Способ регулирования длины дугового промежутка вакуумной дуговой электропечи
ОП ИСАН И Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Согоз Соаетских
Соииалистических
Республик.эависимое от гвт, сзидетельства №
К ь 2lh; 16, 01
Заявлено 02.XI.1965 (№ 1035160/24-7) с npn:ot ënnennc. : заявки М
Чг|К Н 05о
У . К 621.365.22(088.8) Приоритсr
Опубл.;:.ковано 20.Н1.1968. Бюллетень ¹" 11
Дата опубликования описания 5Л 1.!968
Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете йткнкстроа
СССР
Авторы изобретения
Заявитель
В. И. Готин и И. A. Изаксон-Демидов
Всесоюзный научно-исследовательский институ электротермического оборудования
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛИНЫ ДУГОВОГО
ПРОМЕЖУТКА ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ЗЛЕКТРОПЕЧИ
/, — длина дуги. сл;
/,,р — длина дугового промежутка, ам (кратчайшее расстояние между электродом и ванной расплавленно5 го металла).
В условиях дуговой вакуумной печи под воздействием магнитных полей электрическая дуга может вытесняться на периферию электрода, что приводит к его неравномерному оплавлению (фиг. 1), несоответствию между длиной дуги н длиной дугового промежутка и, как следствие, к подкорачиванию дугового промежутка. вызывающему структурныи брак слитка.
Сильноточная вакуумная дуга имеет смешанный термоавтоэлектронный характер эмиссии с преобладанием автоэлектронной эмиссии и характеризуется наличием нескольких катодных пятен, перемещающихся
20 по электроду с большой скоростью 12—
18 л/сск (фиг. 2).
Дуги, опирающиеся на эти пятна, имеют различную длину и могут рассматриваться как обособленные, устойчивость которых оп25 ределяется критерием Кауфмана: л1:(л/0)a я " ф /, кс где
Известный способ регулирования длины дугового промежутка вакуумной дуговой электропечи путем усреднения мгновенных значений напряжения печи не обеспечивает точного однозначного поддержания дугового промежутка, Iro нарушает структуру с IHTKOB.
Отличительнои особенностью предлагаемого способа является то, что из всех мгновенных значений напряжения дуги отбирают и усредняют только минимальные их значения, соответствующие действительной длине дугового промежутка.
Длина дугового промежутка в дуговой вакуумной печи. используемой для выплавки специальных сталей, сплавов, титана и его сплавов в значи гельной степени определяет структуру и качество получаемого слитка.
Существующий способ регулирования длины дугового промежутка, основанньш на использовании приближенного уравнения дугового разряда U, =a+Pl,, предполагает равенство между длиной дуги и длиной дугового промежутка где U -- напряжение дуги, в; и — всличипа анодно-катодного падения потенциала, в; ! — продольный градиент напряжения стол ба дуги, в/слт;
Л1, — начальное возмущение в i-й дуге;
213994
R„, — сопротивление электрического контура печи;
ЕIД
R 4,; —— — — дифференциальное сопротивД» ление 1-й дуги;
1 — индуктивность электрического контура печи;
Л1, — приращение тока -й дуги;
l — время.
По достижении дугой критической длины, когда ее дифференциальное сопротивление
dU становится равным сопротивлению коротdl кой сети, дуга теряет устойчивость и гаснет, а в электрическом контуре печи возникает бросок тока, равный току погасшей дуги, время распада которой менее 0,5 10 з сек. Поэтому индуктивность электрического контура печи генерируст значительной величины э.д.с. самоиндукции
» -» 1нр»»т
»- си — 1.нс д рас»» где Л1нрит — значение тока 1-й дуги в момент ее погасания; 25
Мр„п — время раопада катодного пятна
i-й дуги.
Благодаря инерционности тепловых и ионизационных процессов ток оставшихся дуг не может возрасти скачком, и напряжение на 30 них возрастает до тех пор, пока не будет ликвидировано возмущение, внесенное погасшей дугой во весь ансамбль параллельных каналов разряда.
Скорости этих процессов таковы, что подь- 35 ем и спад напряжения на электродах печи носит характер импульса длительностью ЗОО—
600 млсек.
Восстановившееся состояние не является равновесным, так как достигает критической 40 длины и гаснет следующая дуга, и процесс приобретает релаксационный характер (высокочастотный шум). Остаются 2-3 дуги большой длины с высокой плотностью тока, благодаря чему их катодные пятна дробятся и 45 образуют группы катодных пятен. Распад дуг, опирающихся на такую группу пятен,.происходит почти одновременно и вызывает такой подъем напряжения»а электродах печи, что на торце электрода образуется новое ка- 50 тодное пятно, ток в котором стремительно нарастает. В результате пятно дробится, и образовавшиеся «осколки» вытесняются н» кромку электрода. Этому моменту соответствует наименьшее напряжение дуги и ее наи- 55 меньшая длина, близкая к длине дугового промежутка (фиг. 3).
Таким образом, вакуумная сильноточная дуга не является стационарной, состоит из серии отдельных одновременно существующих 60 дуг различной длины, так что эквивалентная длина вакуумной дуги всегда больше длины дугового промежутка
1эни ) 1л р.
ГДЕ 1 д нани » дар среднее напряжение дуги в моменты времени, когда ее длина равна длине дугового промежутка; среднее значение амплитуд положительных отклонений высокочастотного шума в напряжении дуг »н среднее значение напряжения дуги.
Считая, что электрод является эквинотенциальной поверхностью и принимая аноднокатодные падения потенциала отдельных параллельных каналов разряда одинаковыми, можно заключить, что градиент напряжения дуги обратно пропорционален ее длине:
U,- = U„= U = z, +,l, = 7п, + )„l„ или j3,1, = » „ П
3. = ЗП
» — » и
» где Гп — напряжение печи; о,, »3,, l, — соответственно анодно-катодное падение, продольный градиент напряжения и длина i-й дуги.
Это подтверждается экспериментом.
Нр4» существующем способе регулирования длины дугового промежутка дуговой вакуумной печи используется среднее эквивалентное напряжение дуги, соответствующее ее эквивалентной длине.
Так как эквивалентная длина дуги в 2-3 раза больше длины дугового промежутка, то регулятор в этом случае вынужден работать при меньшем градиенте на»пряжения р, следовательно, с большей статической ошибкой
;), зависящей от градиента столба дуги, чем это было бы при l, = 1,иф
П.!
V»
К
Π— величина статической ошибки системы регулирования, мм, V„„— скорость плавки, им1.иин, К вЂ” суммарный коэффициент усиления системы регулирования.
В предлагаемом способе для ликвидации подкорачивания дугового промежутка, обеспечения работы регулятора при максимально возможном при данных условиях градиенте напряжения дуги, уменьшения статической ошибки регулирования и улучшения статической ошибки структуры получаемых слитков в соответствие с физикой вакуумного дугового разряда из всех мгновенных значений напряжения дуги выбираются и усредняются только те значения, которые соответствуют кратчайшей дуге, когда 1,, l ð, Измерение напряжения, соответствующего этому моменту времени. может быть осуществлено посредством интегрирующей цепи с временем интегрирования не менее 0,7 сек по уравнению
1 д нани — 1 д сред 1 дп» ()»
213994 фиг юг Z
Одной из возможных реализаций указанного способа может быть схема, показанная на фиг. (фиг. 4).
Напряжение, снимаемое с печи, пропускается через фильтр нижних частот 1, выделяющий среднее значение напряжения печи U,ð. и поступает на диодный накопитель 2, образованный емкостями С>, C„, диодами D>, D и сопротивлением R, с выхода которого снимается напряжение, равное среднему значению амплитуд положительных отклонений высокочастотного шума напряжения печи (Уг (+)). Полученные сигналы в противофазе подаются на входс решающего устройства 8, которое обеспечивает выполнение операции алгебраического суммирования и выдает на вход регулятора 4 напряжение, соответствующее длине дугового промежутка.
Предмет изобретения
Способ регулирования длины дугового промежутка вакуумной дуговой электропечи в функции напряжения печи путем усреднения мгновенных значений напряжения, атличаю10 и ийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и улучшения структуры получаемого при дуговой плавке слитка, из всех мгновенных значений напряжения дуги выбирают и усредняют только минимальные их
15 значения, соответствующие действительной длине дугового промежутка.
213994 г,5ОО ЗОЮгг юг 3
Составитель А. Обух
Редактор П. А. Вербова Техред Г. М. Новикова Корректоры; Т. Д. Чунаева и А. П. Васильева
Заказ 1395/11 Тираж 530 Подписное
Ц!1ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
Типография, пр. Сапунова, 2
