Процесс перехода металла из твердого (кристаллического) состояния в жидкое (процесс плавления) сопровождается весьма небольшим увеличением объема системы. Для металлов, в частности, прирост объема не превышает 6 %. Это соответствует увеличению взаимного расстояния между частицами при плавлении не более чем на 2 % и указывает на то, что частицы (атомы, молекулы или ионы), составляющие жидкость, находятся на расстояниях, мало отличающихся от расстояний между частицами в соответствующих кристаллах.
Можно еще отметить, что в слитках легированной конструкционной стали массой 2,5 - 4,5 т корковая зона мелких кристаллов имеет толщину 6 - 8 мм, зона столбчатых кристаллов, наклоненных на 16 - 18о к верхней части слитка, 70 - 80 мм. В осевой части расположена зона равноосных кристаллов, размер которых возрастает от низа к верху с 10 до 80 - 100 мм (по главной оси). Поперечный разрез слитка показан на рисунок 16, б.
Структура слитка ЭШП определяется, главным образом, глубиной и формой жидкой металлической ванны в кристаллизаторе, которая в свою очередь зависит от соотношения подводимой и отводимой тепловой мощности. Общие законы кристаллизации металла, естественно, действуют и в условиях ЭШП. Однако специфика этих условий накладывает свой благоприятный отпечаток на строение электрошлакового слитка.
К основным особенностям условий кристаллизации металла при ЭШП следует отнести:
1) усиленный теплоотвод в поддон и в связи с этим перераспределение тепловых потоков с приближением их к осевому направлению;
2) непрерывный подвод к верхней части слитка тепла, вносимого расплавленным и перегретым электродным металлом и передаваемого шлаковой ванной за счет теплопроводности;
3) ослабленное (по крайней мере в первый момент, т.е. при кристаллизации поверхностного слоя слитка) охлаждающее действие стенки изложницы (кристаллизатора) в связи с отсутствием непосредственного контакта металла с этой стенкой;
4) наличие над жидким металлом шлаковой ванны, являющейся своего рода тепловой надставкой.
Факторы 2 и 3 способствуют тому, что в поверхностном слое электрошлакового слитка не образуется зона мелких равноосных (“замороженных”) кристаллов (вместо нее здесь может быть зона мелких столбчатых кристаллов). Факторы 1 и 2 способствуют получению осевой или радиально-осевой кристаллизации слитка. Направленный теплоотвод и повышенный градиент температур благоприятствуют развитию в электрошлаковом слитке столбчатых кристаллов. Следует подчеркнуть, что благодаря осевой или радиально-осевой направленности этих кристаллов по оси электрошлакового слитка не образуются места слабины и связанные с ними трещины.
Особенностью строения электрошлакового слитка является наличие ярко выраженной зоны влияния затравки и поддона, в которой столбчатые кристаллы направлены вертикально, а в некоторых случаях (например, при малых для данного кристаллизатора размерах затравки) даже веерообразно.
Фактор 4 способствует получению при ЭШП слитка без усадочной раковины в головной части.
Образование небольших закрытых усадочных раковин при ЭШП возможно лишь в тех случаях, когда в момент окончания процесса объем металлической ванны чрезмерно велик. Это может иметь место при форсированных режимах ведения и окончания плавки и особенно при выплавке слитков весьма больших сечений (диаметром 800 мм и более).
При наличии в слитке ЭШП закрытой усадочной раковины последняя, как правило, заполнена шлаком. Это объясняется следующим. После прекращения подвода тепла к шлаковой ванне жидкая металлическая ванна может кристаллизоваться не только со стороны затвердевшей части слитка и стенок кристаллизатора, но и сверху, т.е. со стороны шлаковой ванны за счет отвода тепла в последнюю. После образования под шлаковой ванной корки затвердевшего металла кристаллизация жидкого металла продолжается в замкнутом объеме. При этом вследствие усадки создается вакуум. В определенный момент корочка затвердевшего металла в наиболее тонком месте (в центре) трескается, и в образовавшуюся раковину засасывается жидкий шлак.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.