Способы повышения качества сталей

Обновлено: 03.05.2024

Современная техника предъявляет всё возрастающие требования к качеству металла: его механическим и эксплуатационным свойствам, газосодержанию, точности химического состава. Для удовлетворения этих требований необходимо уменьшение в металле вредных примесей, газов, неметаллических включений. Очистку материала от нежелательных примесей называют рафинированием.

Способы рафинирования стали можно разбить на две группы: внепечную обработку и переплав.

При внепечной обработке качество выпущенной из печи жидкой стали повышается путём дополнительной обработки в ковше или вспомогательном устройстве. К способам внепечной обработки относятся обработка синтетическим шлаком, вакуумирование, продувка инертными газами, продувка порошкообразными материалами.

Обработка синтетическим шлаком (т.е. шлаком, состоящим из различных веществ, сведённых в единое целое) заключается в заливке в ковш перед выпуском туда стали специально выплавленного в электропечи шлака, состоящего из 55% негашёной извести СаО, 40% глинозёма Al2O3 и небольшого количества других веществ, содержащих кремний и магний. Когда в этот же ковш затем выливают сталь из печи, то происходит её интенсивное перемешивание с синтетическим шлаком, в результате которого поверхность их взаимодействия резко возрастает, и реакции между ними протекают гораздо быстрее, чем в плавильной печи. Благодаря этому сталь, обработанная синтетическим шлаком, содержит значительно меньше серы, кислорода и неметаллических включений, что приводит к повышению её прочности и пластичности. Такую сталь применяют для изготовления ответственных деталей различных машин.

Вакуумирование проводят для уменьшения газовых (кислорода, водорода, азота) и неметаллических включений. Вакуумирование выполняют различными способами с помощью вакуумных камер, соединённых с вакуумными насосами, создающими значительно разряжение, в результате которого начинается выделение угарного газа СО, жидкий металл закипает, и происходит его интенсивное перемешивание, повышающее его однородность. Выделяющиеся пузырьки различных газов отсасываются вакуумным насосом, захватывая с собой из металла различные неметаллические примеси. В результате значительно повышается прочность, пластичность и однородность стали.

Вакуумирование в ковше осуществляют путём его установки на 10…20 мин в герметичную вакуумную камеру. Циркуляционное вакуумирование осуществляют с помощью специальной установки, состоящей из вакуумной камеры со всасывающей и сливной трубами, которые опускают внутрь жидкого металла, находящегося в ковше. Одной трубой металл всасывается в камеру, где и вакуумируется, а по другой стекает обратно в ковш. Обычно используют трёх- или четырёхкратный прогон стали через камеру, что при скорости всасывания 20 т/мин занимает 20…30 мин. Поточное вакуумирование осуществляют при непрерывной разливке (рис. 2.10-б), для чего разливочный ковш 1 герметично устанавливают на вакуумную камеру 9 и сначала пропускают сталь через неё, а уже затем подают её в промежуточное загрузочное устройство 2.

Продувка инертными газами влияет на процесс рафинирования так же, как и вакуумирование. При этом способе происходит интенсивное перемешивание расплава и удаление из него вредных примесей и газов.

Продувка порошкообразными материалами обеспечивает максимальный контакт твёрдых частиц с жидким металлом. Газом-носителем может быть кислород, воздух, природный газ или аргон. Например, для удаления фосфора в струе кислорода в металл вдувают твёрдую смесь, состоящую из извести, железной руды и плавикового шпата (СаF2).

Если при внепечной обработке осуществляется рафинирование жидкого металла, только что выпущенного из печи, то переплав – это повторная плавка ранее выплавленного и затвердевшего металла. При переплаве используют слитки, предварительно полученные обычными способами выплавки. К переплавным способам рафинирования относят электрошлаковый, вакуумно-дуговой, электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплавы.

Рис. 2.11. Электрошлаковый переплав:

1 – переплавляемый электрод; 2 – шлаковая ванна; 3 – капля жидкого металла; 4 – металлическая ванна; 5 – образующийся слиток; 6 – водоохлаждаемый металлический кристаллизатор; 7 – шлаковая корочка; 8 – поддон; 9 – затравка

При электрошлаковом переплаве (рис. 2.11) повторной плавке подвергается выплавленный в сталеплавильной печи и прокатанный в круглый пруток металл, который выполняет роль электрода. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погружённому в шлаковую ванну 2, и к затравке 9, установленной в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе 6, полость которого имеет форму требуемого слитка. Выделяющаяся теплота нагревает шлаковую ванну 2 до температуры выше 1700С и вызывает оплавление конца электрода, с которого начинают капать капли жидкого металла 3, проходящие через шлак и образующие под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Движение капель металла через шлак способствует их активному взаимодействию, приводящему к удалению из металла серы, неметаллических включений и растворённых газов. Металлическая ванна 4 непрерывно пополняется расплавленным металлом электрода и под воздействием кристаллизатора 6 постепенно

формируется в слиток 5, который растёт вверх. Последовательная кристаллизация способствует получению плотного однородного слитка. В результате электрошлакового переплава содержание кислорода в металле уменьшается в 1,5–2 раза, серы – в 2–3 раза. Уменьшается и количество неметаллических включений, которые становятся более мелкими и равномерно распределяются в объёме слитка, который отличается хорошим качеством поверхности благодаря наличию шлаковой корочки 7 и имеет высокие механические и эксплуатационные свойства. Электрошлаковый переплав применяют для выплавки высококачественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационной техники. Слитки выплавляют круглого, квадратного и прямоугольного сечений массой до 110 т.

Рис. 2.12. Вакуумно-дуговой переплав:

1 – водоохлаждаемый шток; 2 – вакуумная камера; 3 – переплавляемый электрод; 4 – металлическая ванна; 5 – образующийся слиток; 6 – водоохлаждаемая изложница; 7 – затравка

При вакуумно-дуговом переплаве (рис. 2.12) внутреннее пространство печи предварительно вакуумируют до остаточного давления не более 1,33 Па. При подаче постоянного напряжения между выполненным из переплавляемого металла расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 7 (анодом) возникает электрическая дуга, которая расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток. Сильное охлаждение слитка и разогрев дугой ванны металла создают условия для направленного затвердевания, вследствие чего неметаллические включения сосредотачиваются в верхней части слитка, а усадочная раковина уменьшается. Полученные при вакуумно-дуговом переплаве слитки содержат мало газов и неметаллических включений, отличаются высокой равномерностью химического состава и повышенными механическими свойствами. Из них изготовляют ответственные детали турбин, двигателей, авиационной техники. Масса слитков достигает 50 т.

Но отсутствие шлаковой ванны не позволяет снизить содержание серы.

Рис. 2.13. Электронно-лучевой переплав:

1 – электронная пушка; 2 – вакуумная камера; 3 – электромагнитный корректор луча; 4 – переплавляемая заготовка; 5 – металлическая ванна; 6 – образующийся слиток; 7 – водоохлаждаемый кристаллизатор

Переплав в электронно-лучевых печах (рис. 2.13) применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сталей и сплавов. Источником теплоты в этих печах является энергия, выделяющаяся при торможении свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Получение электронов, их разгон, концентрация в луч и направление луча в зону плавления осуществляется электронной пушкой. Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемых вакуумных кристаллизаторах при остаточном давлении 1,33 Па. Вакуум внутри печи, большой перегрев и высокие скорости охлаждения слитка способствуют удалению газов и примесей, получения металла особо высокого качества, чистоты и однородности структуры. Например, содержание газов в металле снижается в сотни раз. Однако при переплаве материалов, содержащих легкоиспаряющиеся элементы изменяется химический состав металла.

Рис. 2.14. Плазменно-дуговой переплав:

1 – плазмотрон; 2 – вакуумная камера; 3 – плазменная дуга; 4 – переплавляемая заготовка; 5 – металлическая ванна; 6 – образующийся слиток; 7 – водоохлаждаемый кристаллизатор

Переплав в плазменно-дуговых печах (рис. 2.14) применяют для получения высококачественных сталей и сплавов. Источником теплоты является низкотемпературная плазма (30000С), создаваемая плазмотроном (плазменным генератором) в нейтральной среде заданного состава (аргон, гелий). Плазменно-дуговые печи позволяют быстро расплавить шихту, в нейтральной среде происходит дегазация выплавляемого металла, и при этом легкоиспаряющиеся элементы сохраняются в составе металла.

Способы повышения качества стали

Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений.

Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.

Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Улучшаются прочность и пластичность стали.

Вакуумирование в ковше эффективно проводить до раскисления сильными раскислителями – кремнием и алюминием. Углерод металла реагирует с кислородом, окись углерода откачивается, а с ней откачиваются азот и водород. В результате металл раскисляется без образования неметаллических включений и дегазируется.

При вакуумировании струи металла при переливе из ковша в ковш пустой ковш устанавливают в вакуумной камере, откачивают воздух. Подают к камере второй ковш с металлом. Металл из верхнего ковша через воронку переливают в нижний, при этом вакуум в камере не нарушается. Попадая в разреженное пространство, струя распадается на мелкие капли. Дегазация в вакууме раздробленной струи более эффективна по сравнению с вакуумированием металла в ковше.

Для высококачественных и некоторых высоколегированных сталей применяют отливку слитков в вакууме. Используют камеру, состоящую из двух частей. В нижнюю помещают просушенную изложницу, в верхней части на плиту герметично устанавливают промежуточный ковш. Откачивают из камеры воздух, в промежуточный ковш наливают металл и начинают разливку. Степень дегазации зависит от остаточного давления. Газы удаляются не только из слитка, но и из струи металла, протекающей в вакууме. Значительное снижение содержания водорода (до 60. 70 %) обеспечивает получение стали, нечувствительной к флокенам, что упрощает процесс производства крупных поковок. Слитки, полученные таким способом, характеризуются повышенными механическими свойствами, но стоимость их значительно повышается.

Способы разливки стали - в настоящее время разливку стали ведут преимущественно в изложницы или на установках непрерывной разливки (МНЛЗ). Способ разливки стали в изложницы делят на: разливку стали сверху или сифонную разливку стали. При разливке сверху металл поступает в изложницу 1 непосредственно из сталеразливочного ковша 2 (рисунок 1, а) или через промежуточное устройство 3. В случае сифонной разливки (рис. 2) жидкая сталь из сталеразливочного ковша 1 попадает в центровую 2 и затем по сифонной проводке 3 снизу поступает в изложницы 4, установленные на поддоне 5. Исторически сложилось так, что разливка сверху явилась первым способом отливки стальных слитков. В дальнейшем с повышением требований к качеству поверхности слитков, улучшением технологии изготовления огнеупорных изделий и увеличением емкости сталеплавильных агрегатов сифонный способ разливки стали получил широкое распространение на заводах, где не были установлены мощные обжимные станы и поэтому отливали мелкие слитки. Как показали результаты неоднократно проведенных сравнительных исследований, качественные показатели металла (механические свойства, макроструктура, содержание неметаллических включений и т. д.), а также величина брака из-за дефектов металла в прокатных цехах и на машиностроительных заводах практически не зависят от способа разливки.

10-11

Для производства цветных металлов — свинца, олова, цинка, вольфрама и молибдена пользуются некоторыми технологическими приемами, рассмотренными выше, но естественно, что схемы производства этих цветных металлов и агрегаты для их получения имеют свои особенности. Следует коротко остановиться на довольно распространенном хлоридном способе получения металлов, что можно сделать на примере производства таких металлов, как магний и титан, имеющих большое значение в промышленности. Основы хлоридных методов производства цветных металлов Хлор обладает большим химическим сродством к металлам и при определенных условиях может вытеснить кислород из оксидов с образованием хлоридов. Процесс значительно облегчается в присутствии углерода, так как в этом случае кислород соединяется с углеродом. Например, применительно к двухвалентному металлу возможны следующие процессы: МеО + Cl2 = МеCl2 + l/2O2 - Q1; МеО + Cl2 + С = МеCl2 + СО - Q2. При этом Q2 меньше Q1, (по абсолютному значению), и даже в некоторых случаях процесс, протекающий по второй реакции, экзотермичен. Следует подчеркнуть, что и реакции первого типа протекают при более низких температурах, чем аналогичные реакции восстановления оксидов углеродом. Важным обстоятельством является то, что хлориды обычно образуются в газообразном состоянии, легко уводятся из процесса, а процесс производства карбидообразующих металлов хлоридным методом в отличие от восстановления углеродом обеспечивает получение малоуглеродистого продукта. В некоторых случаях хлориды находятся в недрах земли или в соленых водоемах. Из хлоридов металлы получают восстановлением или же электролизом из расплавов.

Современные способы повышения качества металлов и сплавов

Развитие специальных отраслей машиностроения и приборо­строения предъявляет все более жесткие требования к качеству металла: показателям его прочности, пластичности, газосодер­жания, анизотропии механических свойств. Улучшить эти пока­затели можно уменьшением в металле неметаллических включе­ний, газов, вредных примесей. Плавка в обычных плавильных агрегатах (мартеновских и электрических, кислородных конвер­терах) не позволяет получить металл требуемого качества. Поэ­тому в последние годы разработаны новые технологические про­цессы, позволяющие повысить качество металла: обработка метал­ла синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумирование металла при разливке, плавка в вакуумных печах, вакуумно-дуговой переплав (ВДП), вакуумно-индукционный переплав (ВИП), переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах. Количество металла, выплавляемого этими способами, постоянно увеличивается.

Обработка металла синтетическим шлаком. Сущность про­цесса, заключается в ускорении взаимодействия между сталью и шлаком за счет интенсивного их перемешивания при запол­нении сталью ковша.

Процесс осуществляют так: синтетический шлак, состоящий из 55 % СаО, 40 % А12О3, небольших количеств SiO2, MgO и миниму­ма FeO, выплавляют в специаль­ной электропечи и заливают в ковш. В этот же ковш затем заливают с некоторой высоты (обычно из электропечи) сталь. В результате перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия резко возра­стает, и металлургические реак­ции между металлом и шлаком протекают в сотни раз быстрее, чем в обычной плавильной печи. Благодаря этому, а также низ­кому содержанию закиси железа в шлаке, сталь, обработанная таким способом, содержит меньше серы, кислорода и неметалли­ческих включений, улучшаются ее пластические и прочностные характеристики.

Вакуумная дегазация стали. Этот способ (рис. 1.17) относится к внепечным способам обработки, осуществляемым в ковше или излож­нице. Ее проводят для уменьшения содержания растворенных в металле газов и неметаллических включений. Вакуумной дега­зации в ковше или изложнице подвергают сталь, выплавляемую в мартеновских и электропечах. Сущность процесса заключается в снижении растворимости в жидкой стали газов при понижении давления над зеркалом металла, благодаря чему газы выделяются из металла, что приводит к улучшению его качества. Процесс осуществляется различными способами: вакуумпрованием стали в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу и др.

Рис. 1.17.Схема ва-куумной дегазации стали в ковше

Вакуумирование в ковше выпол­няют в стальных, футерованных изнутри камерах. Ковш 3 с жидкой сталью 4 помещается в камеру 2, закрывающуюся герметич­ной крышкой 1. Вакуумными насосами в камере создается раз­режение до остаточного давления 267…667 Н/м 2 (0,267…0,667 кПа). Продолжитель­ность вакуумироваиия 12…15 мин. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот, а при большой окисленности металла уменьшается и содержание кислорода вслед­ствие его взаимодействия с углеродом стали. Всплывающие пу­зырьки газа захватывают неметаллические включения, в резуль­тате чего содержание их в стали снижается. При снижении содер­жания газов и неметаллических включений улучшаются проч­ностные и пластические характеристики стали.

Электрошлаковый пе­реплав. Способ разработан в Институте электросвар­ки им. Е. О. Патона для переплава стали с целью повышения качества ме­талла. Электрошлаковому переплаву подвергают вы­плавленный в электроду­говой печи и прокатан­ный на круглые прутки металл. Источником тепла при ЭШП явялется шлаковая ванна, нагреваемая за счет прохождения через нее электрического тока. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванн 2, и к поддону 9, установлен­ному внизу в водоохлаждаемой металлической изложнице (кри­сталлизаторе) 7, в которой находится затравка 8 (рис. 1.18). Выделяющаяся теплота нагревает шлаковую ванну 2 до 1700 °С и более и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак, собираются, образуя под шлаковым слоем металличе­скую ванн 4.

Перенос капель металла через шлак, интенсивное перемешивание их со шлаком способствуют их активному взаимодействию, в результате чего происходит удаление из металла неметалли­ческих включений и растворенных газов. Металлическая ванна, непрерывно пополняемая за счет расплавления электрода, под воздействием водоохлаждаемого кристаллизатора постепенно формируется в слиток 6. Кристаллизация металла, последова­тельная и направленная снизу вверх, происходит за счет теплоотвода через поддон кристаллизатора. Последовательная и направленная кристаллизация способствует удалению из металла неметаллических включений и пузырьков газа, получению плотного однородного слитка. После полного застывания слитка опускают поддон и извлекают его из кристаллизатора.

Рис. 1.18. Схема электрошлакового переплава расходуемого электрода: а – кристаллизатор; б – включение установки; 1 – расходуемый электрод; 2 – шлаковая ванна; 3 – капли электродного металла; 4 – металлическая ванна; 5 – шлаковый гарнисаж; 6 – слиток; 7 – стенка кристаллизатора; 8 – затравка; 9 - поддон

В результате электрошлакового переплава содержание кис­лорода в металле снижается в 1,5…2 раза, понижается концен­трация серы и соответственно уменьшается в 2…3 раза загряз­ненность металла неметаллическими включениями, причем они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка.

Слиток отличается большой плотно­стью, однородностью, его поверхность — хороший качеством благодаря наличию шлаковой корочки 5. Все это обуслов­ливает высокие механические и эксплуа­тационные свойства сталей и сплавов электрошлакового переплава.

Слитки выплавляют круглого, квад­ратного, прямоугольного сечений мас­сой до 110 т.

Вакуумно-дуговой переплав. Такой переплав применяют для удаления из металла газов и неметаллических вклю­чений. Сущность процесса заключает­ся в снижении растворимости газов в стали при снижении давления и уст­ранении взаимодействия ее с огнеупор­ными материалами футеровки печи, так как процесс ВДП осуществляется в водоохлаждаемых медных изложницах. Для осуществления процесса исполь­зуют вакуумные дуговые печи с рас­ходуемым электродом (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Схема вакуумно-дугового переплава

В зависимости от требований, предъяв­ляемых к металлу, расходуемый элек­трод может быть получен механиче­ской обработкой слитка, выплавленного в электропечах. Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус 1 печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи ва­куум-насосами откачивают воздух до остаточного давления 1,33 Н/м 2 (0,00133 кПа). При подаче напряжения между расходуемым электродом-катодом и затравкой-анодом 8, помещенной на дно изложницы, возникает дуговой разряд. Теплотой, выделяющейся в зоне раз­ряда, расплавляется конец электрода; капли 4 жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазируются, постепенно запол­няют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7.Дуга горит между расходуемым электродом и ванной 5 жидкого металла, находящейся в верхней части слитка, на протяжении всей плавки. Благодаря сильному охлаждению нижней части слитка и разо­греву дугой ванны жидкого металла в верхней его части создаются условия для направленного затвердевания слитка. В резу­льтате направленного затвердевания неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, а усадочная раковина в слитке мала. Слитки, полученные в вакуумных дуговых печах, содержат очень небольшое количество газов, неметаллических включений, отличаются высокой равномерностью химического состава, имеют хорошую макроструктуру. Поэтому металл, полу­ченный ВДП, отличается повышенными механическими свой­ствами и пластичностью. Из слитков ВДП изготовляют ответ­ственные детали турбин, двигателей, авиационных конструкций. Емкость дуговых вакуумных печей — до 50 т.

1.13. Современные внедоменные способы производства железа (ста­ли)— одно из перспективных направлений в металлур­гии. Для передела в сталь используют около 80 % всего чугуна. Двухстадийная технология современного стале­плавильного производства: руда→чугун→сталь явля­ется технически несовершенной. С давних времен извест­на принципиально иная технология — получение стали из заранее восстановленного железа. Например, еще в VII—X вв. высококачественную булатную сталь для холодного оружия получали плавкой железа с углерод-содержащими добавками в небольших тиглях. Из много­численных разработанных и опробованных способов восстановления железа из руды некоторые нашли, хотя и ограниченное промышленное применение. Перспек­тивной является металлизация рудных окатышей для использования в производстве стали. Ведутся большие работы по разработке сталеплавильных агрегатов не­прерывного действия.

Материаловед

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений.

Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей.

Схема электрошлакового переплава представлена на рис. 9.

Схема электрошлакового переплава

Рис. 9. Схема электрошлакового переплава

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в слегка конусном водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700 ºC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. По мере формирования слитка либо опускают поддон, либо поднимают электрод. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения массой до 110 т.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка, выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.

Схема вакуумно-дугового переплава представлена на рис. 10.

Схема вакуумно-дугового переплава

Рис. 10. Схема вакуумно-дугового переплава

Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи 1 и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 8 (анодом) возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла 4, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами. Применяется для изготовления деталей турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 т.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов и неметаллических включений.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочны сталей.

Схема электрошлакового переплава представлена на рис. 22.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700?C и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, Высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения, массой до 110 тонн.

Рис. 22. Схема электрошлакового переплава

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.

Схема вакуумно-дугового переплава представлена на рис. 23.

Рис. 23. Схема вакуумно-дугового переплава

Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи 1 и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 8 (анодом) возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла 4, проходя зону дугового разряда дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами. Изготавливают детали турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 тонн.

Читайте также: