Электрошлаковый переплав

Листать книгу

Страницы: ... ... ...

Цель книги заключается в широком ознакомлении инженеров, в особенности специалистов предприятий, обрабатывающих стали и сплавы с высокими механическими и специальными свойствами, с процессом электрошлакового переплава и перспективами его развития
...
Цель книги заключается в широком ознакомлении инженеров, в особенности специалистов предприятий, обрабатывающих стали и сплавы с высокими механическими и специальными свойствами, с процессом электрошлакового переплава и перспективами его развития
...
Эта книга, особенно ее разделы, касающиеся свойств шлаков и их подбора, конструкций установок, представит оиределепиый интерес для широкого круга советских специалистов, работающих в качественной металлургии
...
В качестве исходного материала обычно применяется сплошной расходуемый электрод из первичного металла, который может быть литым, полученным обработкой рис
...
Эта книга, особенно ее разделы, касающиеся свойств шлаков и их подбора, конструкций установок, представит оиределепиый интерес для широкого круга советских специалистов, работающих в качественной металлургии
...
ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА В настоящее время установлены следующие преимущества электрошлакового переплава перед другими способами получения стали
...
Обычно в качестве составляющих шлака используют фтористый кальций, известь, окись магния, глинозем и кремнезем, но возможно также добавление фтористого магния, фтористого бария, окиси титана и окиси циркония
...
Изменяя количество этих составляющих, можно изменить температуру плавления, стабильность, электропроводность и вязкость шлака, и это в свою очередь может изменить скорость расплавления, температуру шлака, размеры капель и другие факторы, влияющие на степень очистки
...
ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЮ Так как процесс основан па нагреве сонротпвленнем расплавленного шлака, число степеней свободы в отношении питания электроэнергией довольно высоко
...
Однако для повышения производительности без увеличения скорости наплавлення желательно применение однофазного тока с двумя электродами и двумя кристаллизаторами или трехфазного тока с тремя электродами и тремя кристаллизаторами
...
В свое время работа на трехфазном токе с тремя электродами в одном кристаллизаторе рассматривалась как желательная для производства крупных слитков, но затем по многим причинам, которые будут обсуждены в следующей главе, стали считать, что наиболее экономична выплавка слитка в отдельном кристаллизаторе и что потребность в электроэнергии для переплава крупных слитков такова, что следует предпочесть применение постоянного тока вместо переменного
...
при рафинировании данного металла данным шлаком наиболее важными параметрами, которые определяют требования к питанию электроэнергией, являются форма и глубина ванны расплавленного металла
...
От электрического режима зависит также скорость переплава, и очень часто выбор параметров тока диктуется желанием найти компромисс между необходи мостью в высокой скорости переплава по экономическим соображениям
...
ЭЛЕКТРОДЫ Диаметр электрода должен, как правило, быть меньше диаметра кристаллизатора, в который он переплавляется, но эта разница не должна быть слишком большой
...
В том случае, когда эти требования не имеют значения, необходима лишь очень небольшая подготовка электрода, и во многих случаях можно использовать электроды, отлитые в графитовые или литые чугунные формы, с минимальной зачисткой перед употреблением
...
ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА Качество слитка, отсутствие или наличие пористости и усадочной раковины, структура определяются скоростью затвердевания, которая в свою очередь зависит от скорости переплава, температуры шлака, скорости и направления отвода тепла из затвердевающего слитка
...
Неметаллическое вещество подвергается непосредственному воздействию шлака, как только тонкая пленка расплавленного металла образуется при переплаве на конце электрода, и растворяется в шлаке
...
Гомогенность структуры и состава достигается путем соблюдения условий, обеспечивающих значительную вертикальную крггсталлизацию, или перемешивания или применения поддона с возвратно
...
Например, в сложных сплавах, подобных быстрорежущей стали, может создаться полосчатая структура, если слиток подвергается вибрации или охлаждается со скоростью ниже критической
...
При хорошей подпитке верхней части слитка обрезки ее черед горячей обработкой не требуется и может быть достигнуто полное отсутствие пористости и усадочной раковины
...
Однако при ЭШП может быть обеспечено сохранение почти любого содержания титана или алюминия или, если желательно, может быть обеспечено восстановление до какой
...
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШЛАКА И ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ШЛАКА ФУНКЦИЯ ШЛАКА Двумя наиболее важными функциями шлакового слоя является то, что он служит главным источником тепла и основным средством регулирования химического состава
...
Шлаковый слой является элементом электрической цепи между трансформатором и печью, обладающим наибольшим сопротивлением, и, следовательно, служит такой частью этой цепи, которая наиболее важна для превращения электрической энергии в тепло
...
Затвердевая на стенках кристаллизатора, он препятствует непосредственному контакту между расплавленным металлом и материалом кристаллизатора, изолируя таким образом металл электрически и термически от кристаллизатора и помогая также обеспечить гладкую поверхность слитка
...
Компоненты шлака должны быть стабильными при рабочей температуре процесса, и поэтому они выбираются главным образом с точки зрения низкого давления их паров
...
Если же температура ликвидуса шлака выше температуры ликвидуса металла, количество энергии, которую необходимо подвести, должно быть достаточным, чтобы повысить температуру шлака выше температуры его лик
...
Однако если более важными, чем экономичное расходование энергии, считаются другие факторы, например химические, то может применяться шлак, имеющий температуру ликвидуса более высокую, чем температура ликвидуса металла
...
Кроме того, при окончательном выборе шлака учитывают давление иаров, электропроводность, удельную теплоемкость, скрытую теплоту плавления и растворения, вязкость, поверхностное натяжение и плотность
...
Однако в некоторых случаях может оказаться необходимым очень тщательный контроль со держания отдельных элементов, и для достижения такой степени контроля необходимо понимание валнейшнх реакций, происходящих в шлаке, которые управляют свойствами этих элементов в шлаке и в металле
...
Главными компонентами фтористых шлаков вследствие низкого давления их паров и, следовательно, высокотемпературной стабильности являются фтористый кальций
...
Наиболее часто применяется фтористый кальций вследствие того, что он имеется в виде материала высокой чистоты в значительном количестве, что определяет его сравнительно невысокую стоимость
...
Извести, образовавшейся при пирогидролизе, достаточно для десульфурации в тех случаях, когда металл или сплав подвергаются электрошлаковому переплаву с применением предварительно расплавленного плавикового шпата
...
Фтористый магний обладает более высоким давлением паров и меньшей температурой плавления, чем фтористый кальций, следовательно, его термическая стабильность ниже
...
Следовательно, если даже не добавляется дополнительно известь, то, поскольку присутствует плавиковый шпат, расплавленный шлак обычно содержит по меньшей мере
...
Если требуется увеличить скорость переплава при данной величине подводимой энергии, повысить температуру работы или экономично использовать подводимую энергию, то сопротивление шлака можно повысить путем увеличения содержания глинозема в нем
...
Шлаки этой группы нашли широкое применение как в Англии, так и в СССР вследствие того, что их использование обеспечивает высокие скорости переплава и хорошее потребление энергии, хотя не всегда гарантирует оптимальный химический состав и структуру слитка
...
Высокие скорости переплава и хороший расход энергии могут быть объяснены высоким электрическим сопротивлением этих шлаков, которое составляет для шлака
...
Кривые показывают, что давление паров большинства окислов, за исключением окислов щелочных металлов, меньше, чем у фтористого кальция, поэтому испарение из шлака окислов менее существенно, чем испарение фторидов
...
Таким образом, чем выше парциальное давление кислорода в шлаке, тем выше содержание кислорода в металле, поэтому для снижения до минимума содержания кислорода в металле парциальное давление кислорода в шлаке должно быть также минимальным и в нем должны содержаться только окислы с низким давлением паров, перечисленные выше
...
Кривые показывают, что давление паров большинства окислов, за исключением окислов щелочных металлов, меньше, чем у фтористого кальция, поэтому испарение из шлака окислов менее существенно, чем испарение фторидов
...
Кислород и фтор обладают приблизительно одинаковым ионным радиусом, но анион кислорода несет двойной заряд по сравнению с анионом фтора, поэтому ионы кальция и кислорода значительно более прочно связаны друг с другом, чем ионы кальция и фтора
...
Кислород и фтор обладают приблизительно одинаковым ионным радиусом, но анион кислорода несет двойной заряд по сравнению с анионом фтора, поэтому ионы кальция и кислорода значительно более прочно связаны друг с другом, чем ионы кальция и фтора
...
Низкая вязкость шлака способствует сильному перемешиванию, создаваемому главным образом электромагнитными силами, и это ведет к удалению газов из шлака и граничной поверхности шлак
...
К ней должна быть добавлена скорость потока шлака, опускающегося по оси кристаллизатора под воздействием электромагнитных сил и обратной конвекции, обусловленной выделением тепла с конца электрода
...
Чем выше вязкость шлака, тем меньше величина капель металла, а чем меньше разность плотностей металла и шлака, тем меньше конечная скорость капли металла и, следовательно, тем дольше время ее пребывания в шлаковой ванне
...
Хотя продолжительность пребывания металлических капель в шлаковой ванне невелика, реакция между шлаком и металлом развита значительно, так как велика площадь поверхности жидкого металла, подвергающегося воздействию расплавленного шлака
...
Усилие, обусловленное силой тяжести, которое должно быть ириложено для отрыва капли расплавленного металла с конца электрода, пропорционально разности плотности металл
...
Следовательно, если для отрыва жидкой металлической частицы от электрода требуется постоянное усилие, а электромагнитные и термические силы постоянны,
...
Следовательно, чем меньше разность плотностей, тем меньше конечная скорость кайли жидкого металла и, следовательно, тем больше продолжительность ее пребывания в шлаковой ванне
...
Реакции между шлаком и металлом в шлаковой ванне являются функцией как площади поверхности металла, подвергающейся воздействию шлака, так и продолжительности пребывания в шлаковой ванне
...
Когда мы рассматривали усилие, необходимое для отрыва кайли металла от электрода, мы видели, что чем больше разность плотностей, тем меньше величина металлической частицы и, следовательно, тем больше площадь поверхности на границе металл
...
Однако, рассматривая конечную скорость оторвавшейся капли металла, можно установить, что чем больше разность плотностей, тем выше конечная скорость частицы и при постоянной вязкости шлака тем меньше продолжительность пребывания капли металла в шлаковой ванне
...
Идеальным было бы иметь небольшую величину капель металла и продолжительное время их пребывания в шлаковой ванне, чтобы способствовать реакции между шлаком и металлом
...
Большая разность плотностей и высокая вязкость шлака вместе способствуют как уменьшению величины капель, так и более длительному пребыванию в шлаковой ванне
...
Большая разность плотностей способствует также отделению шлака от металла и, таким образом, уменьшает возможность захвата шлака кристаллизующимся металлом
...
Важно зпать, какова плотность жидкого шлака при высокой температуре, так как это позволяет рассчитать минимальную массу требующегося шлака при условии, если известна также требующаяся минимальная глубина шлаковой ванны
...
Чтобы составить тепловой баланс процесса, следует определить количество тепловой и, следовательно, электрической энергии, необходимой для повышения температуры шлака и металла от температуры среды до рабочей температуры процесса
...
Роль фтористого кальция, извести, окиси магния и глинозема Роль фторида состоит в понижении температуры лик видуса и солидуса, увеличении электропроводности г
...
Существенной функцией глинозема является повыше ние электрического сопротивления шлака, и совсем но значительные количества его обладают сильным влияни ем
...
Экономические факторы Выход годных слитков Причиной низкого выхода годного могут быть захват шлака, осевая рыхлость, усадочная раковина, пористость и водородная хрупкость
...
Низкие скорости переплава также благоприятствуют образованию структур с вертикальной кристаллизацией, которые уменьшают риск задержки неметаллических включений
...
Реакции с кислородом При электрошлаковом переплаве металлов или сплавов в результате окисления теряются некоторые количества легирующих элементов, в частности таких, как алюминий, титаи и кремний, обладающих наибольшей химической активностью
...
Очень важно свести эти потери до минимума, так как даже небольшие потери некоторых элементов могуг , вредно влиять на металлургические свойства переплавляемых материалов
...
Алюминий к сплавам обычно добавляют с целью раскисления металла или регулирования размеров зерен, по иногда его вводят в больших количествах в дисперсион
...
Титан чаще всего применяют в качестве стабилизатора карбидов, а кремний служит в основном раскислителем, но может также применяться в качестве стабилизатора нежелезных примесей
...
Неметаллические включения, особенно крупные и угловатые, такие как глинозем, могут служить причиной дефектов металла, которые ведут к возникновению трещин и, в конечном счете, к разрушению изделия в процессе службы
...
Однако если необходимо восстановить окислы тигана, то единственными пригодными для этой цели раскислителями будут кальций, церий, барий, цирконий и алюминий
...
Эти цели могут быть реализованы при условии, что содержание кислорода и, следовательно, парциальное давление и активность кислорода в металле будут минимальными
...
Поэтому, чтобы снизить до минимума окисление легирующих элементов и содержание окисных включений, кислые компоненты шлака должны иметь возможно большую отрицательную величину свободной энергии образования
...
Окисел любого элемента, имеющего более одной степени окисления или более одной валентности, например окисел переходного элемента, способен действовать
...
Чтобы предупредить передачу кислорода из атмосферы в металл во время ЭШП, абсолютно необходимо снизить до минимума содержание окислов с переменной валентностью и, в частности, окислов железа
...
Возрастание активности кислорода в шлаке и, следовательно, его активности в металле при наличии в шлаке окислов с переменной валентностью может быть предотвращено путем удаления кислорода из атмосферы над шлаком
...
Такой потенциал может быть достигнут путем сведения к минимуму содержанпя окислов, которые имеют низкую отрицательную свободную энергию образования более одной степени окисления
...
Такой потенциал может быть достигнут путем сведения к минимуму содержанпя окислов, которые имеют низкую отрицательную свободную энергию образования более одной степени окисления
...
Чтобы задержать серу в металле, следует вести переплав в атмосфере аргона и добавлять серу к шлаку в виде сульфидов железа или кальция в количестве, необходимом для достижения равновесия с содержанием серы в металле
...
Следует отметить, что не имеется такого механизма удаления фосфора из шлака в газовую фазу, какой существует для серы, поэтому шлак насыщается фосфором до такого уровня, при котором дальнейшее удаление фосфора становится невозможным
...
Источником воды при ЭШП могут быть сырые шлаковые материалы, смесь стружки с экзотермическим материалом, раковины в литых электродах, поверхность электродов, конденсация, атмосфера и утечки в кристаллизаторе и поддоне
...
При отрезании от конца электрода диска или при придании ему квадратной формы для подготовки к переплаву водная эмульсия растворимого масла может попасть в раковину
...
Альтернативным решением может быть установка электрода перед переплавом раковиной кверху, причем при приварке следующего электрода к инвентарной головке оставляется небольшое отверстие для выхода воды в виде пара ири нагреве электрода
...
Присутствие окислов железа в шлаке увеличивает содержание кислорода в металле и уменьшает его способность к десульфурации металла, поэтому обычно желательно низкое содержание окислов железа в шлаке
...
концентрация веществ, при которой можно безопасно работать непрерывно, а также объем воздуха, требующегося для растворения токсичных компонентов до безопасного уровня
...
КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВОК Щ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА В этой главе обсуждаются общие принципы конструкции установок ЭШП, а также подробно описывается несколько промышленных установок
...
Позднее промышленные печи ЭШП строили по принципу колонны с траверсой, пытаясь расширить площадь для их обслуживания и упростить конструкцию и работу Печи
...
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ И УПРАВЛЕНИЕ ИМИ Плавная подача электрода в кристаллизатор через жидкую шлаковую ванну имеет большое значение для получения успешных результатов при ЭШП
...
В процессе переплава положение электрода должно регулироваться с высокой степенью точности, чтобы обеспечить устойчивые величины напряжения, тока, подводимой мощности, температуры шлака
...
Инвентарная головка должна сочетать электропроводность с соответствующей прочностью для поддержки электрода, а также хорошей свариваемостью, обеспечивающей легкое крепление к ней электродов
...
Трос особенно хорошо подходит для позиционного перемещения электрода без мертвого хода, характерного для применения редукторов и универсальных муфт, и устраняет необходимость использования гидравлических труб и плунжеров
...
На небольших экспериментальных установках обычно для управления электродом используют реверсивный двигатель постоянного тока с переменным числом обо ротов, двухходовую червячную передачу и простое устройство с направляющей гайкой
...
с появлением усовершенствованных полупроводниковых схем и применением их для управления двигателями переменного тока двигатель с соответствующими характеристиками крутящего момента и числа оборотов стало возможным использовать для медленного перемещения электрода, для быстрого реверсирования в процессе переплава, а также для быстрого перемещения электрода
...
Чтобы обеспечить постоянство свойств продукта и облегчить труд оператора при устойчивых условиях переплава, обычно применяют автоматическое управление процессом
...
За исключением маленьких установок, на которых колебания тока слишком резки, чтобы их можно было использовать для управления процессом, импульсный сигнал о величине тока электрода получают обычно через трансформатор тока от шин, питающих электрод током
...
Если этот ток уменьшается в результате увеличения пути его прохождения в шлаке, то требуется переместить электрод вниз для восстановления существовавшей ранее длины пути
...
При этом способе управления изменяющиеся сигналы, пропорциональные, фактическому току электрода, сравниваются с оптимальными величинами тока, рассчитанными для данных условий переплава
...
Чтобы можно было управлять процессом по температуре в зоне переплава, ЭСРТ разработала термопару, пригодную для продолжительного погружения в шлаки, вызывающие эрозию
...
Поэтому поддон должен быть рассчитан на то, чтобы служить опорой для слитков любого веса, переплавляемых на данной установке, а также обладать хорошей электрои теплопроводностью
...
Для улучшения отвода тепла и обеспечения опоры для верхней медной плиты между сторонами поддерживающего стального резервуара внутри поддона встраивается спиральный трубопровод для воды
...
Первые экспериментальные переплавы на установках БИСРА выполнялись с применением графитового блока, служившего в качестве опоры для кристаллизатора и слитка и обеспечивающего электрический контакт
...
КОНСТРУКЦИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРА Эксплуатационные качества кристаллизатора, связанные с его конструкцией и изготовлением, оказывают значительное влияние на качество слитков ЭШП, Некоторые из уникальных свойств слитков электрошлакового переплава — гладкая поверхность, плоская форма головной и донной части слитков, широкое разнообразие сечений, направленная вертикальная кристаллизация
...
При использовании кристаллизаторов из графита имело место поглощение металлом углерода и получение слитков неправильных поверхностей в результате износа кристаллизаторов, вызываемых шлаковой эрозией
...
Рубашка образуется двумя коакси альными медными трубами, разделенными друг от друга спиральным змеевиком для воды и уплотненными сверху и снизу припаянными медными кольцами
...
Капитальные вложения на медные кристаллизаторы с водяной рубашкой значительно выше, чем на кристаллизаторы из мягкой стали с орошением водой, а удельные расходы на килограмм переплавленного металла на промышленных установках выше, по
...
Большие плоские поверхности на квадратных и прямоугольных кристаллизаторах должны быть соответствующим образом укреплены, чтобы избежать коробле рис,
...

Технология металлов и материаловедение
Клеи и герметики
Конструкционные материалы металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты Карманный справочник
Электрошлаковый переплав
Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник
Трансформаторы для промышленных электропечей
Ремонт оборудования сваркой

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Электрошлаковый переплав