Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 13

1) легкий старт и высокая стабильность процесса ЭШП;

2) возможность обеспечения оптимальных скоростей наплавления слитка для получения осевой направленности кристаллизации;

3) минимальный удельный расход электроэнергии;

4) хорошее формирование поверхности слитка и легкое отделение от нее шлаковой корочки;

5) неизменность состава шлака при длительном его хранении и в процессе ЭШП, низкая гигроскопичность;

6) минимальные трудности при изготовлении, в том числе при выплавке, дроблении и т.п.

К основным металлургическим требованиям относятся:

1) минимальная окислительная способность;

2) высокая десульфурирующая способность;

3) высокая способность удаления из металла неметаллических включений и газов;

4) хорошая защита расплавленного металла от влияния атмосферного воздуха.

К перечисленным требованиям следует добавить, что шлаки для ЭШП по возможности не должны содержать дорогих и дефицитных компонентов.

Все эти требования на практике зачастую вступают в противоречие, и создать шлаки, полностью им отвечающие, практически невозможно. Тем не менее, в каждом конкретном случае можно подобрать такой шлак, который будет отвечать наиболее важным требованиям.

Для легкого наведения шлаковой ванны шлак должен быть сравнительно легкоплавким и обладать высокой электропроводностью в расплавленном состоянии. Для поддержания стабильного электрошлакового процесса также необходимо, чтобы в расплавленном шлаке присутствовали катионы, препятствующие возникновению дугового разряда, кроме того, температура кипения шлака или отдельных его компонентов должна быть достаточно высокой. Этим условиям в значительной мере удовлетворяет фтористый кальций.

Для обеспечения минимального расхода электроэнергии шлак, наоборот, должен обладать высоким электросопротивлением.

Минимальной окислительной способностью обладают шлаки, не содержащие в своем составе окислов, термодинамически менее устойчивых, чем окислы легирующих элементов, присутствующих в переплавляемом металле, а также соединений, повышающих активность кислорода в шлаковых расплавах. С этой точки зрения наилучшими являются бескислородные шлаки, в частности чистый фтористый кальций.

Обессеривающая способность шлаков тем выше, чем выше их основность. Снижение вязкости шлака также способствует обессериванию. С этой точки зрения желательно использовать при ЭШП известковистые шлаки.

Для очистки переплавляемого металла от неметаллических включений, а также для хорошего разделения шлаковой и металлической фаз, применяемые при ЭШП шлаки должны обладать максимальной адгезией к неметаллическим включениям и минимальной адгезией к металлу. Как сейчас установлено, фторидные шлаки хорошо смачивают включения типа корунда, кварцевого стекла и др.

Вероятность перехода газов из металла в шлак тем больше, чем выше растворимость газов в шлаке. Однако шлаки, растворяющие большие количества газов, например известковистые (водород) и карбидные (азот), в то же время могут поглощать их не только из металла, но и из воздуха. При этом защитные свойства шлаковой ванны, естественно, снижаются, так как газопроницаемость ее увеличивается.

Из приведенного анализа видно, что наибольшему числу требований удовлетворяет фтористый кальций. В таблице 2 приведены составы флюсов (шлаков) для ЭШП.

Флюс АНФ-1П, представляющий собой переплавленный и отрафинированный в дуговой печи с графитовым электродом флюоритовый концентрат или плавиковый шпат, в расплавленном состоянии обладает чрезмерно высокой электропроводностью. При ЭШП на этом флюсе производительность весьма низка, а расход электроэнергии велик. Для снижения электропроводности флюса в него следовало ввести компоненты, способные образовать в шлаковом расплаве малоподвижные комплексные анионы. Такие анионы в данном случае могли быть получены введением кислых (SiO₂) или амфотерных (Al₂O₃) окислов (SiO₄; Al₃O₇ и др.). Поскольку кремнезем является менее термодинамически устойчивым соединением, чем глинозем, а также учитывая, что кремнезем может повышать адгезию шлака к металлу и снижать обессеривающую способность шлака, предпочтение было отдано глинозему.