5. Электрошлаковый переплав

Одним из наиболее эффективных методов повышения каче­ства стали является разработанный в Институте электросварки им. Е. О. Патона метод электрошлакового переплава (ЭШП). В этом способе расходуемый электрод переплавляют в водоохлаждаемом кристаллизаторе под слоем шлака. Особенностью ЭШП является то, что это бездуговой процесс.

Жидкий электропроводящий шлак при прохождении тока нагревается до 2000 °С, что обеспечивает плавление электрода, погруженного в шлак. На рис.6 показана принципиальная схема установки ЭШП. Питание печи производится переменным то­ком от однофазного трансфор­матора. Установка ЭШП состо­ит из колонны, по которой пе­ремещается каретка с электро-додержателем и электродом. При помощи электродвигателя и регулятора производят автома­тическое перемещение электро­да по мере его оплавления. На­пряжение на электрод и к под­дону кристаллизатора подают кабелями и шинами. В начале плавки на поддон кристаллиза­тора заливают жидкий шлак, который готовят в специальной шлакоплавильной электропечи. Электрод опускают вниз так, чтобы его конец погрузился в шлак. Включают ток, и шлак разогревается. Электрод плавится, и в кристаллизаторе образуется слиток. После окончания плавки, когда весь металл в кристаллизаторе затвердевает, поддон кристаллизатора опускают вниз вместе со слитком, который снимают ом. Расходуемый электрод для ЭШП может иметь круглое квадратное сечение; его получают либо отливкой в специальные длинные изложницы, либо прокаткой или ковкой. В качестве электродов используют также непрерывнолитые заготовки квадратного или круглого сечения.

Рис. 6. Схема электрошлаковой печи:

1- переплавляемый электрод-

2 - кристаллизатор; 3 - жидкий шлак-

4 - металлическая ванна; 5 – слиток

В настоящее время методом ЭШП выплавляют слитки массой до 60 т различного сечения: круглые, квадратные, прямоугольные для производства листа. Разработаны конструкции ЭШП выплавки полых слитков - гильз, которые используют для производства труб. Кроме однофазных печей, созданы трехфазные печи в которых в одном кристаллизаторе переплавляют одновременно три электрода.

Основную роль в получении высококачественного металла и ЭШП играет шлак. Наиболее распространенным является шлак АНФ-6, состоящий из 70 % CaF₂ и 30 % А1₂0₃. Этот шлак обеспечивает минимальный расход электроэнергии, обладает высокой обессеривающей способностью, хорошо абсорбирует ок-ые включения.

Для процесса ЭШП характерна большая поверхность раздела металла и шлака вследствие образования пленки жидкого металлa на конце электродов, капель металла, стекающих с конца электрода, и поверхности самой ванны. В процессе ЭШП создают самые благоприятные условия для удаления серы: безжелезистый шлак, высокая температура, малая вязкость и большая поверхность контакта с металлом благоприятствуют переходу серы металла в шлак. Удаление серы из шлака происходит путем ее окисления на поверхности шлаковой ванны кислородом воздуха по реакции:

2(CaS) + 30₂ = 2S0₂ + 2(СаО).

После ЭШП содержаниe серы в стали снижается до 0,001 %.

Существенным является и очищение металла от оксидных неметаллических включений, которые адсорбируются и частично юряются в шлаке. В результате ЭШП содержание неметаллических включений снижается в 2 - 2,5 раза. Затвердевание металла водоохлаждаемом медном кристаллизаторе позволяет получить гок с благоприятной кристаллической структурой. Общим результатом рафинирования металла является по­вышение его качества. Особенно заметно возрастает качество

подшипниковых сталей. Полностью устраняется брак Тяжело нагруженных авиационных подшипников, повышается их надежность и долговечность в эксплуатации. Методом ЭIIШ получают стали для дисков и лопаток газотурбинных авиационных двигателей, газовых турбин, электро- и парогенераторов, прокатных валков и других деталей различного оборудования, работающих в сложных условиях.