В начале плавки нижняя часть ванны имеет плоскую поверхность (положение 1, рисунок 26). ОТ всей поверхности поддона (затравочной шайбы) происходит теплоотвод и осевой рост кристаллов. Если ЭШП производится на твердом старте, то одновременно с плавлением электрода и шлака подплавляется затравочная шайба, и ее поверхность является подкладкой для роста кристаллов. При жидком старте такой поверхностью является поддон, покрытый тонкой корочкой шлака.
По мере увеличения объема (уровня) жидкого металла в кристаллизаторе наряду с процессом роста кристаллов металла от поддона в направлении, параллельном оси слитка, начинается рост кристаллов в радиально-осевом направлении. Совместное охлаждающее влияние поддона и стенок кристаллизатора обуславливает радиально-осевую направленность теплоотвода. Поскольку рост кристаллов осуществляется параллельно теплоотводу, то и кристаллы от стенок кристаллизатора растут в радиально-осевом направлении. Стык кристаллов растущих от поддона и стенок кристаллизатора, образуют поверхность конуса. Высота зоны конуса составляет (0,6 - 0,7) Dкр.
а – линия ликвидуса; б – линия солидуса; в – двухфазная область; 1 – начало процесса; 2 – неустановившийся режим; 3 – стационарный режим; 4 – режим выведения усадочной раковины
Рисунок 26 – Изменение глубины металлической ванны по ходу плавки
С увеличением объема металлической ванны охлаждающее действие стенок кристаллизатора по сравнению с поддоном возрастает, и нижний участок ванны приобретает форму парабаллоида вращения, а верхний имеет цилиндрическую форму (положение 2, рисунок 26).Далее форма и глубина ванны остаются постоянными - это стационарный, или рабочий, режим плавки, в течение которого формируется основная часть слитка.
В этот период весовая скорость наплавления равна массовой скорости затвердевания, а электрический режим соответствует рабочему режиму плавки. На рисунке 26 стационарный режим обозначен положением 3. Оптимальным вариантом электрошлаковой плавки как по качеству слитка, так и по производительности электрошлаковой печи является также электрический и шлаковый режимы технологии, при которых общая глубина жидкой ванны в стационарном режиме равна радиусу кристаллизатора. Если кристаллизатор квадратный, то радиусу вписанного круга.
Глубина ванны регулируется, главным образом, объемной скоростью плавления электродного металла. Поскольку теплоотвод всегда направлен перпендикулярно охлаждающей поверхности - в условиях ЭШП такой поверхностью является поверхность солидус ванны (рисунок 26) - то при глубине ванны, равной радиусу кристаллизатора, главные оси дендритов будут располагаться под углом 40 - 60о к горизонтальной поверхности.
Чем меньше ванна (меньше скорость плавления электрода), тем больше этот угол, и, наоборот, с углублением ванны фронт затвердевания приобретает все более радиальное направление. При большом угле жидкий металл легче попадает в межосевые объемы, обеспечивая заполнение пустот, образующихся при кристаллизации вследствие разницы между объемами жидкого и твердого металла, способствуя получению плотных беспористых слитков.
В пристеночной области кристаллизатора возникает относительно небольшое количество центров кристаллизации вследствие низкого содержания неметаллических включений и сравнительно небольшого переохлаждения из-за шлакового гарнисажа. Поэтому от стенок кристаллизатора сразу начинается рост столбчатых кристаллов. Зона столбчатых кристаллов в мелких и средних слитках чаще всего доходит до оси слитка.
У края (у стенок кристаллизатора) структура состоит практически из первичных осей дендритов. Далее к центру появляются оси второго и, в ряде случаев, третьего порядков. Причем оси второго и третьего порядков имеют сравнительно небольшие размеры. Расстояние между осями различных порядков увеличивается к центру слитка. Аналогичная закономерность наблюдается и в структуре обычных слитков. Разница лишь в размере и количестве осей более высоких порядков и расстоянии между ними. Зона столбчатых кристаллов плотное, чем аналогичная зона в обычных слитках.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.