DE2315545C3 - Einrichtung zum Programmregeln von Metallumschmelzprozessen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinrichtung zum Pro grammregeln von MeiaJIumschmelzprozessen nacl ίο dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung kann insbesondere in Regclkreisei von Elektroschlacken- und Vakuum-Lichtbogen-Um schmelzofen verwendet werden.

Insbesondere das Elektroschlackenumschmelzen isi ein periodischer Prozeß. Zur Erzielung einer hoher Umschmelzqualität ist es zweckmäßig, am Anfang des Umschmelzen, wenn die Umschmelzelektrode noch nicht durcherhitzt ist, die Regelgrößen nach einem vorbestimmten Programm in Abhängigkeit von laufender Zeit zu ändern. Nach Durcherhitzung der Umschmelzelektrode, wenn diese abzuschmelzen beginnt, ist es zweckmäßig, die Regelgrößen nach einem vorbestimmten Programm in Abhängigkeit von der Verstellung der Umschmelzelektrode zu ändern. Da die Umschmelzelektroden verschiedene Abmessungen haben und aus verschiedenen Legierungen hergestellt werden können. kann insbesondere die Regelgröße Temperatur, bei der das Abschmelzen der Umschmelzelektrode nach der Duaherhitzung beginnt, auch verschieden sein. Mit den bekannten Einrichtungen ist aber eine Programmänderung einer Regelgröße in Abhängigkeit von der Verstellung der Umschmelzelektrode, und /wai cm automatischer Übergang zur Programmändeiung einer Regelgröße in Abhängigkeit von der Verstellung der Umschmelzelektrode, unmöglich.

So sind ein Verfahren und eine Vorrichtung /ur Regelung der Kristallisation eines Metalls oder eines Halbleiters aus einer Schmelze bekanntgeworden (vgl. GB-PS 12 05 028). durch die die Zu- und Abfuhr von Wärme geregelt werden sollen, und /war unter Berücksichtigung der Niederschlagsgesi hwindigkeit der kristallisierten Schichten, um das kristallisierte Metall oder den Halbleiter homogener zu machen. Dabei wird ausschließlich die Niederschlagsgcschwindigkeit der kristallisierten Schichten auf einen Fet wert geregelt.

Ähnlich sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung des Abschmelzvorgangs von selbstverzeh renden Elektroden in metallurgischen Öfen in Abhängigkeit vom jeweiligen Ist-Ge.vicht der Elektrode und so von den elektrischen Eigenschaften der Strecke /wischen Elektrode und Schmelzbadspiegel bekannt (vgl. DT-OS 19 34 218) wobei eine vorgegebene Funktion des Soll-Gewichts der Elektrode in Abhängigkeit von der Zeit als erstes Signal dargestellt wird, welches laufend mit einem zweiten Signal verglichen wird, das dem jeweiligen Ist-Gewicht der Elektrode entspricht, und wobei die Differenz der Signale unter Berücksichtigung des Vorzeichens als Stellgröße einer Regelvorrichtung zugeführt wird, welche die Energiezufuhr zum Ofen beto einflußt. Auf diese Weise soll eine möglichst gleichförmige Wärmezufuhr zum Schmelzbad erreicht werden.

Schließlich ist eine Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elcktroraffination von Metallen bekannt geworden (vgl. DT-OS i9 24 3b4), die eine Einrichtung ⁶S zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der verbrauchbaren Elektrode und der Form aufweist, in der IngGi gebildet und in deren Schlackenbad die Elektrode eintaucht sowie eine Vergleichseinrichtung zum

IO

der Wachstumsist- und der WachstumsrSwindtgkeit des Ingots und zum Erzeugen eines !^Differenz der beiden Geschwindigkeiten cha- ^&l «Irischen Differenzsignals und durch eine in Ab-

^keit vom Diiferenzsignal gesteuerte Steuervor- *?" zur Steuerung der Speisespannung zwischen richtung · · _{bzw zum} Konstantreecln der Ver- ^^k"h Swindigkeit der Elektrode auf den Wert, Λ* Wachstumssollgeschwindigkert des Ingots ent-A i llen die Tieie und die Form der flüssi-

Jht Damit sollen die Tieie und die Form der flüssi- ·ο ^Metallschmelze innerhalb erwünschter Grenzen

^kifSbi'^ies^n bekannten Einrichtungen, die hr nder weniger auf aus der allgemeinen Regeltech-■f hteitbare Regelprinzipien gerichtet sind, ist es Auf-

k der Erfindung e.ne Einrichtung zum Programm-⁸In von Metallumschmelzprozessen zu schaffen, d.e Se P ogran.mänderung der Regelgröße bzw. des ppaelparameters nicht nur in Abhäng.gke.t von der η r des technologischen Prozesses ermöglicht, son- ?^ auch einen automatischen Übergang zur Pro-Snmändenmg der Regelgröße in Abhängigkeit von E Verstellung der Umschmelzelektrode wöbe, verthiedene Werte der Regelgröße vorgegeben werden Ennen. bei deren Erreichen der automatische Über- ^|aKe^ntAufgabe wird durch die lehre nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst

nie durch die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglichte Programmänderung der Regelgröße sowoi.l.η AhMneiekeit von laufender Zeit als auch in Abhängigen der Verstellung der Umschmelzelektrode gc-•hrli-istet eine stabilere Arbeitsweise des Elckiro-Α η Umschmelzofens. eine Verbesserung der Metallstruktur und der Oberflächenbeschaffenhcit des 3s Stücks sowie eine leichtere Schwindlunkerbese.uping. was zu einer Qualitätsverbesserung des umgc- -Qrhmolzenen Metalls führt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung durch d.e Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fi 2 I das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Programmregeln von Metallum-Schmelzprozessen und .

F i β 2 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung /um Proyrammrcgeln von Metallumschmelzpro-^ZeSfeⁿ Sichtung zum Programmregeln von Elcktroschlacken-Metallumschmelzprozessen hat einen S.gnalum ormer 1 (F 1 g. 1) der mechanischen Verstellung der Umschmelzelek'ode in ein elektrische, Signal, der einen kontak.losen Induktionsgeber 2 sowie !olgende m Reihe geschaltete Bestandteile enthält: einen Synchronmotor 3, ein Untersetzungsgetriebe 4 ein D.ffc_ rent.algetriebe 5, eine elektromagnetische Kupplung und ei" zweites Untersetzungsgetriebe 7 das mit emer Einrichtung 8 zur Verstellung der Umschaltelcktrode 9 ^

"King hat auch einen Steucrblock 10, an dessen Eingang der kontaktlose Indukt.onsgeber 2 an_ge chbs en wird, und an die entsprechenden Ausgange des Steuerblocks 10 werden parallelgeschaltcte Blocke 11 und 12 zur Programmänderung des Regelparamc- Cs eni der Synchronmotor 3 sowie die elektromagnetische Kupplung 6 des Signalumformers 1 angeschlossen Die Ausgänge der Blöcke 11 und 12 sind an einen Ölen 13 der Elektroschlackenumschmelzung angeschlossen.

Jeder der Blöcke 11 (F i g. 2) und 12 enthält ein Bandlaufwerk mit einem Synchronmotor 14 und Leitringe 15,15', die mit dem Synchronmotor 14 mechanisch ver bunden sind, ein Band 16 mit graphischer Darstellung: A für den Block 11 und B für den Block 12 der Änderung des Regelparameters, wobei A die Änderung des Umschmelzstroms und B die Spannungsänderung des Elektroschlacken-Umschmelzofens bedeutet, wobei als Regelparameter ebenfalls entweder der aktive Widerstand der flüssigen Schlacke im Elektroschlacken-Umschmelzofen oder die im Elektroschlacken-Umschmelzofen abgegebene Leistung gewählt werden kann.

Das Bandlaufwerk jedes der Blöcke U und 12 verstellt das Band 16 mit der graphischen Darstellung A für den Block 11 und B für den Biock 12. die in ein entsprechendes elektrisches Signal durch ein in jedem der Blöcke 11 und 12 enthaltene fotoelektrische Folgesystem umgewandelt werden.

Das fotoelektrische Folgesystem hat einen Kraftverstärker 17, einen Schiuten 18 mit einer Aufhellungslampe 19 und einem Fotowiderstand 20, der an den Eingang des Kraftverstärkers 17 .^geschlossen ist. einen mit dem Ausgang des Kraftverstärker 17 verbundenen Asynchronmotor 21, der mit dem Schlitten 18 mechanisch verbunden ist, und einen Schleif- oder Meßdraht 22, wobei das Ende 23 eines seiner Zweige und ein Gleitschieber 24 mit einem Ausgangsverstärker 25 verbunden sind, während der Gleitschieber 24 des Schiendrahts 22 mit dem Schlitten 18 mechanisch verbunden ist. Der Schle.fdraht 22 wird über dem Bandlaufwerk parallel zur Bandoberfläche 16 angeordnet.

Jeder der Blöcke 11 und 12 zur Programmänderung de- Regelparameters enthält auch eine Skala 26 der Werte des Regclparametcrs. die von O bis 100% eingeteilt ist. _r. .

leder der beiden Blöcke 11 und 12 hat erfindungsgemäß einen elektrischen Druckknopf 27, der sich längs der Skala 26 verstellen läßt und auf einen Wert der Skala 26 fixiert wird entsprechend dem gewählten Punkt auf der graphischen Darstellung A für den »lock 11 bzw. B für den Block 12.

Der elektnsche Druckknopf 27 jedes der Blocke und 12 wird so angeordnet, daß der Schlitten 18 bei seinem Verschieben nach der graphischen Darstellung Ά für den Block 11 und ß für den Block 12 auf diesen Knopf mechanisch einwirken kann. .

Der elektrische Druckknopf 27 des Blocks Il .si an Trigger 28 und 29 des Steuerblocks 10 angeschlossen, in dem auch vorhanden sind ein Thyristorverstärker 30, der mit dem Trigger 28 durch einen Transistorverstärker 31 verbunden ist und einen Thyr.storverstarkei der mit dem Trigger 29 durch einen Inverter 33 verbunden ist und an den der Ausgang des kontaktlose.Induktionsgebers 2 durch inverter 34 und 35 angeschlos, sen ist. Im Steuerblock 10 ist eine Stromversorgung

[)erAusgang des Thyristorverstärkers 32 des Steuerblocks 10 wird an die parallelgeschalteten Synchronmotoren 14 der Bandlaufwerke der beiden Blocke und 12 zur Programmänderung d« Regelparameters und an den Synchronmotor 3 des Signalumformer

Teg des Thynstorverstärkers30d_essteu₆ blocks 10 wird an die elektromagnetische Kupp ung des Signalumformers 1 angeschlossen, die mit dem Sonnenrad 37 des Differentialgetriebes 5 verbunden ,st Das Differentialgetriebe 5 des Signalumformers

hat auch ein zweites Sonnenrad 38. das durch das Untersetzungsgetriebe 4 mit dem Synchronmotor 3 verbunden ist, ferner Satellitenräder 39 und 40 und einen Lenker 41, auf dem eine Metallplatte 42 befestigt wird, die im Spalt 43 zwischen den Wicklungen 44 des kontaktlosen Induktionsgebers 2 eingeführt ist.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Programmregeln von Elektroschlackcn-Mctailumschmelzprozessen sei von dem Zeitpunkt an betrachtet, zu dem der Operateur den elektrischen Druckknopf 27 des Blocks 11 auf dem entsprechenden Wert der gewählten Größe der graphischen Darstellung A der Änderung des Umschmelzstroms eingestellt und fixiert und die Einrichtung an das Stromnetz angeschlossen hat. wobei die Netzspannung der Stromversorgung, dem Snychronmotor 14 und dem Asynchronmotor 21 jedes der Blöcke 11 und 12, der Stromversorgung 36 des Steuerblocks 10 und dem Synchronmotor 3 des Signalumformers 1 zugeführt wird. (In der Zeichung sind die Netz- und Speisespannungsklemmen der obengenannten Verbraucher sowie die Stromversorgung der beiden Blöcke 11 und 12 nicht gezeigt.)

Von der Stromversorgung jedes der Blöcke 11 und 12 wird gespeist die Aufhellungslampe 19 des Schlittens 18 des fotoelektrischen Folgesystems, der Kraftverstärker 17, der Schleifdraht 22 und der Ausgangsverstärker 25. während von der Stromversorgung 36 des Steucrblocks 10 die Transistorschal'ungen des Steuerblocks 10 und der kontaktlose Induktionsgeber 2 gespeist werden.

Nach dem Zuführen der Speisespannung wird vom Ausgang des Triggers 28 des Steuerblocks 10 ein Signal an den Eingang des Inverters 35 gegeben, der bis zur Zustandsänderung des Triggers 28 geöffnet bleibt, während vom Ausgang des Triggers 29 kein Signal an den mit ihm verbundenen Inverter 33 gelangt, der geschlossen bleibt und von dessen Ausgang ein Öffnungssignal an den Thyristorverstärker 32 gelangt, dessen Ausgangssignal den Synchronmotor 3 sowie die Synchronmotoren 14 jedes der Blöcke 11 und 12 in Bewegung setzt.

An den Transistorverstärker 31 gelangt kein Signal vom Trigger 28, so daß dieser seinerseits den Thyristorverstärker 30 nicht öffnet, der der elektromagnetischen Kupplung 6 keine Spannung zuführt, weshalb sie auch ausgerückt bleibt.

Der Motor 3 treibt über das Untersetzungsgetriebe 4 das Sonnenrad 38 des Differentialgetriebes 5 an, mit dessen Hilfe die Satellitenräder 39, 40 gedreht werden und ihre Drehung auf das Sonnenrad 37 übertragen; da aber das Sonnenrad 37 infolge der ausgerückten elektromagnetischen Kupplung 6 sich frei um seine Achse dreht, bleibt der Lenker 41 mit der auf ihm befestigten Metallplatte 42 unbeweglich.

Gleichzeitig aber zieht das Bandlaufwerk jedes der Blöcke 11 und 12 mit konstanter Geschwindigkeit das Band 16 mit der graphischen Darstellung A für den Block 11 und B für den Block 12 hindurch, das bei seiner Bewegung unter dem Fotowiderstand 20 des Schlittens 18 des fotoelektrischen Folgesystems den Schlitten 18 der beiden Blöcke 11 und 12 zwingt sich entsprechend der graphischen Darstellung A für den Block 11 und B für den Block 12 zu verstellen.

Entsprechend verstellt sich auch der Gleitschieber 24 des Schleifdrahtes 22. der mit dem Schlitten 18 mechanisch verbunden ist und überträgt dabei das veränderliche Signal an den Eingang des Ausgangsverstärkers 25. wodurch am Ausgang des Verstärkers 25 jedes der Blöcke 11 und 12 ein elektrisches Signal erscheint, das der graphischen Darstellung A der Änderung des Umschmelzstroms für den Block 11, und B, der Spannungsändcrung des Elektroschlackcn-Umschmelzofens für den Block 12 je nach der Dauer des technologischen Prozesses entspricht. Die Ausgangssignale der Blöcke 11 und 12 werden dem Eleklrosclilackcn-Umschmcl/-ofen 13 zugeführt.

Bei der Verstellung des Bandes 16 erreicht die gr;iphische Darstellung A den vom Operator gewählten Wert, bei dem der Schlitten 18 mit der Aufhcllungslampe 19 und dem Fotowiderstand 20 auf den elektrischen Druckknopf 27 mechanisch einwirkt, der beim Schließen den Übergang von der Programmänderung des Umschmelzstroms un'i der Spannung des Elektroschlacken-Umschmelzofens je nach der Dauer des technologischen Prozesses zur Programmänderung der genannten Parameter je nach der Verstellung der Umschmelzelektrode bewirkt, und zwar durch Übertragung des Signals der Stromversorgung 36 des Steuerblocks 10 an die Eingänge der Trigger 28 und 29. die dabei umkippen, wobei der Inverter 33 geöffnet wird und von seinem Ausgang kein Öffnungssignal zum Thyristorverstärker 32 gelangt, während der Transistoi ν orstärker 31 den Thyristorverstärker 30 öffnet, dessen Ausgangssignal die elektromagnetische Kupplung 6 speist, die beim Einrücken das Sonnenrad 37 des Differentialgetriebes 5 mit dem Untersetzungsgetriebe 7 starr verbindet, das mit dem Triebwerk 8 zur Vcrstellung der Umschmelzelektrode 9 mechanisch verbunden ist.

Dabei wird die Verstellung der Umschmelzelektrode 9 über das Untersetzungsgetriebe 7, die elektromagnetische Kupplung 6 und das Sonnenrad 37 des Differentialgetriebes 5 auf den Lenker 41 mit der auf ihm befestigten Metallplatte 41 übertragen, die bei ihrer Verstellung aus dem Spalt 43 zwischen den Wicklungen 44 des kontaktlosen Induktionsgebers 2 um eine Strecke herauskommt, die ausreicht, daß am Ausgang des Gc bers ein Relaissignal erscheint, das über die Inverter 34 und 35 des Steuerblocks 10 den Thyristorverstärker 32 öffnet, von dessen Ausgang ein Signal kommt, das den Synchronmotor 3 und gleichzeitig den Synchronmotor 14 jedes der Blöcke 11 und 12 antreibt.

Der Synchronmotor 3 dreht über das Untersetzungsgetriebe 4 im entgegengesetzten Sinne das Sonnenrad 38 und den Lenker 41 des Differentialgetriebes 5 mn der auf ihm befestigten Metallplatte 42. die bei ihrer Verstellung in den Spalt 43 zwischen den Wicklungen 44 des kontaktlosen Induktionsgebers 2 so lange sich hineinbewegt bis am Ausgang des kontaktlosen Induk tionsgebers 2 das Relaissignal verschwindet das über die Inverter 34 und 35 und den Thyristorverstärker 32 den Synchronmotor 3 des Signalumformer 1 sowie den Synchronmotor 14 jedes der Blöcke 11 und 12 antreibt

Der Thyristorverstärker 32 wird geschlossen, und der Synchronmotor 3 des Signalumformers 1 sowie der Synchronmotor 14 jedes der Blöcke 11 und 12 bleiben so lange stehen, bis die Verstellung der Umschmelzelektrode 9. die vom Triebwerk 8 über das Unterset Zungsgetriebe 7, die elektromagnetische Kupplung 6. das Sonnenrad 37 und den Lenke 41 auf die Metallplatte 42 übertragen wurde, letztere zwingt, wieder aus dem Spalt 43 zwischen den Wicklungen 44 des kontakt losen Induktionsgebers 2 herauszukommen, wodurch an dessen Ausgang wieder ein Relaissignal erscheint. das über die Inverter 34 und 35 auf den Thyristorvcr

stärker 32 einwirkt, dessen Ausgangssignal den Synchronmotor 3 und den Synchronmotor 14 jedes der Blöcke 11 und 12 wieder anläßt. Bei einer weiteren Verstellung der Umschmelzelektrode 9 wird der oben beschriebene Vorgang mehrmals wiederholt.

Somit verstellt das Bandlaufwerk jedes der Blöcke 11 und 12 das Band 16 mit der graphischen Darstellung A. der Änderung des Umschmelzstroms für den Block 11. und B der Spannungsänderung des Elektroschlacken-

Umschmelzofen für den Block 12. je nach der Verstellung und proportional dem Verstcllungswert der Umschmelzelektrode 9.

Die erläuterte Programmeinrichtung ermöglicht die Verwirklichung eines Regelprozesscs, der sich auszeichnet durch eine Programmänderung der Regelparameter nicht nur in Abhängigkeit son der Dauer des technologischen Prozesses, sondern auch von der Verstellung der Umschmelzelektrode 9.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Programmregeln von Mctalluinschmelzprozessen, z. B. von Elektroschlackenumschmelzung. durch Regelung eines bestimmten Parameters, insbesondere des Umschmelzstroms bzw. der Spannung des Elektroschlucken-Urischmelzofens, des aktiven Widerstands der flüssigen Schlacke des Elektroschlacken-Umschmelzofens oder der im Elektroschlacken-Umichmelzofen abgegebenen Leistung je nach der Dauer des technologischen Prozesses, mit einem Block zur Programmänderurig des Regelparameters einschließlich eines fotoelektrischen Folgesystems und eines Bandlaufwerks, eines Bandes, auf dem die jeweilige Änderung des Regelparameters graphisch dargestellt ist. eines Ausgangsverstärkers und einer Skala der Parameterwerte, wobei das Bandlaufwerk einen Synchronmotor und Leitringe enthält, die mit dem Synchronmotor mechanisch verbunden sind, während das fotoelektrische Folgesystem aufweist einen Kraftverstärker, einen Schlitten mit einer Aufhellungslampe und einem an den Eingang des Kraftverstärkers angeschlossenen Fotowiderstand, einen mit dem Ausgang des Kraftverstärker* verbundenen Asynchronmotor, der mit dem Schlitten mechanisch verbunden ist und einen Schleildraht, der über dem Bandlaufwerk parallel /ur Bandoberfläche angeordnet und an den Ausgangsverstärker angeschlossen ist, wobei der Gleitschieber des Schleifdrahtes mit dem Schlitten mechanisch verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Signalumformer (ü) der mechanischen Verstellung der Umschmelzelektrode (9) in ein elektrisches Signal hat. der einen kontaktlosen Induktionsgeber (2) und folgende, in Reihe geschaltete Teile enthält: einen Synchronmotor (3), ein Untersetzungsgetriebe (4), ein Differentialgetriebe (5) mit zwei Sonnenrädern (37, 38), zwei Satellitenrädern (39, 40) und einem Lenker (41). auf dem eine Metallplatte (42) befestigt ist. eine elektromagnetische Kupplung (6) sowie ein zweites Untersetzungsgetriebe (7), das mit der Stelleinrichtung (8) der Umschmelzelektrode (9) mechanisch verbunden ist. wobei die Metallplatte (42) in einen Spalt (43) zwischen den Wicklungen (44) des kontaktlosen Induktionsgebers (2) eingeführt ist. der an den Eingang des Sleuerblocks (10) angeschlossen ist, dessen entsprechende Ausgänge mit dem Synchronmotor (3) und der elektromagnetischen Kupplung (6) des Signalumformer (1) und mit dem Synchronmotor (14) des Bandlaufwerks des Blocke (H) /ur Programmänderung des Regelparameters verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen 'weiten Block (12) zur Propammänderung des Regelparaneters, ähnlich dem ersten Block (11) zur Programmänderung des Regelparameters, der angeschlossen ist an den Ausgang des .Steuerblocks (10) parallel zum ersten Block (11) zur Programmänderung des Regdpaiamelers.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Block (II. 12) zur Programmänderung des Regelparamctcrs einen elektrischen Druckknopf (27) hat, deren einer angeschlossen ist an den Steuerblock (10) zur Durchführung des Übergangs von der Programmänderung des Regelparameters nach der Dauer des technologischen Prozesses auf die Programmänderung de Regelparameters nach der Verstellung der Um schmelzelektrode (9).