Литературный и патентный обзор по электрошлаковому переплаву. Флюсы для процессов ЭШП

1  Введение

Принцип действия электрических печей сопротивления основан на выделении тепла в проводнике при прохождении по нему электрического тока,причем количество тепловой энергии W за время t определяют по закону Джоуля-Ленца

Где I—сила тока, протекающего Через проводник; R—активное сопротивление проводника.

Печи сопротивления косвенного нагрева были первыми сталеплавильными печами, но не получили распространения из-за низких технико-экономических показателей. Можно отметить оригинальную конструкцию печи с графитовыми нагревателями, созданную в 1915 г. русскими инженерами С. С. Штейнбергом и И. П. Грамолиным для выплавки качественных сталей на одном из уральских заводов (вместимость 0,75—1,5 т).

В настоящее время в отечественной и зарубежной электрометаллургии достаточно широко применяют печи электрошлакового переплава (печиЭШП). ПечьЭШП  (рис.1)  представляет

собой печь сопротивления косвенного нагрева, в которой источником (нагревателем) служит слой (ванна) 4 жидкого электропроводного шлака с температурой 2000—2300 К. Электрический ток через понижающий трансформатор 1 подводят по одному или нескольким электродам 2. Электроды могут быть стальные(расходуемые) при электрошлаковом переплаве (ЭШП) или литье (ЭШЛ) и графитированные (нерасходуемые)при электрошлаковой разливке (ЭШР) или порционной электрошлаковой отливке крупных слитков (ЭШО). Жидкий металл, стекающий каплями с торца расходуемого электрода 2 или заливаемыи в печь из ковша, проходит через слои шлака 4 образует ванну 5 формируется в слиток 7 в водоохлаждаемой металлической изложнице кристаллизаторе 3 с поддоном 8 при этом на               боковой поверхности слитка образуется шлаковый

Рис.1  Схема электрошлакового переплава расходуемого электрода

гарнисаж 6 толщиной Dг,  обеспечивая естественную тепловую и электрическую изоляцию слитка от кристаллизатора.

По мере опл авления расходуемого электрода его опускают со скоростью Vэд. Область устойчивых режимов ЭШП ограничена: с одной стороны, появлением дуговых разрядов между электродом и поверхностью шлаковой ванны, c

другой стороны, появлением дуговых разрядов между электродом и поверхностью металлической ванны.

Способ ЭШП разработан в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР на основе сварочного электрошлакового процесса. Первая однофазная опытней промышленная печь ЭШП была построена в 1956 г., а с 1958 г. началось промышленное применение печей ЭШП. В

1963 г. за разработку и внедрение в промышленность сталей и сплавов ЭЩП — «высокоэффективного способа повышения качества специальных сталей» авторам процесса была присуждена Ленинская премия.

Печи ЭШП могут быть однофазные.и трехфазные: однофазная печь с одним электродом (Рис.2,а) или с двумя электродами (рис.2, б); трехфазная печь с тремя электродами, расположенными в одном кристаллизаторе, по вершинам равностороннего треугольника

(рис.2, в) или с тремя кристаллизаторами (рис. 2, г), которая представляет собой три однофазные печи с одним электродом, подключенный к одному трехфазному трансформатору. Для уменьшения площади, занимаемой печью этого типа, кристаллизаторы располагают в ряд. Существенным недостатком такой печи ЭШП является значительный перенос мощности по фазам ,при этом скорость плавления расходуемого электрода «дикой» фазы значительно

 

Рис.1 Схемы печей ЭШП

превышает скорость плавления расходуемого электрода «мертвой» фазы, что приводит к снижению производительности всей печи. Поэтому современные трехфазные печи ЭШП питают от однофазных трансформаторов (рис.2 ,д)

Основным типом промышленных печей ЭШП в настоящее время являются однофазные (одноэлектродные) печи, в которых выплавляют слитки круглого и квадратного сечения для сортового проката («сортовые» слитки .массой до 5 т) и «кузнечные» слитки круглого сечения (массой до 40—200 т). Двухэлектродные печи целесообразно использовать для выплавки слитков квадратного и особенно прямоугольного сечения («листовые» слитки массой до 20т).

Схемы печей ЭШП, представленные на  рис.2   обеспечивают наплавление слитка в кристаллизаторе изложнице с неподвижным поддоном. В таком случае высота слитка определяется высотой кристаллизатора и массой расходуемого электрода. Для получения слитков большей длины, чем высота кристаллизатора, можно использовать схему печи ЭШП с вытягиванием слитка, т.е. подвижный поддон и неподвижный кристаллизатор (аналогично установкам непрерывной разливки стали),или с подвижным скользящим кристаллизатором, поднимающимся вверх по мере наплавления слитка. В последнем случае целесообразно иметь кристаллизатор, переменного по высоте сечения, т. е. Т-образного профиля  Увеличенное поперечное сечение шлаковой ванны позволяет разместить один или несколько (многоэлектродные печи ЭШП) расходуемых электродов.Если суммарная площадь поперечного сечения расходуемых электродов равна площади поперечного сечения слитка, отпадает необходимость передвижения электродов.