Патент на изобретение №2230808

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ПЛАВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в установках электродугового переплава в вакууме. Измеряют интенсивность излучения по крайней мере двух отдельных участков или двух отдельных линий спектра основы выплавляемого сплава в видимой области, полученные интенсивности делят друг на друга. Сравнивают результат с заданной допустимой величиной и по результатам сравнения судят о наличии того или иного разряда. Изобретение позволяет повысить надежность и чувствительность определения вида разряда, а также взрывобезопасность плавки. 1 ил.

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано в установках электродугового переплава в вакууме.

В зависимости от технологических параметров плавления (ток дуги, глубина вакуума в печи) и физических характеристик переплавляемого металла (Т_пл, Т_кип и т.п.) в печах для вакуумного дугового переплава могут быть реализованы несколько видов дугового разряда: нормальный (диффузный или контрагированный) и аномальный (“ионизация”).

Создание и поддерживание необходимой формы нормального разряда и исключение возникновения аномального разряда (“ионизации”) является обязательным условием для осуществления процесса вакуумного дугового переплава (ВДП).

Известен способ контроля процесса ВДП, при котором вид разряда (нормальный или аномальный) контролируют по косвенным параметрам – падению напряжения на дуге и резкому подъему давления в плавильной камере (Андреев Н.Л., Аношкин Н.Ф. и др. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. – М.: Металлургия, 1994, с.198-200, рис.72).

Известный способ обладает низкой надежностью, так как изменение напряжения может быть связано с изменением ряда технологических параметров: магнитного поля соленоида, силы тока дуги, давления паров и газов, длины дугового зазора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является известный способ контроля процесса ВДП, основанный на обнаружении выхода дуги в кольцевой зазор печи, заключающийся в измерении интенсивности длинноволнового излучения дуги и сравнения ее с допустимой величиной (авт. свид. СССР №362203, кл. G 01 J 5/18, публ. 1971 г.) – прототип.

Недостатком данного способа является малая надежность и чувствительность, вследствие того, что интенсивность длинноволнового излучения двух различных видов разряда (нормального и аномального), наблюдаемых в кольцевом зазоре, может быть одинаковой. Кроме того, по мере запыления гляделок оптической системы регистрируемая интенсивность излучения будет уменьшаться.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение надежности и чувствительности контроля вида разряда в процессе вакуумного дугового переплава, повышение взрывобезопасности процесса плавки.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля процесса вакуумной дуговой плавки, включающем измерение интенсивности излучения разряда и сравнение ее с наперед заданной допустимой величиной, согласно изобретению измеряют интенсивность излучения по крайней мере двух отдельных участков или двух отдельных линий спектра основы выплавляемого сплава в видимой области /(3,6-6,0)10^-7 м/, полученные интенсивности делят друг на друга, причем в качестве делимого берут интенсивность, увеличивающуюся при изменении вида разряда, а в качестве делителя – интенсивность, не изменяющуюся или уменьшающуюся при изменении вида разряда, сравнивают результат с наперед заданной допустимой величиной и по результатам сравнения судят о наличии того или иного вида разряда.

Различные виды дугового разряда характеризуются разными параметрами плазмы, прежде всего разной электронной температурой. Изменение электронной температуры приводит к изменению условий возбуждения атомов в плазме разряда и, как следствие, изменению интенсивности спектральных линий.

Согласно способу измеряют интенсивность двух достаточно узких спектральных интервалов, в которых расположены только те линии основы сплава (возможна одна линия), интенсивность которых меняется, т.е. однозначно повышается и понижается при изменении вида разряда.

Предлагаемая обработка сигнала исключает влияние оптических полей, связанных с движением разряда и запыленностью гляделок печи. Действительно, интенсивность излучения любого участка или отдельной линии спектра можно представить в виде следующей зависимости:

,

где У – интенсивность излучения,

L – расстояние от источника излучения до гляделки,

– коэффициент ослабления от запыленности гляделки,

– коэффициент отражения от ванны жидкого металла,

К – константа.

Тогда отношение интенсивности излучения двух любых участков или отдельных линий спектра – величина, не зависящая от переменных коэффициентов L, , , то есть

На чертеже приведена блок-схема устройства, с помощью которого достигается реализация способа, где 1 – оптическая система; 2 – диспергирующая часть; 3 – блок фотоприемников; 4 – блок усиления и деления; 5 – блок сравнения и формирования команд.

Излучение выводится по крайней мере из двух диаметрально противоположных точек зазора при помощи оптической системы 1 и посредством диспергирующей части 2 разлагается в спектр. Для контроля экспериментально были определены два участка спектра излучения в областях ~0,50 мкм и ~0,53 мкм. Выделенные участки спектра подаются в блок фотоприемников 3, каждый участок на свой фотоприемник. Световые потоки, преобразованные в электрические сигналы, подаются в блок усиления и деления 4. Полученное частное, выступающее как результирующий параметр, подается в блок сравнения и формирования команд 5, где происходит сравнение сигнала с наперед заданной величиной, принятой за допустимую. По результату сравнения судят о наличии определенного вида разряда, и если этот разряд аномальный, формируются команды на исполнительные цепи устройств, воздействующих на режим работы печи.

Предлагаемый способ контроля процесса ВДП по сравнению с известными позволяет повысить надежность и чувствительность определения вида разряда, своевременно устранить аномальный разряд и исключить опасность прожога кристаллизатора. Повышается взрывобезопасность процесса плавки.

Формула изобретения

Способ контроля процесса вакуумной дуговой плавки, включающий измерение интенсивности излучения разряда и сравнение ее с заданной допустимой величиной, отличающийся тем, что измеряют интенсивность излучения по крайней мере двух отдельных участков или двух отдельных линий спектра основы выплавляемого сплава в видимой области, полученные интенсивности делят друг на друга, причем в качестве делимого берут интенсивность, увеличивающуюся при изменении вида разряда, а в качестве делителя – интенсивность, не изменяющуюся или уменьшающуюся при изменении вида разряда, сравнивают результат с заданной допустимой величиной и по результатам сравнения судят о наличии того или иного разряда.

РИСУНКИ