Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 30

1 – электрод; 2 – кристаллизатор; 3 – шлаковая ванна; 4 – металлическая ванна; 5 – наплавляемый слиток

Рисунок 25 – Схема процессов ЭШП с низким (а) и высоким (б) коэффициентом заполнения

При используемых на промышленном оборудовании размерах слитка и скоростях плавления низкому КЗК обычно свойственен конический конец электрода, высокому КЗК - плоский или даже вогнутый конец электрода. Различие между профилями концов электродов, очевидно, отражает значительное различие между полями изотерм двух электродов.

Профиль конца электрода небольшого сечения предполагает, что температура его по периметру выше температуры его внутренней части, и поэтому плавление в районе периметра начинается почти сразу же после того, как происходит контакт электрода со шлаком (уровень шлака достигает конца электрода).

В таблице 6 приведены сравнительные данные процесса ЭШП при низком и высоком КЗК [15].

Таблица 6 – Сравнительные данные процесса ЭШП при низком и высоком КЗК

Из таблицы видно, что для приблизительно равных скоростей плавления при высоком КЗК требуется на 14,4 % меньше ток и на 31,6 % меньшая мощность, чем при плавках с низким КЗК (состав шлака: 70 % CaF₂ , 15 % CaO, 15 % Al₂O₃).

Основные выводы:

1. КЗК оказывает большое влияние на скорость плавления и расход электроэнергии.

2. С увеличением КЗК минимальная скорость плавления, необходимая для обеспечения хорошей поверхности слитка, возрастает и соответственно увеличивается глубина металлической ванны.

3. Предельное уменьшение КЗК приводит к увеличению расхода электроэнергии.

4. При скорости плавления, равной 0,8D (диаметр кристаллизатора, мм) в качестве оптимальных величин рекомендуются значения КЗК, равные 0,60 ± 0,05.

5. На качество поверхности слитка ЭШП, помимо других факторов, влияет и КЗК. При определенном значении КЗК можно получить требуемый выход годного от слитка ЭШП, а иногда и повлиять на его качество.

5.5 Металлическая ванна

От формы металлической ванны зависит структура наплавляемого слитка. Рост кристаллов металла - дендритов происходит параллельно отводу тепла, т.е. перпендикулярно к поверхности фронта кристаллизации металла. Чем меньше глубина металлической ванны, тем больше преобладает осевая кристаллизация металла. При глубокой металлической ванне преобладает радиальная кристаллизация, что ухудшает структуру слитка и, следовательно, его качество. В процессе наплавления слитка глубина металлической ванны меняется, что связано с различными условиями охлаждения.

Структура слитка ЭШП определяется, главным образом, глубиной и формой жидкой металлической ванны в кристаллизаторе, которая зависит от соотношения подводимой тепловой мощности.

Передней (верхней) границей двухфазной области является температура начала кристаллизации стали (рисунок 26, линия а). Противоположной границей - температура конца затвердевания (линия б) [16].

Протяженность двухфазной области при формировании слитков ЭШП меньше, чем в обычных слитках. Чем больше подводится тепла к плоскости начала затвердевания (плоскость ликвидуса) и чем быстрее отводится тепло от плоскости солидуса, т.е. чем больше скорость движения твердой границы, тем меньше двухфазная область. Это условие соблюдается при формировании электрошлакового слитка.