Файл: Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками.pdf

проведения исследовательских работ для определения влияния электрического обогрева на качество металла слитков.

Исследования по влиянию электрообогрева на качество слитка проведены на заводе Мотала Веркштад (Швеция) со слитками из мягкой, нелегированной стали: бесприбыльными с квадратным сечением 300x300 мм и с прибыльными, причем масса последних слитков составляла 10 и 20 т. В результате анализов и исследова­ ния макроструктуры бесприбыльного слитка установлено, что вклю­ чения серы в верхней части слитка оказались мельче, чем в теле слитка. Ярко выраженного пика сегрегации серы не наблюдалось. Содержание марганца в зоне, примыкающей к поверхности слитка, несколько ниже, чем в разливаемом металле [1021.

Исследования 10- и 20-т слитков показали, что в этом случае возникает зона повышенного содержания углерода, включающая прибыльную часть и распространяющаяся до 75 мм в тело слитка. Повышение содержания серы наблюдалось только в самой верхней части слитка. Исследование 20-т слитков ультразвуковым методом показало, что осевая часть обогреваемого слитка в верхней его зоне (до глубины примерно 600 мм) получается существенно качественнее, чем необогреваемого. В средних и нижних частях слитков отличие несущественно.

Кроме того, в результате этих исследований установлено, что Ѵ-образная ликвация при электрообогреве практически отсутствует, а Д-образная ликвация значительно снижается, в то время, как в обычных слитках ликвация этих видов достаточно большая.

Влияние электродугового обогрева на строение стального слитка исследовано также на заводе Райсхольц в Обербильке (ФРГ) [103]. Исследования проводили на слитках массой 17,9 т из металла одной плавки. При сопоставлении макроструктуры продольных разрезов слитков установлено, что в отношении сегрегации обогреваемый слиток оказался несколько лучшим, чем необогреваемый. Полосы сегрегации на отпечатках по способу Баумана в первом случае распределены более равномерно, а содержание серы и фосфора ниже, чем во втором. Разности между максимальными и минимальными значениями сегрегации углерода оказались примерно одинаковыми для обоих слитков. Особого влияния обогрева на нижнюю часть слитка не обнаружено, если не считать некоторой деформации конуса осаждения обогреваемого слитка (конус становится ниже, но шире), что, по мнению авторов [103], объясняется некоторым замедлением кристаллизации у стенок изложницы.

Исследования по оценке влияния электрических методов обогрева прибылей на качество слитков проведены на заводе «Электросталь». Качество металла проверяли на макротемплетах, взятых из голов­ ных, средних и хвостовых частей слитков из сталей ЭР9 и ЭР 18. Оценка макротемплетов показала, что макроструктура слитков, отлитых с обогревом, несколько лучше (меньше балл по центральной пористости) макроструктуры слитков, отлитых без обогрева. Испы­ тания по определению содержания газов в металле показали (табл. 19), что электродуговой обогрев прибылей не оказывает существенного

196

влияния на содержание газов в слитке, причем распределение газовых включений по высоте обогреваемых слитков получается очень равно­ мерным.

Результаты исследования влияния электродугового обогрева на образование флокенов в высоколегированных сталях показали, что абсолютное содержание водорода в жаропрочной стали уменьшается и, следовательно, снижается склонность стали к флокенообразованию.

Анализируя данные о структуре металла слитков, отлитых обычным способом и с использованием электродугового обогрева, можно представить их внутреннее строение обобщенными схемами (рис. 97).

Сравнение этих схем позволяет сделать следующие выводы о влия­ нии электродугового обогрева на внутреннее строение слитков. Размеры усадочной раковины в слитках, отлитых с обогревом, зна­ чительно меньше, а сама усадочная раковина сосредоточена в верх­ ней части прибыли, в то время, как в слитках без обогрева она оказывается распределенной по значительной части прибыли. Сли­ ток с обогревом характеризуется более плотной осевой зоной 5, в то время, как в этой зоне необогреваемого слитка наблюдается особенно много дефектов, объясняемых тем, что при внезапном за­ твердевании неметаллические включения и газовые пузыри задер­ живаются именно на этом участке. Нижний конус 6 обратной ликва­ ции (ликвация по удельному весу) в слитке с обогревом меньше,

197

Р и с . 97. Внутреннее строе­ ние слитка:

а — для слитка с обогревом;

верхностный слой; 3 — зоны столбчатых кристаллов; 4 — область частично дезориен­ тированных кристаллов; 5 — осевая часть слитка; 6 — зона залегания нижнего ко­ нуса; 7— зона застывающих в последнюю очередь кри ­ сталлов

Таким образом, при электродуговом обогреве прибыльной части слитков улучшается строение как прибыльной части, так и тела слитка, улучшается структура металла слитка, почти полностью устраняется осевая рыхлость слитка, значительно уменьшается зона залегания нижнего конуса и создается более благоприятная ориен­ тация дендритов.

3. Управление процессом электрического обогрева прибыльной части слитка

Автоматические регуляторы .обогрева прибылей можно класси­ фицировать по параметру регулирования на следующие типы:

1)регуляторы тока;

2)регуляторы, поддерживающие постоянное напряжение на

участке электрод—слиток; 3) регуляторы мощности, регулирующие по силе тока и напряже­

нию на участке электрод—слиток.

По конструктивному и схемному оформлению существующие регуляторы обогрева прибылей слитков можно подразделить на следующие типы:

1)релейно-контакторные регуляторы;

2)с электромашинными усилителями;

3)с магнитными усилителями;

4)с электронными усилителями;

5)с электромагнитными муфтами трения;

6)на тиристорах.

Большинство установок подогрева прибыльной части слитка оснащено автоматическими электромашинными регуляторами типа РМД (см. рис. 13).

198

Поскольку электромашинные усилители с поперечным полем оказались недостаточно надежными в эксплуатации, начали приме­ нять регуляторы, не имеющие вращающихся машин (кроме испол­

нительного двигателя).

На рис. 98 представлен регулятор по току и напряжению дуги, выполненный на основе магнитного усилителя и дифференциального механизма для перемещения электрода [104].

Механизм регулирования длины дуги имеет привод, который состоит из двух двигателей — постоянного ДП и переменного ДГ тока и дифференциального механизма ДМ. При включении на пульте универсального переключателя двигатель трехфазного тока ДГ получает питание от сети и начинает опускать головку с электродом

кслитку с постоянной скоростью.

Вмомент замыкания электрода на металл возникает максималь­

ная сила тока в якоре двигателя постоянного тока ДП (для подъема электрода), начинающего вращаться со скоростью, превышающей скорость вращения мотора трехфазного тока. Электрод при этом поднимается с образованием дуги, длина которой по мере подъема электрода возрастает с одновременным уменьшением силы тока на дуге, поэтому скорость вращения мотора постоянного тока ДП понижается, постепенно выравнивается со скоростью, вращения дви­ гателя ДГ и электрод перестает перемещаться. По мере обгорания электрода длина дуги возрастает и скорость вращения мотора по­ стоянного тока ДП становится меньше скорости вращения двига­ теля ДГ, под воздействием которого электрод начинает опускаться. Изменение напряжения дуги вызывает изменение силы тока подмагничивания магнитного усилителя МУ (обмотки ОМУ), что также вызывает изменение числа оборотов двигателя постоянного тока.

Основным достоинством рассмотренной схемы является то, что скорость движения электрода зависит от величины отклонения пара-

Р и с . 98. Принци­ пиальная схема регу­ лирования подогрева с использованием маг­ нитного усилителя в цепи двигателя авто­ матической сварочной головки (ШО — шунтовая обмотка Д П )

199

Р и с . 99. Принципиаль­ ная схема регулирова­ ния подогрева с приме­ нением электронных ламп {ВС — выпрями­ тель)

метров от заданных. При уменьшении этого отклонения скорость движения электрода уменьшается и, следовательно, исключается

возможность перерегулирования.

Недостатком такой схемы можно считать тот факт, что при вы­ прямлении переменного тока селеновыми выпрямителями не исклю­ чается попадание в схему регулирования высших четных гармоник, которые могут дезориентировать работу схемы.

Зона нечувствительности регулятора составляет 5— 10%; ско­ рость перемещения электрода 1,0—1,5 м/мин; время разгона 0,4

0,5 с.

На рис. 99 показана принципиальная схема системы регулирова­ ния обогрева с усилителем на электронных лампах. Схема исполь­ зует в качестве параметра регулирования напряжение на дуге. Принцип работы схемы заключается в том, что в ходе процесса осу­ ществляется регулирование длины дуги при помощи шунтового дви­ гателя постоянного тока Д, который питается от двух триодов Л 2 и Л 3, управляемых пентодом Л ѵ Если в процессе обогрева напряже­ ние на дуге окажется ниже того, которое соответствует напряжению на задатчике (например, при приближении электрода к поверх­ ности металла на расстояние, меньше допустимого), то пентод запи­ рает триоды; двигатель при этом будет обесточен до тех пор, пока на дуге не восстановится напряжение, при котором пентод откроет триоды. В момент увеличения напряжения на дуге (удаление элек­ трода от поверхности слитка) пентод повышает напряжения на управляющих сетках триодов, вследствие чего двигатель быстрее

200

опускает электрод. Достоинства схемы — простота, малая инер­ ционность и малая стоимость. Недостатком схемы является необ­ ходимость применения триодов специального исполнения, рассчи­

танных на повышенную мощность.

За рубежом получили распространение регуляторы с магнитными усилителями и реверсивной электромагнитной муфтой трения [105]. В качестве параметров регулирования использованы сила тока дуги и напряжение на участке электрод—слиток.

Постоянно вращающийся мотор переменного тока через электро­ магнитную муфту трения связан с барабанным механизмом. Управ­ ление работой муфты осуществляется магнитными усилителями, которые имеют релейную характеристику, что обусловлено наличием обратной связи. В исходном состоянии схемы управляющие напря­ жения на обмотках электромагнитной муфты отсутствуют. При нару­ шении заданного режима работы установки один из магнитных уси­ лителей срабатывает и начинает питать обмотку соответствующей магнитной муфты. Одна из двух постоянно вращающихся в противо­ положных направлениях муфт сцепляется с валом механизма пере­ мещения электрода, и электрод начинает перемещаться в направле­ нии, соответствующем устранению нарушений режима. Зона не­ чувствительности этого регулятора составляет 5— 10%, время тор­ можения системы 0,3—0,5 с.

4. Программное управление процессом электрического обогрева прибыльной части слитка

Дуговой обогрев прибыльной части слитков находит все большее применение, так как обеспечивает значительное повышение выхода годного металла. Для получения плотного металла верха слитка при существенно уменьшенной прибыльной части необходимо под­ держивать оптимальный электрический режим обогрева, соблюдая

его стандартность от плавки к плавке.

ВНИИАчерметом с участием завода «Электросталь» разработана система автоматического программного управления типа СПО-120, позволяющая полностью автоматизировать управление процессом дугового обогрева прибыльной части слитков [106]. Система СПО-120 осуществляет управление процессом по заданной программе; позво­ ляет выдержать график изменения силы тока в пределах 350— 1250 А; поддерживает заданную силу тока с отклонениями, как правило, не превышающими ± 1 —2%; обеспечивает соблюдение технологиче­ ских интервалов обогрева с точностью ±0,5 мин и отключение установки после завершения плавки. Все указанные операции осу­

ществляются без вмешательства оператора.

На рис. 100 представлена принципиальная схема системы СПО-120. Система состоит из программного устройства и автоматического регулятора мощности на тиристорах. В состав автоматического регу­ лятора мощности входят измерительный блок ИБ, блок управле­ ния БУ, фазосдвигающее устройство ФСУ, тиристорный преобразо-

201