Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

лишь незначительная часть тока, устраняющая «разбаланс», появля­ ющийся вследствие возможной разницы площади конусов электро­ дов. Это стабилизирует тепловое состояние ванны и устраняет опас­ ность «пробоев» между слитком и кристаллизатором, возникающих при нарушении шлакового гарниссажа и приводящих к появлению дефектов на поверхности слитка.

В последнее время появились многоэлектродные печи ЭШП, по­ зволяющие наплавлять слитки диаметром до 3 м и массой до 250—

Рис. 158. Схематическое изображение многоцелевой трех­ фазной установки для получения одновременно трех слит­ ков (а) и биметаллической заготовки для прокатных вал­ ков (б)

300 т. Потребность в таких слитках невелика, поэтому эти печи целе­ сообразно использовать также для получения обычных передельных слитков.

В СССР разработаны конструкции многоцелевых трехфазных установок, позволяющих получать один слиток массой до 250 т или одновременно 3 или 6 сплошных или полых слитков массой от 70 до 3,5 т (рис. 158). Несколько ( 6 или 7) неподвижных электродов с суммарным сечением, равным сечению получаемых слитков, пере­ плавляют в перемещающийся по ходу плавки вверх короткий кри­ сталлизатор с широкой верхней частью, в которой находится шлако­ вая ванна, и с более узкой нижней, в которой формируются напла­ вляемые слитки. Эти печи можно использовать для получения одной или нескольких заготовок биметаллических или однородных валков прокатных станов или других литых изделий несложной формы (рис. 158, б). Наружный слой металла таких заготовок получают переплавом расходуемых электродов, а центральная часть может быть изготовлена из другого металла.

425

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕПЛАВА

К электродам для ЭШП предъявляют не такие высокие требова­ ния, как к электродам для ВДП, что объясняется более высокой стабильностью теплового режима и возможностью компенсировать попадание в шлак небольшого количества окалины раскислением шлака по ходу переплава. Тем не менее в установках ЭШП не допу­ скается кривизна электродов более 5 мм на 1 м длины, наличие па поверхности глубоких рванин, плен, поперечных трещин и дру­ гих дефектов, могущих привести к отколу и падению в ванну кусков электрода. Поверхность электродов, как правило, подвергают сплошному травлению или зачистке, а грубые поверхностные де­ фекты вырубают или зачищают.

К электродам перед их подачей на установку приваривают инвен­ тарную головку (огарок) с захватом для транспортировки краном в вертикальном положении. Краном электрод подвозят к электрододержателю установки и на весу зажимают в головке электрододержателя.

Кристаллизатор и поддон очищают от остатков шлака, король­ ков металла и налета. На поддон укладывают затравочную шайбу. Если температура охлаждающей воды ниже температуры в цехе, то на поддоне и кристаллизаторе может осаждаться влага; в этом случае перед началом плавки их насухо протирают ветошью.

Существуют две разновидности технологии начала процесса:

ствердым или жидким стартом.

Впервом случае шлак расплавляют непосредственно в кристал­ лизаторе. Для этого на затравочную шайбу укладывают несколько витков стружки и засыпают некоторое количество термитной смеси, состоящей из алюминиевомагниевого порошка и калиевой селитры.

Вкачестве наполнителя, тормозящего сгорание смеси, используют рабочий флюс.

Электрод опускают до соприкосновения со стружкой и в зазор между электродом и кристаллизатором засыпают рабочий флюс (3—4% от массы плавки). При подаче напряжения цепь замыкается по стружке, по которой проходит большой силы ток. Стружка опла­ вляется и воспламеняет термитную смесь. За счет экзотермического тепла реакции и возникающей между электродом и поддоном дуги плавится рабочий флюс. В момент, когда жидкий шлак замкнет цепь между электродом и поддоном, процесс из дугового переходит в электрошлаковый. Внешне это проявляется в прекращении бро­ сков тока.

Более современна плавка с жидким стартом, когда электрод сразу опускают на определенное расстояние от поддона и к поддону и электроду подводят напряжение. После этого сифоном заливают в кристаллизатор расплавленный в специализированной печи шлак. В момент касания шлака поверхности электрода цепь замыкается и в ней появляется ток. Процесс сразу начинается в электрошлаковом режиме. Спустя 10— 15 мин от начала плавки процесс пере­ водят на рабочий режим. При правильно подобранном режиме пере-

425

плава торец электрода имеет форму правильного конуса с основа­ нием, равным диаметру электрода (или форму правильной призмы при переплаве квадратных и прямоугольных электродов). Если по­ дача электрода превышает скорость плавления, то его торец приобре­ тает округлую форму, а электрод погружается в шлак нсоплавившейся цилиндрической частью. При подаче электрода со скоростью, меньшей скорости плавления, основание конуса становится меньше сечения электрода, а по горизонтальному поясу электрода на поверх­ ности шлаковой ванны могут появиться электрические дуги.

В процессе переплава допускаются броски тока до 25% от сред­ него значения и кратковременные (до 30 с) отклонения силы тока от нормального до нуля. Благодаря тепловой инерции шлаковой ванны эти отклонения не представляют такой опасности, как в слу­ чае ВДП.

К концу плавки уменьшается длина электрода и, следовательно, его сопротивление. Для поддержания постоянной скорости плавле­ ния это требует соответствующей корректировки электрического режима, проводимой по заранее разработанной программе. В конце плавки, не отключая питание установки, прекращают подачу элек­ трода, выдерживают его до оплавления погруженной в шлак части, это сопровождается постепенным снижением силы рабочего тока до нуля. В некоторых случаях между торцом электрода и поверх­ ностью шлаковой ванны возможно появление дуговых разрядов. В этот момент трансформатор отключают, а огарок электрода подни­ мают.

После окончания плавки слиток выдерживают в кристаллизаторе до полного затвердевания металла и шлака. В зависимости от массы слитка длительность этой выдержки может достигать нескольких часов.

КАЧЕСТВО МЕТАЛЛА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭШП

Электрошлаковый переплав обеспечивает получение слитков с осевой или радиально-осевой плотной структурой без ликвационных и усадочных дефектов. После переплава содержание кислородных включений уменьшается в 2 —3 раза, и включения становятся более мелкими и более равномерно распределяются по всему слитку. Переплав позволяет получать металл, практически не загрязненный сульфидными включениями. В заметных количествах при переплаве удаляются легкоплавкие цветные металлические примеси — сви­ нец, сурьма и др.

В результате повышения чистоты металла повышаются его техно­ логические и эксплуатационные свойства, особенно пластичность, механические свойства в поперечном направлении, длительная проч­ ность при высокой температуре, полируемость, свариваемость и др. Повышение технологической пластичности после ЭШП позволяет дополнительно легировать металл и тем самым увеличивать харак­ теристики жаропрочности.

Переплав на электрошлаковых установках, как и ВДП, оказы­ вает благотворное влияние практически на все группы марок стали

427

429

428

плавления растворителя, то ее концентрация в затвердевшей части меньше, чем в жидкой, примесь оттесняется затвердевающим веще­ ством и скапливается в жидкой зоне. Примесь, повышающая темпе­ ратуру плавления вещества, поглощается затвердевающим веще­ ством и обедняет жидкую зону. Таким образом, при перемещении зон примеси движутся либо вместе с зонами, либо в обратном на­

правлении.

Эти особенности затвердевания растворов используются во многих процессах, в частности при направленной кристаллизации в переплавных рафинировочных процессах ВДП, ЭЛП, ПДГ1 и ЭШП. Отличие зонной плавки заключается в том, что одна и та же малая

порция вещества при многократном прохождении зоны плавления многократно подвергается направленной кристаллизации. Это тех­ нологическое нововведение в огромной степени повысило эффектив­ ность кристаллизации как способа разделения. Степень очистки тем выше, чем больше число проходов, т. е. чем больше число еди­ ничных зон и чем больше отличается от единицы коэффициент рас­ пределения примеси, представляющий собой отношение концентра­ ции примеси в затвердевающей части к ее концентрации в рас­ плаве (К = Ств/Сж).

Внастоящее время зонная плавка находит широкое применение

висследованиях и в производстве особо чистых металлов, полу­ проводников, органических и неорганических веществ. Зонной очисткой удалось получить и исследовать в чистом виде (содержание примесей до 10- 7 %) свойства свыше 30 металлов, в том числе железа, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена, циркония и др.

Зонную очистку осуществляют тигельным и бестигельным спо­

собами. Элементы, индифферентные к материалу тигля, очищают в контейнерах, а элементы, температура плавления которых превы­ шает 1200° С, взаимодействуют с материалом тигля и их следует

430