CC BY
66
УДК 621.365.23
А.В. АБРАМОВ, Д.Г. МИХАДАРОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКА КРИСТАЛЛИЗАТОРА ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ
Ключевые слова: шлаковая ванна, ток кристаллизатора, импульсный электрошлаковый переплав.
Рассмотрен вопрос регулирования тока кристаллизатора при импульсном электрошлаковом переплаве. Приведены экспериментальные данные исследования тока кристаллизатора при импульсном электрошлаковом переплаве. Результаты показывают, что при импульсном электрошлаковом переплаве уменьшается электрохимическое разрушение медного кристаллизатора и повышается энерготехнологическая эффективность процесса.
A.V. ABRAMOV, D.G. MICHADAROV RESEARCH OF THE CURRENT OF THE CRYSTALLIZER AT IMPULSE ELECTROSLAG REMELTING Key words: molten slag bath, mould current, impuls electroslag remelting.
Experimental data of research of a current of a crystallizer are resulted at pulse electroslag melting.
Results show, that at impulse electroslag melting electrochemical destruction of a copper crystallizer decreases and increase technological efficiency of process.
На температурное поле шлаковой ванны в значительной мере влияет характер распределения тока в ванне: одна часть тока течет от электрода к слитку, а другая - на стенку кристаллизатора. При определенных условиях ток в цепи кристаллизатора может составлять до 90 % рабочего тока [2], что оказывает существенное влияние на тепловыделение в шлаковой ванне.
При непрерывном электрошлаковом процессе в верхней части шлаковой ванны наблюдаются наиболее высокие значения плотности тока, протекающего через стенку кристаллизатора. Им соответствует пик теплового потока в верхней части шлаковой ванны, вызванный перегревом верхних слоев жидкого шлака от прохождения электрического тока. В результате протекания тока через стенку кристаллизатора поверхность последнего в месте контакта с жидким шлаком подвергается электрохимическому разрушению [1].
При импульсном электрошлаковом переплаве (ИЭШП) (рис. 1) форма кривой тока кристаллизатора сильно зависит от периода регулирования Тр и относительной продолжительности включенного состояния Y установки. Ток кристаллизатора с увеличением периода регулирования уменьшается от максимального значения до минимального (рис. 2).
Рис. 1. Блок-схема управления установкой импульсного электрошлакового переплава. ТП - тиристорный переключатель; БШИР -блок широтно-импульсного регулирования; ДТ - датчик тока; БФ - блок формирования контролируемого электрического параметра; БС - блок сравнения
Для экспериментальных плавок опти- 1к
мальный диапазон изменения периода ре- Ьт
гулирования составил 0,4-6 с (для диамет- 0,5
ра кристаллизатора /)кр=120 мм, диаметра электрода б/э |=45 мм). 1
При периоде регулирования Тр < 0,4 с д 3
и у = 1,1 — 2,0 значение тока кристаллизатора начинает увеличиваться. Это связано с тем, что тепловой поток в верхней части 01
шлаковой ванны, вызванный перегревом верхних слоев жидкого шлака от прохождения тока через кристаллизатор, из-за незна- Рис. 2. Изменение тока кристаллизатора
чительной длительности бестоковых пауз в зависимосш от периода:
„ х - у= 2,0; А - у = 1,5; о - у = 1,1
остается почти постоянным. Постоянство ' ’ ’ ' ’ ’ '
теплового потока отрицательно влияет на
образование тонкого токопроводящего слоя шлакового гарнисажа, оказывающего влияние на характер изменения тока через кристаллизатор.
При Тр > 6 с и относительной продолжительности включенного состояния у = 1,1 - 2,0 обеспечивается некачественное формирование поверхности
слитка и наблюдается постепенное увеличение тока кристаллизатора.
Контроль и поддержание тока кристаллизатора на уровне 0,1-0,2 от тока вторичной обмотки трансформатора без нарушения технологического процесса позволяют уменьшить интенсивность электрохимического анодного разрушения медного кристаллизатора. При этом в шлаке и гарнисаже медь и её соединения отсутствуют. Из таблицы видно, что увеличение содержания меди при непрерывном ЭШП составляет 0,019 %, а при ИЭШП - 0,004 %.
Содержание меди, %
электрод слиток ЭШП слиток ИЭШП
0,11 0,129 0,114
При ИЭШП происходит перераспределение тока [3]. Ток, протекающий через стенку кристаллизатора, уменьшается, что подтверждается осциллограммами огибающих тока кристаллизатора (рис. 3). Изменение тока кристаллизатора приводит к росту плотности тока ниже торца электрода, при этом увеличивается выделение тепла в этой области и, как следствие, растет скорость сплавления электрода.
Во время бестоковой паузы тепловой поток в верхней части шлаковой ванны, вызванный перегревом верхних слоев жидкого шлака от прохождения тока через стенку кристаллизатора, уменьшается. Это приводит к образованию очень тонкого слоя шлакового гарнисажа, который уменьшает тепловые потери через стенку кристаллизатора в этой области, так как коэффициент
2 4 Тр, с
теплопроводности у шлакового гарнисажа меньше, чем у жидкого шлака. При этом повышается тепловой КПД.
кА
од
л — П “I — “I kA 0,05 t,C 0,05 .—
0 ! і 1 2 1 3 ! 4 1 0 f 2 4 6 8 У s
I 1 1 1 1 I 1 1 4 4v 4 s
L“ J -I
кА
од
kA У ***
0 і 2 3 "" °д tc p ( 4 і { S V 121 16 / /
^ __ — ] \ I \ I > \ \
—
t,c
Рис. 3. Осциллограммы огибающих тока кристаллизатора при различных периодах регулирования
Таким образом, ИЭШП позволяет уменьшить интенсивность электрохимического разрушения медного кристаллизатора в зоне шлаковой ванны в 5-1G раз.
Кроме того, изменяя параметры ИЭШП (период регулирования и относительную продолжительности включенного состояния установки), можно управлять толщиной шлакового гарнисажа верхней части шлаковой ванны, что в значительной мере влияет на производительность электрошлакового процесса и удельный расход электроэнергии.
Литература
1. Волохонский Л.А. Об особенностях эксплуатации кристаллизаторов и дорнов при элек-трошлаковом литье полых заготовок / Л.А. Волохонский, Л.Н. Кузнецов, М.А. Киссельман и др. // Электрометаллургия. 2006. № 11. С. 28-35.
2. Миронов Ю.М. Установки электрошлаковой металлургической технологии / Ю.М. Миронов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. 408 с. (Сер. монографий «Современные электротехнологии». Т. 11).
3. Миронов Ю.М. Исследование широтно-импульсной модуляции мощности в установках ЭШЛ / Ю.М. Миронов, А.В. Абрамов, В.И. Лоскутов, В.М. Яров // Разработка технологии производства расходуемых электродов и слитков ВДП, ЭШП, ПДП и использование металла спецпереплава: сборник тезисов докладов конференции. Челябинск; Ижевск, 1989.
АБРАМОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ родился в 1950 г. Окончил Чувашский государственный университет. Кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных электротехнологических установок и систем Чувашского университета, заслуженный изобретатель Чувашской Республики. Область научных интересов - источники питания и системы автоматического управления электротехнологических установок, электрошлаковые процессы и установки. Автор более 60 научных публикаций.
МИХАДАРОВ ДЕНИС ГЕОРГИЕВИЧ родился в 1980 г. Окончил Чувашский государственный университет. Ассистент кафедры автоматизированных электротехнологи-ческих установок и систем Чувашского университета. Область научных интересов - исследование режимов и процессов дуговых печей, электрошлаковая технология. Автор 4 научных публикаций.
