Ei,^^^^static buoyancy; am; -, ElectrQden. _: e.nde..genälteh; Dropfens'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.:;'" ._"By, gravity R and. dte. '. ele.kixoa'ynanüscfo der.-Amplitude'des'Betnebsstrpjns J ^ - ΐτζ '. everyone '' .P. eri _r ; KraftF ₃ isC the trafficked ^ _: 5 or. 5T ₁ . and. the -.- moment, 'der.your naturii ^ en'TEp.p'r' in the form of a - ". drop.:-yom ... : derh'_rrtaximal ^ (Fig. 1) to-solve .. At-'Elektroschlackenumschmel- Wert /.,: '".'-.'''....: ■' ... '..'., ., '.. V. "-,''.',.:..;.;; ..- .; zen is before the point in time, a.natural-dropr The increase in the .amplitude ': des'.' Business replacement fulfills the following inequality:, ·.: Stromes ..i / results in; an ^ arbitrary.time point, t. · ■ - · ■ ··. · / Τ = · it. "/ S: -"r> · ρ + F '· ~ ^; "· ^; '' - "(I ')' ¹⁰ - J ^e d.er., period .from., The following. .Expression.:; '" ._ "

Im Moment, des-natürlichen.; ,Ablösens des Trop- . ,, ... ··"'·.'. ., .A.....: .....·.'■'.;·'.'..> \'--\ In the moment, des-natural .; , Detachment of the trop-. ,, ... ·· "'·.'.., .A .....: ..... ·. '■'.; · '.'..> \ '- \

fens sind die Kräfte,; die. den .Tropfen vom Ende hierbei ist:- . ]■■■'.-.■. .:,i-.,- ^;- '.'·;'. "■■'■', ■]■,: "■■.'■:,Vfens are the forces; the. the .drops from the end here is: -. ] ■■■ '.-. ■. .:, i -., - ^; - '.'·;'."■■'■', ■] ■ ,:" ■■. '■ :, V

der Elektrode zu trennen suchen (F+,F₃) größer .als ■ . . .·. ·■ ... .· . ...·.;;,, .-.. ...."..·. '„'.■.".■'.''.'.'.. seek to separate the electrode (F +, F ₃ ) greater than ■. . . ·. · ■ .... ·. ... ·. ;; ,, .- .. .... ".. ·. '"'. ■. ". ■ '.''.'.'..

die Kräfte, die-den Tropfen amJEnd&'.der.Elektrode 15 . ~^J Amplitudenwert . desBetnebsstroines' zuthe forces which-the drop at the end &'. the.electrode 15. ~ ^J amplitude value. desBetnebsstroines' too

festhalten (F + F) d h "'■ ■■ ' ■ -. einem bestimmten Zeitpunkt, der untersuch'-:hold (F + F) d h "'■ ■■' ■ -. a certain point in time, the investigation'-:

.. ,λ'/^^Φ^'Ϊ/ (2)": . tenPeriode,; .] ^:.."'J/.r [^.^Y-'/^;T .., λ '/ ^^ Φ ^' Ϊ / (2) ":. th period ,; .] ^: .."'J / .r [^. ^ Y -' / ^; T

. ■' ·... ² ...■,.■..·' _: .. ... ., ..- . Z₁ Minimalgröße der. Stromaniplitude in ,.'der.. ■ '· ... ² ... ■,. ■ .. ·' _: .. ...., ..-. Z ₁ minimum size of the. Current amplitude in,. 'The.

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. ' ' ' ■In the case of natural procedural conditions. .. examined. Period, 'the ... the. Big ... 'des. this inequality .first; then: .einj '■■. if the size of the drop forming at the end of the electrode is quite a high value. achieved. _; . dropfens kennzcichjict ...,. ·, ...-. '.'. ";'... · /
(droplet diameter 10 to 12 mm). This fully. .. _: . , '. .. ·. . '. V _; '.,. ... '.':.,. '■ [[\. _: '_ ".., is _mainly-: due to an increase - at JJ - AJ.max = .. (/ ₂ -—Z ₁ ) - -also, the drop _T borrowed. .droplet detachment at the end of the core size. 25 the electrode. '''■

Die Komponente der elektrodynamischen Kraft F.,, Falls mit Gleichstrom umgeschmolzen wird,The component of the electrodynamic force F. ,, If remelting is carried out with direct current,

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 Größewhich compresses the electrode and melts it; - the operating current of the electrode changes as a result When trying to separate metal from it, this is done by bridging the gap between the electrodes directed downwards and the square of the amperage drops of the liquid metal also periodically, and proportional. When remelting with alternating current 30 these changes in the operating flow in the course of the process changes F., temporally according to the following law: each period also characterize the size

des sich am Elektrodenende bildenden Metall-of the metal formed at the end of the electrode

F = CJ'² sin'- wt = CJ- ~~ ^COS ^Wl (3) tropfens.F = CJ ' ² sin'- wt = CJ- ~~ ^COS ^Wl (3) drop.

2 Zum erzwungenen Abreißen kleiner Tropfen des2 For forcibly tearing off small drops of the

hierbe' ist· ³⁵ E'^trodenmetalls werden auf den Betriebsstromherebe 'is · ³⁵ E' ^ electrode metal will be on the operating current

Stromimpulse C (Fig. 4) mit einer Amplitude vonCurrent pulses C (Fig. 4) with an amplitude of

C ein Proportionalitätsfaktor, /₍.>/, in den Momenten, in denen 0<Λ/</ maxC is a proportionality factor, / ₍ .> /, In the moments in which 0 <Λ / </ max

/ die Wechselstromamplitude, (F ig. 4) ist, aufgeschaltet. Infolge der schroffen Stei-/ the alternating current amplitude (Fig. 4) is applied. As a result of the rugged

w die Kreisfrequenz, gerung der elektrodynamischen Kraft F₃, die auf dasw is the angular frequency and the electrodynamic force F ₃ , which acts on the

t die Zeit ⁴° ^nuss'S^e Nietall am Ende der Elektrode einwirkt, t the time ⁴ ° ^nut 's ^e rivet acts at the end of the electrode,

kommt es zu einem erzwungenen Abreißen desif the

Aus dem Ausdruck (3) ergibt sich, daß beim Um- Tropfens aus flüssigem Metall. Die AmplitudengrößeFrom the expression (3) it follows that when the liquid metal drips over. The amplitude size

schmelzen mit Wechselstrom mit einer Kreisfre- und Dauer T₂ des Impulses werden wegen der kom-melting with alternating current with a circular frequency and duration T _{2 of} the pulse are

quenz w die Wirkungsrichtung der Kraft F₃ gleich plizierten Berechnung für jeden einzelnen Fall so quenz w the direction of action of the force F _{3 is the} same as the plotted calculation for each individual case

bleibt, da cos 2 wt = 1, wobei sich die Kraft F₃ von 45 gewählt, daß sie für ein erzwungenes Abreißen desremains, since cos 2 wt = 1, whereby the force F ₃ of 45 is chosen that it is necessary for a forced tearing off of the

0 bis F₃ max = C/² verändert. Tropfens ausreichen.0 to F ₃ max = C / ² changed. Drops are sufficient.

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 arbeitetIn order to reduce the drop size of the electrode metal, a comparison of the oscillograms shown in FIGS. 3 and 4, ie, necessarily smaller drops, shows that they tear, it is, as can be seen from expression (2), the frequency of the tear-off of drops when required, the electrodynamic force F., increased for a short time of the method according to the invention, time to increase to a value F ₃ (FIG. 2) which, although the remelting rate remains unchanged, a forced tear-off of the drop of the electrode. As a result, the contact electrode metal increases during the drop formation and in front of the surface between the liquid metal and the point in time of natural detachment is sufficient. molten slag, which leads to a more complete.
The driving current of the furnace is reached, the amplitude and duration of which is sufficient for the forced tearing off of the method according to the invention for the inner drop, as shown in FIG. 3 and 4 show. Electro-slag remelting of consumable In Fig. 3 is an oscillogram of the changing 60 electrodes contains a furnace 2 (Fig. 5) with an operating current during the natural detachment of electrode 1, which immersed in the molten slag 3 liquid metal droplets at the end of the consumed , a power transformer 4, an ignitron electrode shown. A current with the Freschütz 5. a control and ignition unit 6 for the frequency A of 50 Hz is generated when passing through the ignitrons of the ignitron contactor, a transmitter 7 for the electrode and the slag to be melted with a 65 determination of the moment of drop formation of the low frequency B is modulated. This is done using electrode metal, a current transformer 8 and, because the metal contactless time relay 9 growing at the end of the electrode.
drop the electrode gap, the resistance of which The system shown in the drawing works

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.As follows: The Ignkron contactor 5 is switched on and works from the control and ignition unit 6 for the ignitrons of the Ignitron contactor in continuous operation at an ignition angle α (Fig. 6), which is, for example, 70 to 90 ° and a furnace operating current with the amplitude D guaranteed. The signal is sent from the current transformer S to the transmitter 7, which detects the moment when the drops form on the electrode metal.

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. ^ ·At the moment "0", ie the beginning of the formation of a drop of liquid metal at the end of the electrode 1, which is determined by the transmitter 7 from the increase in the amplitude of the operating current AJ = (JJ ₁ ) (see formula 4), is formed at the encoder output ι a pulse that reaches the contactless timing relay 9, which is synchronized with the power grid. The timing relay 9 supplies a rectangular pulse, the duration of which corresponds to one or more periods of the mains current that reaches the control and ignition unit 6 for the ignitrons of the ignitron contactor 5. ^ ·

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.During the impulse C there is a sudden change in the ignition angle λ of the ignitrons from the operating current (α = 70 to 90 °) to the full phase current (α = 0 °), which in the secondary circuit of the power transformer 4, which feeds the furnace 2, the current increases abruptly up to the value / with the amplitude £. The duration of the current pulse C is equal to the duration of the pulse which reaches the control unit 6 from the timing relay 9.

Dieser Impuls vergrößert die elektrodynamische Kraft F.,, die eine Menge flüssigen Metalls in Form eines kleinen Tropfens vom Ende der Elektrode 1 abreißt.This impulse increases the electrodynamic force F. ,, which forms a lot of liquid metal a small drop from the end of the electrode 1 tears off.

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.ίο There are also other embodiments of systems for carrying out the method according to the invention for electroslag remelting with Consuming electrodes with alternating current and direct current possible.

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.In electroslag remelting according to the method according to the invention and with the method according to the invention Plant, the effectiveness of the interaction of the metal with the slag becomes considerable increased, whereby the metal converted in this way has less sulfur, phosphorus, Contains gases, non-metallic inclusions and other harmful additions than the customary process for electrical slag remelting with known plants was the case.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims: 'The invention is based on the object of a method for electroslag remelting of

1. Process for electro-slag remelting consumable electrodes and a plant zen with consumable electrodes to indicate in one of its implementation, which by essential cooling mold, characterized in that S lied reduction in the drop size of the electrode on the operating current of the electrode by means of a forced tear-off of the droplets Timely current pulses are switched on, whose before the time of natural drop detachment The amplitude and duration are sufficiently large that a more complete purification of the molten material They ensure that drops of the metal are forced to tear off undesirable additions - electrode metal before the moment of the natur- io makes.

lent detachment of the droplets that form. This object is thereby made according to the invention

call forward. solved that in the electroslag remelting

2. Plant for carrying out the process of consumable electrodes in a chill mold according to claim 1, characterized by a current transmitter that briefs the operating current of the electrode (7) to determine the moment of the 15 pulses are applied, their amplitude and Droplet formation at the end of the electrode, the duration of which is necessary for the droplets to be forced to tear off Output to an ammeter (8) and its output of the electrode metal during the formation of the gang is connected to a timing relay (9), the drop and before the moment of its natural on a control unit (6) for a device (5) detachment are sufficient.

acts that the current pulses in the circuit of the 20 The system for carrying out the invention

consuming electrode generated. , \ according to the method assigns a transmitter to the display

3. Plant according to claim 2, characterized in that the moment of drop formation of the electrode is marked as a device for generating metal. The input of this encoder is connected to a current pulse in the circuit of the consumable ammeter and the output to a timing relay which uses an Ignitron contactor (5) electrode, which is operated by a device connected to the current source (4) for supplying the Control unit that generates current pulses in the circuit of the consumable elec- trode,
trode is connected in series. In one embodiment of a system for

Implementation of the method according to the invention

30 can be used to generate the current pulses in the circuit

the consuming electrode is an ignitron contactor

The invention relates to a method and to be used with the power source for feeding Plant for electroslag remelting with solution of the electric circuit of the consuming Elcksich consuming electrodes. trode is connected in series.

The field of application of the invention is the electrical 35 For a better understanding of the invention, a

metallurgy. in particular the production of noble embodiment of the method according to the invention

steels and alloys using the rens method for electroslag remelting

Electroslag remelting. consuming electrodes with reference to the

There are already procedures for Elcktroschlacken- drawings explained in more detail,

remelting of electrodes in a cooling chillc 40 It shows

with direct and alternating current and systems for their Fig. 1 an electrode at the moment of natural

Implementation known in which the electrode detachment of a molten metal drop.

metal, which in the form of drops through a layer Fig. 2 an electrode at the moment of crzwun

molten slag passes through it, from not tearing off a molten metal drop,

metallic inclusions is cleaned, which of the 45 Fi g. 3 is an AC oscillogram of an oven

Slag to be absorbed. Also, it comes with natural peeling of metal droplets in the end

with the drop formation and the drop falling to one of the consuming electrodes,

partial purification of the drops of sulfur, Fig. 4 is an alternating current oscillogram of a

Phosphorus and gases (see the book B. I. Medovar furnace on the forced tearing off of metal drops

and Ju. V. Latas, »Electroslag remelting 50 at the end of the consuming electrode,

zung «, Kiev, 1965, pp. 20 and 21). Fig. 5 is a block diagram of a system for

It was found that smaller metal droplets remelted electroslag according to the invention

when passing through a layer of molten proper processes,

Slag faster and better from non-metallic f i g. 6 an oscillogram of the current flowing through

Inclusions and other impurities are found in the ignitron contactor of the system according to the invention

can be cleaned than larger metal droplets. flows. "

In the known methods of electrical The essence of the method consists in the following:

remelting of slag and specific

However, it is the drop size due to the natural consuming electrodes that will be remelted

borrowed influences, in which the drops are largely due to its interaction with the metal

borrowed are large (diameter 10 to 12 mm). molten slag of undesirable

That is why the exchange reactions that are in between are purified. Among other factors is

see drop metal and slag taking place, not the degree of purification of the metal to be remelted

intense enough, and the possibilities of the process through the "contact surface of the liquid metal with

65 of the slag are not intended for electroslag remelting. A decrease in

fully used. Drop size means an increase in this

The invention aims to eliminate this disadvantage and intensify the interaction between the area

will. Metal drop and slag.