Использование процесса ЭШП без предварительной выплавки электродов
3 вопрос
Основные направления дальнейшего развития процесса ЭШП
Использование процесса ЭШП без предварительной выплавки электродов
Стружка легированного металла.
В настоящее время ее переплавляют и готовят электроды, но это связано с потерями легирующих. Чтобы предотвратить это -
а) При ЭШП с расходуемым электродом стружку подают через специальное устройство - воронку на шлак. Для уменьшения потерь легирующих над шлаком создается специальная атмосфера.
б) При ЭШП с нерасходуемым электродом (например, графитовым) – в этом случае возможно науглероживание металла.
Сложности: возможно прилипание к электроду, поэтому с определенной цикличностью уменьшают мощность.
Сущность процесса заключается в постепенном расплавлении металлоотходов в шлаковой ванне, нагреваемой электрическим током посредством нерасходуемых металлических охлаждаемых электродов, основные преимущества в использовании компактной шихты и возможности раздельного регулирования мощности, подводимой к шлаковой ванне, и скорости загрузки металлошихты, что позволяет в широких пределах изменять температуру, количество и состав шлака, а также регулировать энергетические показатели процесса и параметры теплообмена. Процесс ведется в кристаллизаторе. Охлаждаемый кристаллизатор, нерасходуемые металлические электроды, направленное формирование слитка, рафинирование металла шлаком обеспечивают высокое качество металла.
Недостатки. При переплаве сплавов, легированных такими элементами, как Al, Ti, Mn, и другими более активными элементами, чем Si и Fe, происходит восстановление Si, Fe и др. элементов из их оксидов в шлаке и окисление легирующих элементов в сплаве до тех пор, пока шлак не очистится от этих примесей. Это приводит, во-первых, к увеличению потерь легирующих, а во-вторых, к нестабильности химического состава слитка.
Другим существенным недостатком этого способа является то, что по мере накопления в шлаке оксидов легирующих элементов, в особенности хрома, вольфрама, молибдена, резко изменяются свойства шлака повышается вязкость, снижается электропроводность. Это приводит к нарушению стабильных режимов процесса и снижению производительности проплавления металлошихты, так как стружка окислена на поверхности и при ее переплаве оксиды переходят в шлак, а также протекают реакции между легирующими элементами в сплаве и оксидами шлака.
Металлизованные окатыши.
• обычный способ подготовки электрода;
• подготовка электродов прессованием;
• запрессовка окатышей в специальную трубу, из материала близкого по составу к выплавляемому металлу;
• непрерывная подача окатышей на слой шлака.
Сложности: постоянное изменение состава шлака.
Кроме того, более широкое внедрение жидкого старта и дуплекс – процесса ВИП – ЭШП.
Агрегаты ЭШП используют для переплава металлизованных окатышей, которые могут вводиться в шлаковую ванну различными способами: в зазор между стенкой кристаллизатора и нерасходуемым водоохлаждаемым или графитовым электродом, через полый электрод. Из окатышей методом прессования могут быть изготовлены и компактные электроды, которые затем могут быть переплавлены обычным способом. Процесс может осуществляться практически непрерывно при условии вытяжки слитка. При этом отпадают такие стадии, как выплавка стали в обычной печи из окатышей, разливка ее, прокатка на электроды и зачистка поверхности электродов.
Обусловлены трудности плавки отсутствием легирующих элементов, высоким содержанием окислов железа и пустой породы в металлизованных окатышах. При обычной плавке в том или ином агрегате можно, если необходимо, и путем применения внепечных методов удалить из металла кислород и ввести в него любые легирующие с равномерным их распределением в объеме металла. При ЭШП происходит непрерывная кристаллизация металла непосредственно из жидкой ванны, имеющей очень небольшой объем. Поэтому добиться равномерного распределения легирующих элементов, особенно если их несколько, путем непрерывного введения их в эту ванну в виде гранул, ленты или проволоки представляет большие трудности. Эти трудности еще более усугубляются наличием над ванной толстого слоя шлака, в который непрерывно поступают довольно значительные количества окислов железа из свежих порций окатышей.
8 вопрос
Технологические возможности ВИП
Развитие ВИП идет по трем направлениям:
Выплавка металла для слитков, предназначенных для последующего передела методами обработки металлов давлением.
Производство литых изделий (в частности, турбинных лопаток) как по способу точного литья, так и центробежного литья.
Выплавка электродов и заготовок для последующего переплава (ВДП, ЭЛП, ЭШП и др.)
В ВИП выплавляют в основном две группы марок стали:
- жаропрочные сплавы на никелевой основе - это главный сортамент ВИП.
- особонизкоуглеродистые коррозионностойкие стали. Стали занимают меньший объем и если коррозионностойкие стали можно сразу передавать из ВИП на прокат, то жаропрочные сплавы нельзя, так как структура слитка получаемого при выплавке стали и сплавов в ВИП обладает теми же дефектами, что и обычный слиток, так как разливка производится в обычную изложницу.
Цель - получить высокачественный металл, то есть металл, который отвечает требованиям, предъявленным к служебным свойствам - прочность, вязкость и т.д.
Основные преимущества ВИП
– отсутствие электродов
– возможность глубокой дегазации металла
– низкое содержание оксидных и нитридных неметаллических включений
– рафинирование металла от вредных цветных примесей за счет дистилляции
– высокая однородность за счет хорошей циркуляции металла
– получение металла в узких пределах по хим. составу
–при большой вместимости - малый угар легирующих элементов.
– возможность интенсификации процесса: продувка газами, ЭМП, обработка шлаками.
Процессы при ВКР
При температуре металла 1650 °С ковш поступает на установку вакуумно-кислородного рафинирования. При достижении давления 18 кПа начинают продувку расплава кислородом при одновременном электромагнитном перемешивании. Окончание продувки кислородом осуществляют при давлении 7-10 кПа после израсходования расчетного количества кислорода. Затем давление снижают до уровня 100 Па, перемешивание металла интенсифицируется путем продувки аргоном через пористую пробку. Для обеспечения восстановления хрома из шлака и достижения низкого содержания серы под вакуумом присаживают ферросилиций, алюминий, известь и плавиковый шпат. На заключительной стадии осуществляют скачивание шлака, присадку легирующих компонентов и , в случае необходимости, продувку расплава порошками.
Процессы при АКР
Процесс аргоно-кислородного рафинирования в агрегате АКР включает периоды обезуглероживания, раскисления и десульфурации. В качестве энергоносителей используются газообразный кислород, аргон и азот. В процессе продувки состав смеси изменяют, уменьшая расход кислорода и увеличивая расход аргона. Таким образом, обеспечивают получение сплавов с очень низким содержанием углерода и без заметных потерь хрома. На заключительной стадии ванну продувают чистым аргоном для возможно большего снижения концентрации кислорода (в результате перемешивания металла под высокоосновным шлаком), а также для возможно большего восстановления окисленного в процессе продувки кислородом хрома.
18 вопрос
Электронно-лучевой переплав
Способ заключается в том, что пучок электронов высокой мощности бомбардирует шихту, расплавляет ее и нагревает до высоких температур в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе при глубоком вакууме. Источником свободных электронов служит накаленная спираль или пластина, т. е. катод, с которого излучается поток электронов.
Электронные плавильные установки имеют разные конструкции излучающих устройств. Известны ЭЛП с кольцевым катодом, с радиальной пушкой и с аксиальной пушкой.
Рабочую поверхность основного катода таких печей выполняют в виде вогнутой линзы, благодаря чему формируют сходящийся электронный луч. На выходе из лучевода располагают систему электро-магнитного отклонения, обеспечивающую поворот луча в нужном направлении.
Основным узлом является вакуумная плавильная камера, толщина стенки которой составляет 10—15 мм, что обеспечивает жесткость конструкции и одновременно надежную защиту от рентгеновского изучения.
Плавильная камера охлаждается водой, в ней размещен кристаллизатор, который может иметь различную форму. В плавильной камере или в отдельной автономной камере располагается один или несколько электроннолучевых нагревателей (пушек). Подача переплавляемого материала, в частности заготовки, осуществляется при помощи механизма подачи. При ЭЛП могут с успехом также переплавляться брикеты, гранулы, стружка и т. д., и в этом случае предусматриваются специальные способы их подачи. Наплавленный слиток формируется в водоохлаждаемом кристаллизаторе по методу полунепрерывной разливки. Для создания наиболее выгодных условий рафинирования металла и упрощения конструкции плавильных установок поверхность жидкой ванны на протяжении всей плавки поддерживается на уровне верхнего среза кристаллизатора. Это достигается перемещением слитка по ходу плавки специальным механизмом вытягивания.
Печь имеет вакуумную систему, включающую насосы трех типов: диффузионные, бустерные и механические, которые включаются последовательно. Для рациональной загрузки и выгрузки электроннолучевые печи обеспечиваются специальными шлюзовыми устройствами. Наблюдение за плавкой осуществляется через смотровые стекла, которые защищаются от конденсации паров стробоскопической смотровой.
Электронно-плавильные установки имеют системы управления, стабилизации, блокировок и аварийной сигнализации.