Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 10

Наличие температурных зон связано с особенностями нагрева электрода, а именно, тепло от шлаковой ванны распространяется вверх по электроду, а сам электрод перемещается вниз навстречу тепловому потоку.

Рисунок 9 – Температурные зоны расходуемого электрода

В шлаковой ванне установок ЭШП происходит плавление расходуемых электродов и протекают металлургические реакции, обеспечивающие рафинирование расплавленного металла. Интенсивность этих процессов во многом определяется температурным состоянием шлакового расплава вблизи оплавляемых поверхностей и в местах протекания реакций.

Шлаковый расплав, в отличие от других токопроводящих элементов электрошлаковой установки, является жидким проводником электрического тока, в котором имеют место интенсивные перемещения шлаковых объемов под действием гравитационных и электромагнитных сил (рисунок 10). Эти конвективные потоки приводят к выравниванию температур в шлаковом расплаве, и в реальной шлаковой ванне не наблюдается значительного перепада температур как по сечению, так и по глубине.

Перепад температуры по высоте и диаметру шлаковой ванны не превышает 100 - 150 ^оС [6]. Интенсивные шлаковые потоки вызывают также локальные искажения температуры в различных точках шлакового расплава. Однако общий характер распределения температур при фиксированном режиме электрошлакового процесса соответствует некоторому среднему за относительно большой промежуток времени.

1 – холодный граничный слой; 2 – горячий шлак; 3 – холодный граничный слой; 4 – металлическая ванна; 5 – затвердевший слиток

Рисунок 10 – Распределение температур в шлаковой ванне

Температурное поле шлакового расплава в основном определяется распределением теплоисточников в объеме шлаковой ванны и на ее границах, ограничивающих шлаковый расплав конструкций, интенсивно отбирающих теплоту от периферийных участков шлаковой ванны. На рисунке 11 показаны температурные градиенты в зоне кристаллизатор - шлак, показывающие резкий перепад температуры в зазоре между стенкой кристаллизатора и шлаковой корочкой [7]. Как видно из рисунка 11, основным фактором, определяющим скорость охлаждения слитка, является зазор между стенкой кристаллизатора и шлаковой корочкой.

В таблице 1 дана классификация печей ЭШП.

1 – водяное охлаждение; 2 – стенка кристаллизатора; 3 – зазор между стенкой кристаллизатора и шлаковой корочкой; 4 – шлаковая корочка; 5 – расплавленный шлак

Рисунок 11 – Схема распределения температур в зоне кристаллизатор – шлак

Таблица 1 - Классификация печей ЭШП (ГОСТ 20552-75)

2 ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭШП

Для проведения процесса ЭШП необходимы следующие материалы:

1. Расходуемые электроды.

2. Затравки.

3. Рабочие флюсы.

2.1 Расходуемые электроды и затравки

Существуют следующие способы производства расходуемых электродов: прокатка, ковка, разливка в специальные изложницы, разливка на машине непрерывного и полунепрерывного литья заготовок. Наиболее дешевыми и экономически оправданными способами производства расходуемых электродов являются прокатка на блюминге или крупносортном стане и разливка на МНЛЗ [2]. Преимущества последней наиболее очевидны при изготовлении электродов из труднодеформируемых сталей и сплавов, прокатка которых затруднена, и для производства электродов применяется ковка - способ, имеющий самые низкие технико-экономические показатели.