试探影响真空自耗电极熔炼炉供电直流电源稳定性的因素

的大小;

　　4)炉内真空度的高低;

　　5)坩埚冷却水温的高低;

　　6)稳弧电流的大小。

　　根据我们对近百台真空熔炼炉与电源的调试体会，上述因素对直流电源电压电流稳定性的影响表现在：

　　(1)直流电源自身调节性能首先取决于所用供电直流电源的方案，采用整流变压器一次饱和电抗器一次侧调压，整流变压器二次侧晶闸管相控整流的方案，因属电磁调节，调节响应时间为秒级，因而直流电流的稳定性不可能做的很高，表现出应用时输出直流电压与电流的波动都比较大，采用整流变压器二次侧晶闸管可控整流的方案，因闭环调节器的响应时间为毫秒级，因而在闭环调节器的参数整定好后，具有很好的快速调节性能，当弧压波动较大时，它可以提供很好的稳流特性，但需直流电源输出电压快速变化来保持电流稳定。

　　(2)炉内真空度越高，被熔化电极与已熔化完的金属之间电阻的影响越小，电流的波动就越小，真空度不好与波动可视同等效为该等效电阻波动，所以电压与电流就波动。

　　(3)坩埚冷却水温的高低虽然不直接参与影响直流电源输出电压与电流的稳定性，但却影响熔化时所需的电流大小，由于熔化时被熔化金属溶为液态流入坩埚中，坩埚外为流动的冷却水，水温过低靠近坩埚内壁的金属冷却的快，而远离坩埚内壁的金属溶液冷却的慢，对自耗电极熔炼炉有可能导致锭子外壁气孔增大，使用时剥皮较多，对凝壳炉水温太低将导致较厚的凝壳，而要解决此问题，则需要加热功率大于冷却功率，也就是说需要较大的熔化电流，在水温较低时需要保证靠近坩埚外壁的金属溶液散热速率要慢。由此可见，并非坩埚的冷却水温越低越好，一般建议冷却水温进口温度不低于+5℃，而出口水温不高于60℃。

　　(4)所谓弧压是指熔化过程中加在被熔化电极已熔化位于坩埚中的金属溶液上端面之间电压的高低，同样的电流下弧压越高熔化功率越大，熔化速率越快;另应看到，弧压越高，则等效电弧长度越长，图2给出了熔炼时电弧的分布断面示意图，同时标出了要熔化金属锭子外沿与坩埚内壁之间的距离δ，同时画出了有稳弧线圈且通有稳流电流时，金属溶液在磁场作用下旋转造成的中心低靠近坩埚部分液面高的形状，从此图可见，弧压越高，则熔化速度越快，要求被熔化锭子下降的速率越快，由于电极杆升降一般由伺服电机拖动，所以伺服电机不断启停，很难100%保证熔化速度与电极杆的下降速率完全匹配保证弧压稳定，造成弧压相对波动较大，引起电流变化，因而弧压越高电流就易波动，对闭环稳流的调节性能要求就要迅速。

　　另应看到，在图2中δ一定时，过高的弧压将会造成图3所示的侧弧，有可能使坩埚熔化导致严重事故，因而正确的熔炼要求是短弧熔炼，低弧压大电流熔炼，据此应保证弧长L小于图2中的δ。

　　(5)稳弧线圈与稳弧电流的大小，为了保证不出现图3所示的问题，炉体设计中采用稳弧线圈中以直流电流产生磁场来约束电流的方向，稳弧线圈一般绕在水套外壁使电弧不要分散，图2中同时给出了稳弧线圈与通过电流的流动方向，显见其产生的磁场方向与图中电流方向一致，所以可约束电弧的发散，自然稳弧电流越大，其对电弧的束缚力就越大，过大的稳弧电流有可能造成电极杆出现控心熔炼，即图2中的ΔL很大，造成弧长太长反而不利于电流稳定，但过小的稳弧电流有可能在δ一定时，使图2中ΔL为负值，产生图3中那样人希望的侧弧。

　　4.坩埚比与熔炼用直流电源电压电流稳定性的关系分析与实验

　　坩埚比指真空熔炼炉要熔炼金属锭子的直径与坩埚内径之比，若以d1表示锭子直径，d2表示坩埚内径，σ表示坩埚比，则坩埚比可表示为

　　σ=d1/d2(1)

　　参考图2坩埚比近似表示了σ的大小，σ越小，则δ越大。

　　4.1 坩埚比对电压电流稳定性的影响分析

同样稳弧电流与熔化电流条件下，坩埚比越小，则图2中的δ越大，由于坩埚外为冷却水，坩埚均由铜金属材料制成，在δ的空间内为空气，从温度场的分布来看，图2中弧区中心温度最高越靠近坩埚温度越低坩埚温度最低，所以δ越大，一则坩埚自身散热，二则由于熔化时为保持熔炼炉内的高度真空度与炉体配套的真空系统中几台泵在不停的抽真空，更加速了δ区间内的散热，由此导致了锭子靠近坩埚的外部区域温度低，而锭子中心内部温度高，引起锭子中心熔化速度快，而外壁熔化速度慢，使图2中的ΔL变的较大，导致熔化过程中形成了一个类似于下端面为倒放碗状的锭子，当有稳弧线圈时，已熔化的金属溶液沿稳弧线圈作用的磁场旋转，形成一个正放的碗状溶池。其刨面图如图4所示，间接导致电流闭环调节器调节速度快调节特性硬时，尽管可以稳定电流，但弧压大范围波动，当电流闭环调节器调节