17. Принцип действия, классификация, особенности конструкции, электрооборудования, техники безопасности и эксплуатации дуговых вакуумных печей для вакуумно-дугового переплава.

Принцип действия ДВП основан на преобразовании электрической энергии в тепловую в дуговом разряде, существующем между электродом и металлом в разреженных парах переплавляемого металла.

ДВП классифицируют следующим образом:

-ДВП с глухим кристаллизатором;

-с вытяжкой слитка;

-с гарнисажным тиглем;

-с расходуемым электродом;

-с нерасходуемым электродом;

-ДВП двухэлектродного переплава (VADER).

ДВП представляет собой газоразрядный прибор, состоящий из цилиндрического катода (расходуемый электрод) и коаксиального цилиндрического анода (водоохлаждаемый кристаллизатор, в котором наплавляют слиток) и работает на постоянном токе прямой полярности.

Производительность ДВП почти линейно зависит от диаметра кристаллизатора.

Средняя тем-ра жидкого металла, образовавшегося на торце катода, определяется в основном не эмиссионными явлениями, а процессом каплеобразования.

Образовавшаяся на торце расходуемого эл-да пленка жидкого металла собирается в капли под действием силы тяжести и электродинамических сил. Когда эти силы превзойдут силы поверхностного натяжения, удерживающие жидкий металл в виде капли, произойдет отрыв капли от электрода. Таким образом, металл расходуемого эл-да переносится в металлическую ванну в виде мелких капель с развитой поверхностью, что в условиях вакуума обеспечивает глубокую дегазацию переплавляемого металла.

Мех. оборудование:

-Рабочая камера;

-токоведущий шток с электродержателем;

-механизм передвижения штока 2х скоростной;

-проходное уплотнение, обеспечивает герметизацию рабочей камеры и штока;

-система создания вакуума.

Электрооборудование:

-тиристорный выпрямитель с падающей ВАХ;

Достоинства:

-рафинирование от газов;

-направленная кристаллизация с некоторым удалением неметаллических включений;

-металл не загрязняется материалом футеровки по причине ее отсутствия.

Недостатки:

-нельзя осуществлять перегрев металла в связи с тем, что электрод металлический;

-в зависимости от зазора между катодом и анодом возникает ток перехвата;

-возникновение короны из загрязненного металла =>нужно обдирать слитки.

-при попадании дуги на стенку кристаллизатора может произойти взрыв – ДВП взрывоопасны!

С целью обеспечения взрывобезопасности в качестве охлаждающей жидкости в кристаллизаторе можно использовать He, Na, K.

18. Принцип действия, типы, особенности конструкции, электрооборудования и эксплуатации печей электрошлакового переплава.

ЭШП относится к электрическим печам сопротивления, принцип действия которых основан на выделении тепла в проводнике при прохождении по нему электрического тока, причем кол-во тепловой энергии W за время τ определяют по з-ну Джоуля-Ленца:

W=I²Rτ, где:

I – сила тока, протекающего через проводник (в случае с ЭШП - шлак);

R – активное сопротивление проводника;

Печь ЭШП представляет собой печь сопротивления косвенного нагрева, в которой источником нагрева (нагревателем) служит слой жидкого электропроводного шлака с тем-й 2000-2300 К.

Классификация:

-для электрошлакового переплава ЭШП;

-для электрошлакового литья ЭШЛ;

-для электрошлаковой разливки (с использованием нерасходуемого электрода);

-для электрошлаковой отливки;

-однофазные одноэлектродные;

-однофазные двухэлектродные (бифилярные);

-трехфазные печи с одним кристаллизатором;

-трехфазные печи с 3мя кристаллизаторами;

-многоэлектродная печь с питанием от 3х однофазных трансформаторов;

По типу кристаллизатора:

-типа «изложница»;

-короткий неподвижный;

-электрошлаковый переплав в подвижный короткий кристаллизатор;

-ЭШП горизонтального слитка;

-многоручьевой ЭШП.

Электродержатель может быть фрикционным или гравитационным.

Расход электроэнергии зависит от:

-хим.состава шлаковой ванны;

-проводимости;

-межэлектродного расстояния;

-силы тока;

-D_эд/D_крист

Расплавленный шлак представляет собой электролит, т.е. проводник второго класса, в котором носителями тока служат ионы. При протекании тока через шлаковую ванну электронный ток в электродах замыкается ионным током шлака. При этом у анода происходит нейтрализация анионов с отдачей электронов электроду, а у катода – нейтрализация катионов с получением электронов от электрода.

Жидкий металл, стекающий каплями с торца расходуемого электрода или заливаемый в печь из ковша, проходит через слой шлака (в основном применяют флюс АНФ-6: 70%Al2O3, 30% - CaF2), образует жидкометаллическую ванну и формируется в слиток в водоохлаждаемой металлической изложнице – кристаллизаторе с поддоном. При этом на боковой поверхности слитка образуется шлаковый гарнисаж, обеспечивающий естественную тепловую и электроизоляцию слитка от кристаллизатора, а также высокое качество поверхности слитка. По мере оплавления расходуемого электрода его опускают. Область устойчивых режимов работы ЭШП ограничена, с одной стороны, появлением дуговых разрядов между электродом и поверхностью шлаковой ванны, с другой стороны, появлением дуговых разрядов между электродом и поверхностью металлической ванны.

При определенных условиях наблюдаются микродуговые разряды между горячим шлаком и холодной медной стенкой кристаллизатора. При этом возможно появление ряда нежелательных явлений:

Подмагничивание магнитопровода электропечного трансформатора, анодное растворение медной стенки кристаллизатора (если электрод становится катодом), электролизные процессы в шлаковой ванне. Микродуговые разряды также приводят к эрозии стенок кристаллизатора.

Особенность ЭШП – низкий КПД из-за больших потерь в кристаллизаторе.

В однофазных ЭШП может существовать несколько видов токов:

-боковой;

-торцевой;

-межэлектродный (в однофазных двухэлектродных ЭШП).

Боковой ток вреден, т.к. из-за него возникают теплопотери.

Технические характеристики печей ЭШП:

-масса слитка, т: 2,5 – 60;

-мощность установки, МВ*А: 1,6-8;

-максимальный ток, кА: 21,0-99,5