Ответы на вопросы № 55-82 к экзамену по дисциплине "Термическая обработка сталей и сплавов" (Диапазон регулирования скорости наплавления слитка. Переплав в атмосфере инертного газа), страница 7

75. Тепловой КПД плазмотрона, т.е. отношение мощности энерговыделения за срезом его сопла к общей электрической мощности также изменяется в широких пределах (45–85 %) и зависит от конструктивных особенностей плазмотрона и рода плазмообразующего газа. При оптимальных режимах работы плазмотрона с использованием аргона относительные потери энергии в его сопле и на электроде (катоде) составляют не менее 25 %, а по мере разбавления аргоновой плазмы азотом уменьшаются до 15 %. Это означает, что при плазменно-дуговом нагреве металла может быть использовано около 75–85 % подведенной электрической энергии.

Энергия, выделяемая за срезом сопла плазмотрона, расходуется полезно на плавление металла заготовки и поддержание расплава в кристаллизаторе. К бесполезным потерям теплоты относятся нагрев верхнего пояса кристаллизатора, камеры печи и соседних плазмотронов

76. От использования преимуществ независимости источника теплоты при ПДП можно ожидать значительно больших успехов и не только в деле переработки некомпактной шихты. Так, методом ПДП в настоящее время получают слитки круглого, квадратного, прямоугольного поперечного сечений. До сих пор не реализованы технологические схемы ПДП с целью получения слитков разнообразного поперечного сечения, например полых. В этом аспекте ПДП имеет существенные резервы повышения технико-экономической эффективности металлургического производства.

Метод ПДП позволяет достаточно успешно решать проблему регенерации титановых отходов, которые часто с трудом вовлекаются в передел и накапливаются на металлургических и машиностроительных заводах. Титановая губка мелких фракций, литейные отходы титана, а также отходы в виде стружки и обрези в печах ПДП легко переплавляются в слитки первичного и вторичного титана и его сплавов. Это дает возможность замкнуть металлооборот на металлургических и машиностроительных заводах, исключить сложную и дорогостоящую операцию прессования расходуемого электрода, а при выплавке слитков-слябов и операцию предварительного обжатия слитков и таким образом резко снизить себестоимость продукции из титана.

77. При канонической схеме ПДП, когда заготовка экранирует излучение столбов дуг, камера печи воспринимает 15–20 % генерируемой плазмотрономи теплоты.            В случае ПДП некомпактной шихты тепловая нагрузка свода и стенок камеры, а также охлаждаемых корпусов плазмотронов увеличивается примерно на 10 %.

Геометрию металлической ванны при ПДП принято характеризовать коэффициентами глубины kг и формы aф. Первый представляет собой отношение наибольшей глубины ванны к ее диаметру, а второй – отношение глубины ванны на половине радиуса слитка к ее глубине на оси.

Независимый источник теплоты, используемый при ПДП, позволяет регулированием производительности процесса и энергии, вкладываемой в металлическую ванну, изменять геометрию фронта затвердевания и, следовательно, направленность роста главных осей дендритов в структуре формируемого слитка.

При постоянной электрической мощности плазмотронов и использовании кристаллизатора заданного поперечного сечения производительность переплава определяется исключительно скоростью подачи расходуемой заготовки. Производительность обуславливает максимальную глубину металлической ванны, конфигурацию ее профиля и скорость кристаллизации металла по фронту затвердевания.

78. Независимый источник теплоты позволяет по окончании наплавления слитка осуществлять обогрев и подпитку его головной части при постепенном уменьшении мощности плазмотронов и тем самым легко получать слитки практически без усадочной раковины.

Достаточная технологическая гибкость процесса ПДП позволяет получать слитки без поверхностных дефектов, для чего повышают удельные затраты теплоты на обогрев металлической ванны, выбирают оптимальную производительность переплава, применяют небольшие добавки синтетических шлаков

79. Повышение качества металла (металлургическая чистота, совершенство его макро- и микроструктуры) в результате ПДП обусловлено совокупностью факторов: небольшая массовая скорость поступления металла в кристаллизатор; поддержание металлической ванны в кристаллизаторе в состоянии необходимого перегрева; отсутствие источников вторичного окисления металла (воздух) и загрязненности его экзогенными НВ (футеровка).