Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 37

Природа химического взаимодействия между шлаковой ванной и электродным металлом (процессы 5, 6) такая же, как и между шлаковой и металлической ваннами, только в первом случае взаимодействие интенсивное. Особенно интенсивно взаимодействия происходят на стадии пленки и капли, образующейся на конце плавящегося электрода, что объясняется значительной удельной поверхностью раздела со шлаком.

Взаимодействие электродного металла с металлической ванной (процессы 7, 8) заключается в получении расплава, который после затвердевания образует металл слитка. Взаимодействие между электродным металлом и атмосферой (процессы 9, 10) сводится по существу к окислению поверхности металла и адсорбции на нем газов. В результате реакции металла с влагой происходит усвоение водорода и образование на поверхности металла ржавчины.

Кроме перечисленных процессов при ЭШП большое значение имеет смачивание шлаком поверхности металла. Без смачивания невозможен физический контакт между металлом и шлаком и химическая очистка первого вторым.

Рисунок 38 – Схема физико-химических процессов между атмосферой, шлаковой ванной, металлом электрода и металлической ванной при ЭШП

7.2 Поверхности реагирования при эшп

Соприкосновение жидкого металла со шлаком при ЭШП происходит не только на этапе капельного переноса, но и во время расплавления металла на электроде и каплеобразования, капельного переноса жидкого металла через шлак и нахождения металла на поверхности жидкой металлической ванны.

Интенсивность процессов ЭШП зависит от приведенной поверхности реагирования, представляющей собой произведение геометрической поверхности реагирования на время контакта жидкого металла со шлаком с учетом температуры в зоне реакции (температуры разных участков шлаковой ванны и температуры перегрева на различных этапах реагирования). Можно допустить, что температура в шлаковой ванне в достаточной мере усреднена ввиду усиленных конвективных и электродинамических потоков шлака. В то же время расчетные данные, представленные в таблице 7, показывают, что значения температур перегрева металла на разных этапах реагирования достаточно близки. Следовательно, интенсивность взаимодействия металла со шлаком в основном будет определяться произведением геометрической поверхности реагирования на время контакта. Изменением температуры капли при ее перемещении, по-видимому, также можно пренебречь.

Таблица 7 - Температуры перегрева стали ШХ15 на разных поверхностях  реагирования

С учетом изложенного рассмотрим приведенные поверхности реагирования для различных этапов переноса металла.

В широком диапазоне рабочих режимов форма электрода, погруженного в шлак, близка к конусу. Это свидетельствует о том, что металл электрода плавится равномерно по всей поверхности конуса.

Изучение электрошлакового процесса с помощью рентгеновского просвечивания и осциллографирования показало, что процесс каплеобразования носит ярко выраженный релейный характер: после ухода предыдущей капли расплавленный металл остается в пленке большую часть периода капельного переноса, за это время он получает перегрев, необходимый для преодоления сил поверхностного натяжения, затем скачком накапливается на конце конуса и отделяется в виде капли. Следовательно, на конусе электрода перед отрывом капли существует пленка металла, толщину который с достаточной точностью можно считать постоянной. Исходя из указанных представлений, за поверхность реагирования металла со шлаком в период каплеобразования можно принять площадь конуса.