CamScanner 04-03-2023 11. 43

7. ЭЛЕКТРОШЛЛКОВЫП ПЕРЕПЛАВ СТАЛИ
н капли металла, стекающие с торца электрода, проходят через слои химически активного шлака и очищаются от неметалличе­ских включений н вредных примесей. Ванна жидкого металла, накапливающегося ниже шлаковой ванны, постепенно затвер­девает и формируется в кристаллизаторе в виде слитка.
Процесс осуществляется непрерывно. Направленное затвер­девание слитка с регулярным поступлением расплавленного электродного металла обеспечивает отсутствие в слитке усадоч­ной раковины и дает плотную и однородную структуру. Шлак в значительной мере защищает жидкий металл от воздействия атмосферы. В процессе переплава на боковой поверхности слит­ка образуется шлаковая корочка (гарнисаж) толщиной 1—Змм, обеспечивающая естественную тепловую и электрическую изо­ляцию от кристаллизатора и гладкую, чистую поверхность слитка.
Физико-химическая характеристика процесса ЭШП. Главны­ми особенностями ЭШП, определяющими высокую эффектив­ность рафинирования стали, являются: высокая температура, сильно развитая поверхность контактирования, высокоосновные шлаки с низким содержанием S1O2, FeO, МпО и направленная кристаллизация отливки.
Взаимодействие фаз при ЭШП также имеет ряд осооенно- стей, состоящих в том, что шлак почти не содержит окислов переменной валентности, которые могли бы переносить к "у род из атмосферы к металлу. Кроме того, шлаки сод р CaFo, что способствует переходу элементов в газов\ю ipc . следующим реакциям:



(2CaF₂) + (SiO₂) = (2СаО) 4- (SiFJ f > (CaF₂) 4- (FeO) = (CaO) 4- {FeF₃} f , (3Cal-₂) 4- 12АЦ = [3Ca] 4- (2A1FJ f , (2CaF₈) 4- iTi] = L2Ca] 4- { HF J f.

18—2045

использовании часть элементов переходит в газовую фазу по реакциям (7.4) —(7.7) и выделяются вредные фториды, а также облегчается перенос кислорода из атмосферы через шлак. Этих недостатков лишены бесфтористые флюсы, например АН-29, АН-292.

Удаление серы при ЭШП связано как с непосредственным переходом сульфидов [FeS]—>(FeS), так и с реакциями (1.34), (1.35), которые, благодаря большой температуре, высокой ос­новности шлака и развитой поверхности реагирования, проте­кают эффективно.
При использовании постоянного тока может происходить электрохимическое удаление серы по реакции 1
[S]-f-2e—>-(S²“). (7.8)
Удаление неметаллических включений также основывается на указанных особенностях ЭШП и в значительной степени связа­но с поверхностными явлениями и параметрами самого техно­логического процесса.
Кинетическое уравнение удаления неметаллических вклю­чений имеет следующий вид [8]:


3

(7.9)

где Л$в ^и Mib — исходная и конечная концентрации неметалли­ческих включений, %;

—минимальная концентрация А1₂О₃, %,
^^’Мо.оогэ + Э-Ю-». а² + 2,6-10-3. _д%_);
v₀—скорость наплавления слитка, м/с;
₽эф — эффективный коэффициент массопереноса.
Для эффективного удаления неметаллических примесей не­обходимо наличие включений с малым радиусом, а также высо­кое поверхностное натяжение шлака и хорошее смачивание им включений.
Промышленная технология ЭШП в литейном производстве. ЭШП используется для получения в водоохлаждаемых кристал­лизаторах непосредственно фасонных отливок. Этот метод, на­зываемый электрошлаковым литьем (ЭШЛ), удачно сочетает в себе достоинства электрошлакового переплава (получения ме­талла высокого качества) и литья (получения изделий сложной формы). При ЭШЛ, в отличие от обычного литья, обеспечивает­ся одновременное непрерывное приготовление и расходование жидкого металла в едином с литейной формой агрегате.
Существенным преимуществом ЭШЛ является то, что жид­кий металл не взаимодействует с литейной формой, а шлаковая ванна служит защитой его от окисления во время плавки. При ЭШЛ применяются две основ!ные схемы процесса. По первой схеме (рис. 79, а) сталь плавится и кристаллизуется непосредст-

б



Рис. 79. Схемы Процесса ЭШП:
а — Йёпосфелственно в кристаллизаторе: / — расходуемый элСкТрОд, 2 — шлаковая ванна. 5 — металлическая ванна, 4 — неподвижный кристаллизатор, 5 — отливка; б — с переливом метал­ла: I — расходуемый электрод, 2 — шлакован ванна, 3 — металлическая ванна, 4 —неподвижный кристалнзатор, 5 — отливка, 6 — подвижная плавильная емкость; в — схема ЭШЛ сферического днища: 1 — расходуемый электрод, 2 — шлаковая ванна, 3 —металлическая ванна. 4 —отливка; г — схема ЭШЛ корпуса запорной арматуры: /—расходуемый электрод, 2 — шлаковая ванна,
3 — металлическая ванна, 4 — отливка, 5—кристаллизатор, 6 —дрон, 7 — затравка.
венно в литейной форме, как это имеет место при ЭШП слитка в слиток, когда по расположению металлический электрод со­сен с отливкой. По второй схеме (рис. 79, б) получение отливки дется с непрерывным переливом жидкого металла из плавпль- и емкости в полость водоохлаждаемой формы. При этом пла- ильная емкость перемещается относительно неподвижной ли­тейной формы по мере заполнения ее металлом отливки. В ре­зультате перелива удается повысить степень рафинирования жидкого металла, в частности интенсифицировать его дегаза­цию, в том числе и удаление водорода. Перелив металла значи­тельно расширяет возможности ЭШЛ по получению отливок сложной и разнообразной формы. Кроме того, появляется воз­можность получения биметаллических, а в принципе и много­слойных отливок [43].
При ЭШЛ отливка получается без прибыльной части, так как условия кристаллизации исключают возможность образо­вания усадочной раковины и осевой рыхлости. Объединение пла­вильного агрегата с литейной формой полностью исключает затраты металла на литниковую систему. Для формирования внутренних полостей в отливках обычно используются непо­движные дроны, играющие роль стержня литейной формы). ЭШЛ широко применяется для отливки деталей, работающих под высоким давлением (рис. 79, в).
Технология ЭШЛ включает следующие операции: приготов­ление расходуемых электродов, подготовка печи, подготовка флюса, старт и стабилизация, переплав, формирование верхней части слитка (хот-топпинг [43]), остывание в кристаллизаторе и извлечение отливки. Это единственный процесс, когда отливка «извлекается» из печи.
Л1еталл для изготовления расходуемых электродов выплав­ляют в обычных сталеплавильных печах. Один из наиболее про­грессивных способов изготовления электродов — непрерывная разливка. Техническими условиями на расходуемые электроды оговариваются химсостав, технология выплавки исходного ме­талла, требования к поверхности электрода, допуски на криво­линейность и разнотолщинность [43].
Плавка начинается со старта, который может быть твердым или жидким. При твердом старте наведение ванны шлака про­изводится непосредственно в кристаллизаторе расплавлением стартовой экзотермической смеси. При жидком старте шлак плавят в специальной шлакоплавильной печи. Шлаковую ванну необходимо прогреть, чтобы стабилизировать процесс. Электрод при этом разогревается, начинается его плавление и устанавли­вается заданный электрический режим плавки. По мере оплав^- ления электрода, его подают в шлаковую ванну, уровень которой вместе с уровнем металла повышается, но медленнее, чем оплав­ляется электрод. Подачу осуществляют при помощи автомати­ческого привода.
После основного периода плавки, т. е. когда весь слиток уже наплавлен, мощность уменьшают и осуществляют подпитку го­ловной части (хот-топпинг [43]); усадочные дефекты сводят до минимума. Метод ЭШЛ позволяет приготовить металл, очищен­ный от вредных примесей, с плотной, равномерной структурой, что обеспечивает возможность изготовления сложных отливок со свойствами, которые невозможно получить другими метода­ми плавки.