Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




25.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Электрошлаковый переплав

Электрошлаковый переплав

21.03.2019

Все виды вакуумного переплава связаны с использованием дорогостоящего вакуумного оборудования, требующего постоянного и квалифицированного обслуживания. Это сильно удорожает металл вакуумной плавки.

В России разработан и широко внедрен в металлургическую практику способ электрошлакового переплава (ЭШП). Принципиальная схема ЭШП показана на рис. 45. Напряжение подают на расходуемый электрод 1 в слиток 4, образующийся в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе 2. В отличие от дуговой плавки с расходуемым электродом, где источником тепла служит дуга между электродом и ванной жидкого металла, при ЭШП тепло выделяется в ванне расплавленного шлака 3. Жидкий шлак является электрическим сопротивлением на пути тока, и в нем выделяется большое количество тепла. Перегретый до температуры 1700—2000°С шлак оплавляет расходуемый электрод, в результате чего металл отдельными каплями проходит через шлак и попадает в ванну в верхней части слитка. Слиток можно наплавлять либо в глухой кристаллизатор, как при ВДП, либо вытягивать вниз, как при ЭЛП. То, что металл проходит через толстый слой шлака отдельными каплями, позволяет достичь очень полного рафинирования от неметаллических включений и вредных примесей.
Электрошлаковый переплав

Процесс ЭШП весьма устойчиво протекает на переменном токе промышленной частоты. Поэтому промышленные печи работают на переменном токе. Возможные схемы включения печей ЭШП показаны на рис. 46. Для питания по схеме рис. 46, а, г используют мощные однофазные трансформаторы с регулируемым вторичным напряжением; для питания по схемам рис. 46,6 в -трехфазные трансформаторы. Наилучшей с точки зрения равномерной загрузки электросети является схема рис. 46, в, когда от одного трехфазного трансформатора питаются три электрода, каждый из которых переплавляется в отдельном кристаллизаторе, однако при этой схеме слитки наплавляются неравномерно. Наименьшие электрические потери обеспечивает схема рис. 46,г, при которой рабочий ток протекает между двумя электродами. Последняя схема ЭШП называется «бифилярной».

Конструкция печей ЭШП в результате отсутствия вакуумных систем значительно проще конструкции печей ВДП и ЭЛП. Существует много типов печей ЭШП, предназначенных для получения слитков различного веса (от 1 до 40 т) и различной конфигурации (круглых, квадратных, плоских и полых). В табл. 29 приведены основные технические характеристики некоторых наиболее распространенных печей ЭШП.

Конструкция промышленной печи ЭШП схематически показана на рис. 47. По направляющим 1 с помощью двигателя 17, укрепленного на корпусе 18, и ходового винта 1 перемещается каретка с электрододержателем 2, в котором специальным зажимом с электроприводом 3 закреплен расходуемый электрод 5. По нижним направляющим 6 перемещается каретка 7, которую приводят в движение двигатели 9 (при быстром перемещении) и 10 (при медленном перемещении). На каретке 7 установлен медный водохлаждаемый поддон 8, на который укладывают затравку 14, изготовленную из металла той же или близкой по составу марки стали, что и расходуемый электрод. Оплавление расходуемого электрода происходит в шлаковой ванне 18 с образованием ванны жидкого металла 16, постепенно затвердевающей с образованием слитка 11 в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе 12. Рабочее напряжение подается от силового трансформатора 19 шинами и гибкими кабелями на зажим электрода 2 и токоподвод 15 к поддону. Имеется пульт управления установкой 20.

Подготовка расходуемых электродов для ЭШП заключается в очистке от окалины и других загрязнений путем механической обработки, зачистки абразивными кругами или травления. Особенно тщательно нужно зачищать поверхность электрода в месте зажима в электрододержатель, чтобы уменьшить контактное сопротивление.

В качестве расходуемых электродов используют кованые или катаные заготовки, слитки с установок полунепрерывной разливки или из специальных изложниц. Нельзя использовать электроды, имеющие глубокие (более 10% диаметра) рванины, заковы, плены, поперечные трещины и другие дефекты, которые могут привести во время переплава к падению кусков электрода в ванну жидкого металла. Все такие дефекты необходимо зачищать. Глубина зачистки не должна превышать 20% от диаметра.

Применяют также электроды, сваренные из отдельных кусков встык сплошным швом с помощью электрошлаковой сварки или набранные из отдельных штанг (пластин) и сваренные сплошным или прерывистым швом. Во всех случаях кривизна электрода не должна превышать 5 мм на 1 м длины.

Флюсы (шлаки) ЭШП обеспечивают хорошую очистку переплавляемого металла от примесей. Они отличаются от шлаков, применяемых в электросталеплавильном производстве, тем, что содержат большое количество шпата и глинозема. Средние составы шлаков для ЭШП приведены в табл. 30.

На малых печах ЭШП плавку начинают с твердым флюсом и используют «запальную» смесь, состоящую из алюминиево-магниевого порошка (до 40%) и рабочего флюса и засыпаемую на затравку непосредственно под электрод. Шлак расплавляют либо расходуемым электродом, оплавление которого начинается сразу же после расплавления и нагрева шлака, либо графитовым электродом с последующей заменой его па расходуемый.

На крупных печах ЭШП применяют заливку в кристаллизатор жидкого шлака. В этом случае флюс плавят в специальной дуговой печи, имеющей графитовую футеровку, и заливают в кристаллизатор с помощью сифонного устройства. Можно вместо готового шлака расплавлять смесь их исходных материалов (плавикового шпата, глинозема и др.). При этом вначале засыпают плавиковый шпат, а затем остальные более тугоплавкие составляющие.

При использовании твердого флюса он должен состоять из кусков не крупнее 10—20 aim, наличие пылевидной фракции допускается в количестве до 20%. Нельзя использовать шлак, загрязненный различными примесями (металлической стружкой, огнеупорами). Перед использованием шлак обязательно прокаливают в течение 3—5 ч при температуре 400—500° С. После прокалки срок хранения не должен превышать трех суток.

Подготовка печи к плавке производится после раздевания слитка предыдущей плавки. Перед началом плавки необходимо тщательно очистить кристаллизатор и поддон, удалив остатки шлака, крошки металла и нагар; убедиться в отсутствии течей при включенной системе водяного охлаждения и протереть кристаллизатор, если он отпотеет. Затем на поддон укладывают затравку и проверяют визуально и с помощью щупа плотность ее прилегания, чтобы обеспечить надежный электрический контакт. Тележку с поддоном и затравкой центруют относительно кристаллизатора, закрепляют электрод в электрододержателе, также отцентровав его относительно стенок кристаллизатора.

В центре затравки устанавливают перемычку (стружку или проволоку) и насыпают запальную смесь так, чтобы верхний конец перемычки был оголен для контакта с нижним торцом расходуемого электрода. Электрод опускают, пока он не коснется перемычки. Для создания плотного контакта между кристаллизатором и поддоном используют медную фольгу, а также забивают щель асбестовым шнуром, чтобы не допустить вытекания шлака. Между электродом и кристаллизатором равномерно засыпают твердый шлак в количестве, необходимом для проведения плавки (40—70 кг на 1 г переплавляемого металла).

При использовании жидкого шлака для начала процесса операции установки перемычки и засыпки запальной смеси отпадают.

Электрический режим процесса ЭШП определяется технологическими инструкциями, составленными применительно к каждой марке (или группе марок) сталей для данного типа печи, марки применяемого флюса. При правильно выбранном режиме оплавляемый конец электрода в процессе плавки должен иметь форму конуса, что легко зафиксировать, выдернув электрод из шлака и подняв его над верхним срезом кристаллизатора.

В начале плавки при использовании твердого флюса наблюдаются броски тока, продолжающиеся до образования жидкой шлаковой ванны. Если процесс начинают, заливая жидкий флюс в кристаллизатор, то плавка с самого начала идет спокойно.

По мере оплавления электрода его сопротивление уменьшается, поэтому рабочее напряжение тоже постепенно уменьшают, чтобы сохранить постоянную силу тока. Для выведения усадочной раковины к концу плавки мощность постепенно снижают, затем выключают подачу электрода. При этом оплавляется только погруженная в шлак часть электрода, а сила тока постепенно снижается до нуля. После прекращения тока огарок электрода поднимают над кристаллизатором и отключают рабочее напряжение.

Слиток выдерживают в кристаллизаторе до полного затвердевания металла и шлака, а затем вынимают из кристаллизатора.

Поверхность слитка ЭШП всегда покрыта тонкой корочкой шлака, называемой гарниссажем, которая образуется около стенки кристаллизатора по высоте шлаковой ванны. Металл слитка затвердевает под этой корочкой, и поэтому поверхность слитка ЭШП получается очень гладкой и не имеет, как правило, дефектов. Только в случае резких нарушений электрического режима могут возникать кольцевые пережимы или гофры. Структура слитков ЭШП похожа на структуру слитков ВДП, кристаллы растут от стенок к центру вверх. Слитки отличаются высокой плотностью и однородностью, что сильно повышает пластичность металла н свойства изделий.

Для процесса ЭШП характерна высокая степень рафинирования по сере и неметаллическим включениям. При переплаве под основными шлаками ЭШП содержание серы снижается до 0,005—0,008%. Причем удаляемая из металла сера не накапливается в шлаке, а в виде летучих соединений удаляется в атмосферу. Неметаллические оксидные включения металла расходуемого электрода энергично взаимодействуют и поглощаются шлаковой ванной. Содержание кислорода в конструкционных и шарикоподшипниковых сталях уменьшается в 1,5—2 раза.

В результате глубокого рафинирования металла ЭШП и улучшения его структуры увеличивается пластичность, ударная вязкость, деформируемость, свариваемость и другие важные свойства металла. Свойства становятся намного более однородными в продольном и поперечном направлении, что позволяет уменьшать массу изделия и расход металла на них.

Простота и надежность оборудования для ЭШП, отсутствие относительно дорогостоящего вакуумного оборудования, высокое качество стали, выплавленной в печах ЭШП, — все это привело к очень широкому распространению ЭШП на металлургических заводах России. В настоящее время построены специализированные цехи ЭШП, выпускающие металл очень высокого качества. Стоимость металла ЭШП в 1,5—3 раза ниже стоимости металла ВДП, ЭЛП и ВИП.