Технологічний процес вакуумно-дугового переплаву сталі.
Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.
Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов и неметаллических включений. Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу. Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Улучшаются прочность и пластичность стали.
Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.
Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей. Схема электрошлакового переплава представлена на рисунке 1.
Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700оC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, высокими механическими и эксплуатационными 1
свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения, массой до 110 тонн.
Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи 1 и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 8 (анодом) возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла 4, проходя зону дугового разряда дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами. Изготавливают детали турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 тонн.
Нагрузочные характеристики импульсно-подмагничиваемих элементов в относительных единицах. Возможность применения таких источников тока являются: электропривод, импульсно електро енергетика , преобразующая техника, светотехника и др Они апробированы в установках питания основных электро технологических процессов (электролиз Гальванотехника, электролитный нагрев, электрохимическая обработка) и могут быть применены в электротермии, включая дуговые печи, вакуумно-дуговые и руднотермических печи, установки электрошлакового переплава и контактного нагрева.
В книге описаны электрические дуговые печи и установки всех типов, в которых источником нагрева (полного или частичного) едуга - электрический разряд в газовой среде или вакууме, а именно: дуговые сталеплавильные печи (прямого действия), дуговые печи для плавления цветных металлов (побочного действия ), вакуумные дуговые печи, установки электрошлакового переплава, плазменные установки ируднотермичних печи всех типов. Описаны также промышленные электроннолучевые устройства.
Высококачественные стали - инструментальные, нержавеющие, жаропрочные и жароупорный, конструкционные, а также сплавы с особыми свойствами - выплавляемым преимущественно в электрических печах. Для их производства используются дуговые и индукционные печи, печи сопротивления, а в последние 2
годы – установки электрошлакового переплава, вакуумные индукционные и вакуумные дуговые печи, плазменные дуговые и электроннолучевые печи. Основное количество электростали выплавляется в дуговых печах.
Для подшипников специальных видов нужно сталь с еще большей чистотой. Для обеспечения этих требований созданы и развиваются мощности по переплава шарикоподшипниковая стали в вакуумно-дуговых печах и на установках электрошлакового переплава, а также мощности по внепечной обработки металла в ковше синтетическими шлаками и в вакууме.
Эта книга является ее продолжением. В ней описаны дуговые печи и установки всех видов: дуговые сталеплавильные печи прямого действия, дуговые печи для плавления цветных металлов побочных эффектов, вакуумные дуговые печи (для плавки на слиток и гарнисажние), руднотермических печи всех типов, плазменные установки, установки электрошлакового переплава, а также электроннолучевые установки и некоторые печи сопротивления (например, для производства карборунда), которые, не будучи собственно дуговыми, включены сюда методическим соображениям.
Обычно при электрошлакового переплава используют твердый флюс, расплавляют электрической дугой или при помощи экзотермической смеси. Однако такая технология имеет ряд недостатков: необходимо использовать стальные темплеты (затравки), предохраняющие поддон от прожигания дугой: удлиняется время плавки, так как основная часть мощности расходуется на расплавление шлака; образование холодных зон в шлака в период наводнения шлаковой ванны приводит к снижению качества поверхности донной части слитка. Эти недостатки устраняют при заливке шлака в кристаллизатор перед плавкой. В установке электрошлакового переплава над кристализаторомрозташовують графитовый тигель, предназначенный для расплавления шлака. Следует, однако, отметить, что при заливке шлака в кристаллизатор сверху возможные наплески на стенки кристаллизатора, в результате чего ухудшается поверхность слитка.