Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 38

Приведенная поверхность реагирования на конусе электрода для порции металла, образующей одну каплю, равна

        ,                                                                                       (41)

где       d_эл - диаметр электрода;

a - угол в вершине конуса;

t_к - период образования капли.

Интерес представляет не приведенная поверхность реагирования для одной капли, а приведенная поверхность реагирования на 1 кг переплавленного металла (A_кон). Учитывая, что при переплаве 1 кг металла упадет n капель и что n = 1/g_к и g_к/t_к = G_пл, после преобразований получим

,                                                                                     (42)

где       g_к - масса капли металла, кг;

            G_пл - скорость плавления металла, кг.

Геометрическая поверхность реагирования капли при капельном переносе через шлак, если предположить, что проходящая капля имеет форму шара, равна

,                                                                                                              (43)

где  g - плотность переплавляемого металла, г/см³.

Поверхность капель, приходящаяся на 1 кг металла, может быть выражена

.                                                                                                              (44)

Приведенную поверхность реагирования на этапе капельного переноса металла через шлак можно вычислить по формуле

.                                                                                                              (45)

Приведенная поверхность реагирования жидкой металлической ванны, если предположить, что каждая капля растекается по всей поверхности металлической ванны, может быть подсчитана по выражению

.                                                                                                              (46)

Полученные выражения позволяют оценить влияние различных факторов на интенсивность процесса на различных этапах взаимодействия металла со шлаком.

Из изложенного следует, что при прочих равных условиях (неизменности диаметров электрода и кристаллизатора), приведенная поверхность реагирования на конусе электрода зависит от заглубления электродов и обратно пропорциональна скорости плавления металла. Изменяя производительность в практически разумных пределах, приведенную поверхность реагирования конуса электрода и шлаковой ванны можно изменить примерно в два раза.

Поверхность реагирования металлической ванны определяется только скоростью плавления. Предположение о равномерном растекании капли металла весьма условно, так как данные, полученные при моделировании электрошлакового процесса, показывают, что капля электродного металла только частично растекается по поверхности металлической ванны. Часть ее протекает внутри ванны, поскольку капля обладает определенной кинетической энергией, а ее температура и, следовательно, плотность относительно мало отличаются от температуры и плотности верхних слоев металлической ванны. При определенных условиях это обстоятельство может на порядок уменьшить приведенную поверхность реагирования жидкой металлической ванны.

Приведенная поверхность реагирования капель зависит от их массы и времени существования. Эти величины в условиях ЭШП существенно изменить нельзя, а, следовательно, нельзя изменить приведенную поверхность реагирования капель более чем в 2 - 3 раза.

Приведенные поверхности реагирования зависят от геометрии печи, т.е. заглубления и диаметра электрода и диаметра кристаллизатора (таблица 8). С увеличением диаметра кристаллизатора и соответственно электрода увеличивается масса капель и скорость плавления. Это вызывает снижение приведенной поверхности реагирования при капельном переносе металла через шлак и увеличение приведенной поверхности реагирования на конусе и в жидкой металлической ванне.

Таблица 8 - Приведенная поверхность реагирования металл-шлак при ЭШП при различной геометрии печи (конус 120^о, шлак АНФ-6)