2. =зщрг

   До вакуумно'1 —системи 1

   — вакуумний уипльнювач; 3 — робоча камера; 4 — витратний електрод; 5 — ванна рщкого металу; 6 — зливок; 7 — водоохолоджуваний кристал13атор; 8 — водоохолоджуваний тддон

Рис. 6.16. Схема ВДП для виплавки масивних злив- юв:

1 — мехашзм для пере- мнцення електрода; 2 — вакуумна камера; 3 — ме­хашзм для притискання електрода; 4 — спрямову- юч1 кристалозатора; 5 — кристал1затор з гпддоном; 6 — механизм для шдтман- ня кристал!затора; 7 — ме­ханизм для розвантаження; 8 — патрубок до вакуумно­го насоса

т)гЮ/гЮ/)жЮяж?/7 колька форм) 1 иеперервноо (шч оснащена шлюзовою камерою для завантаження 1 розвантаження форм без зномання вакууму) да.

Основним технолопчним елементом гаршсажноо печо е тигель, який включае: робочу оболонку (власне тигель) 2, систему охолодження (криста- лозатор) 5, гаршсаж 3, пристроо для струмопщведення та зливання металу.

Рис. 6.17. Схеми ВДП з витяган- ням зливка (а) 1 глухим кристал1- аатором (б):

I — кристал1затор; 2 — зливок; 3 — пщдон; 4 — шток тддона; 5 — ущшьнення штока

У 61ЛЫИОСТ1 КОНСТруКЦ1Й печей застосовують графггов1 оболонки. Кр1м того, врахо- вують зручшсть замши елек­трода, тигля та очищения печ1 (у цьому вщношенш най- зручшшими е печ1 з вщкочу- ваними вакуумними каме­рами).

У иромисловосп найбшь- ше поширеш печ1 для ви- плавки зливк1в цил1ндрично- го перердзу, зокрема застосо­вують ВДП з невитратними 1 витратними електродами (рис. 6.15).

У першому випадку дуга горить пщ граф1товим або вольфрамовим стрижнем. При цьому метал, який потрдбно розплавити, засипають у плавильний проспр порщями 13 спещального бункера-дозатора.

Перевагою печей ВДП е можливють иереплавления в1дход1в. Однак щ печ1 поширеш мало у зв'язку з неминучим шд час плавлення забруднен- ням виплавлюваного металу матер1алом електроду. Тому отриманий зли­вок ще раз потребно иереилавити методом ВДП з витратним електродом.

Основним видом ВДП е печ! з витратними електродами, в яких ви­плавляють зливки масою вщ шлькох сотень к1Лограм1В до 40 — 60 1 навггь 150 т (рис. 6.16).

Основним елементом конструкцп ВДП для виплавки злившв е ваку- умна (робоча) камера — зварний водоохолоджувальний цилшдр з фланцем збоку для приеднання вакуум нсн системи та знизу — для приеднання кристалхзатора. Технолопчним елементом печ1 е кристал1- затор — м1дна труба в1дпов1дного иерер1зу з кожухом охолодження. Кристал1затор знизу закритий водоохолодним шддоном, який входить усередину 1 ицльно прилягае до труби кристалдзатора. У промисловоеп використовують також ВДП з витягуванням зливка 1 з глухим криста- л1затором (рис. 6.17). На печах з витягуванням зливка застосовують коротш кристалдзатори з довжиною, яка не перевищуе одного-двох дда- метр1в зливка. На печах з глухим кристал1затором його довжина трохи перевищуе довжину зливка.

Для перем1щення електрода використовують пдравл1чю або (больше поширеш) електромехашчш приводи. Щоб створити потр!бний пони жеиий тиск у робочш камер1 ВДП встановлюють вакуумш систем и, до складу яких входять комплекта вакуумних насоав, вакуумних затворт, вакуум-провод1в (шланпв), спещального устаткування (ф1льтр1в, ох<> лоджувальних пасток, компенсатор1в, прилад1в для вим1рюваиня ваку­уму). Для забезпечення вщкачування вакуумно! системи в д1апазот робочих тиск1в використовують послщовне з'едиаиня насоав поперед нього вщкачування (форвакуумних) 1 високовакуумних (бустерних), а для плавки високотемпературних (тугоплавких) металш — дифузппп насоси.

6.2.3. Технолога плавки у ВДП

Плавку подшяють на два основних перюди — допом1жних операцш та гарячий, якщо тч знаходиться пщ напругою.

Перюд допом1ЖНих операцш складаеться 13: подготовки печ1 (чищенпя внутршшх стшок кристал1затора 1 пщдона); розмщення на шшп пщдо на темплета («затравки») завтовшки 30—100 мм 13 металу попередньоУ плавки для запобшання впливу електричноУ дуги на пщдон на початку плавки; розмщення електрода в кристал1затор1 та приеднання кристалг затора до камери печ1; вщкачування 1 перев1рка натжання; витримування зливка в кристал1затор1 шеля його наплавлення та охолодження; ви вантаження зливка.

Шеля операцп вакуумування печ: (залишковий тиск у камер1 не 61 дыне шж 1,33 Па) проводять запалюваиня дуги: електрод опускають униз до короткого замикання 13 затравкою або до пробою пром1Жку М1Ж електродом 1 затравкою. Шеля цього електрод пщшмають на висо- ту, яка вщиовщае певнш довжиш дуги.

Гарячий перюд плавки, у свою чергу, подшяють на три перюди: прогрР вання електрода, переплавлення його, виведення усадково"! раковини. У процес1 прогр1вання електрода плавлення металу не вщбуваеться, I вся теплота, що вид1ляеться, переважно йде на пщвищення теплоутри- мання електрода. Цю операцш виконують за знижених значень струму, а шеля появи на торщ електрода плавки рщкого металу струм р1зко пщвшцують 1 переходить безпосередньо до переплавлення металу — основного технолопчного перюду плавки.

Товщина пл1вки рщкого металу на електродах д1аметром 0,5 — 0,7 м становить 0,4 — 0,6 мм, а на електродах меншого /наметра — 0,3 — 0,4 мм. Рщкий метал знаходиться на торщ електрода 3 — 4 с. Тривалшть падш- ня краши металу у ванну — 0,3 —0,4 с.

Режим плавки вибирають так, щоб забезпечити потр1бну яюсть зливка металу. Швидкють плавки е основним параметром процесу. Тривалють плавлення 1 перебування металу в розплавленому сташ визначають процеси дегазацп та видалення неметалевих включень 13 пл1вки на торщ електрода й спливання 1'х 13 рщкоГ ванни зливка. Вщ швидкосп плавлен­ия залежить форма 1 глибина ванни, отже, спрямований р1ет кристал1в, Протяжшсть двофазноГ зони, тобто оеновш фактори формування струк- Тури зливка. Крашп розплавленого металу вщриваються вщ торця елек­трода 1 падають у ванну. Шд впливом водоохолодного кристал!затора формуеться зливок, кристал1зашя металу мае ч1тке спрямування у б 1 к вщведення теплоти. Швидюсть кристал1зацн залежить вщ сшввщно- шення шлькосп теплоти, що пщводиться до меж1 кристал1зацп, 1 вщво- диться вщ неГ. Охолодження зливка ускладнюеться наявшстю нетепло- провщного зазору М1Ж зливком 1 кристал1затором, що утворюеться внасл1- док усадки металу. Вакуумш насоси ирацюють упродовж усле\' плавки (розрщження у камер! печ1 10-10 ²Па). 1нод1 метал плавлять у середо- вищ! аргону або азоту за тиску нижчого, шж атмосферний. При цьому можливе легування металу азотом до 0,3 %. Масова кшьшсть переплав­леного за одиницю часу електрода залежить вщ фезичних властивостей металу, д1аметра зливка та енергозабезпеченосп процесу.

За сталого режиму масова швидкють переплавлення електрода майже дор1внюе масовш швидкосп наплавлення зливка, оскшьки загалып витрати металу на випаровування не перевищують 1,5 —2 %. Наприкшщ плавки для зниження розм1р1в усадковоё раковини та збшынення виходу придатного металу завдяки зниженню о6р131 зливка проводять поступове зниження сили струму до мш1мально1, коли приииняеться плавления електрода. Шсля заюнчення плавки джерело живлення вщключають, напускають повпря, зливок охолоджують, проводять розвантаження печ1 та пщготовляють 11 до наступноТ плавки.

Перевагами ВДП е вщсутшсть контактування металу з вогнетривкою футер1вкою, глибока дегазашя металу, очищения його вщ неметалевих дом1шок, м1н1мальна х1м1чна та структурна неоднорщшсть зливюв зав­дяки послщовнш кристал1зацп, а недолшом — неможливють зниження вм1сту арки (вщсутшсть шлаку), складшсть 1 висока варпсть устатку­вання, пщвищене випаровування деяких компонентов, шод1 незадов1 ль­на поверхня зливюв.

6.2.4. Вилучення домипок при ВДП

Низький тиск газ1в над розплавом у кристал1затор1 ВДП стимулюе розвиток процес1в, яю вщбуваються з у творениям газопо/ибних продук- Т1в: вид1ленням водню, азоту, оксиду карбону (II) 1 випаровування лет- ких компоненте сталей 1 сплав1в.

Р1вноважну концентрацда водню й азоту визначають згщно 13 законом Слвертса величиною парщального тиску цих газ1в. Для водню

[Н ]_Р=К^Я^~₂, (6.19)

а для азоту

(6-20)

Величину коефщ1ент1в розчинносп 1 К'¹⁴'! визначають 13 тер

модинам1чних даних

= (6.21)

(6.22)

де /"^Н 1 — ВЩПОВЩНО КОефвдеНТИ ЭКТИВНОСТ1 водню й азоту.

Шд час розкиснення металу вуглецем

[С] + [0] = С0 (6.23)

рдвноважна концентрация кисню

[0]_р=Рш/(^р[С]^°), (6-24)

де — коефвдент активност1 кисню.

Оксиди й кисень переважно видаляються внаслщок виходу оксидт на поверхню розплаву й розкиснення металу вуглецем. Стшш оксиди (8Ю₂, А1₂О_э, ТЮ₂ тощо) вуглецем майже не вщновлюються. Турбул! защя розплаву зменшуе товщину дифузшного межового шару 1 сприяе ефективност1 дегазацп. Шд час взаемодп електричного струму з власним магштним полем на рщкий метал у ванш /цють електромагштш сили.

У процес1 ВДП умдст водню у переплавленому метал! знижуеть ся на 70 — 90 %, досягаючи (1,5-2) • 10~⁴ %, або 1,7-2,2 см³/100г металу. Концентрация кисню знижуеться на 70—80 %, а азоту — на 20 — 40 %. Поряд з видаленням водню й азоту внаслщок десорбцп !х з поверхш рщкого металу можливе видалення азоту, зв'язаного у тверд! неметалев1 включения, внаслщок спливання чи флотацп.

Важливим фактором пщ час рафшування е формування крапель на торщ електрода. Низький тиск 1 висока температура в плавильной 30111 зумовлюють штенсивне випаровуваиня металу, пара якого значно впли­вае на ф1зичш процеси в розрядному пром1жку та дегазащю металу. Випаровуваиня металу супроводжуеться витратою мангану 5 — 30 %, вилученням домшок кольорових метал1В — свинцю, олова, стибда, 61 ему ту, цинку та ш. Коицентращя хрому, силщш, шкелю, мол1бдену, вольфра му, титану не змшюеться. Метали, як1 випарувалися, частково поверта- ються в рщкий метал (ванну) завдяки розплавленню конденсату, який утворився на витратному електрод! та стшках кристал1затора.

6.2.5. Енергетичт характеристики ВДП

Теплов! режими вщшрають важливу роль у ВДП, впливаючи на технолопю процесу, економхчшеть 1 питания конструювання печь Ви- Д1лену ПОТуЖШСТЬ дугового розряду ^_д ПОД1ЛЯЮТЬ на корисну та по- тужшеть теплових витрат.

Корисну потужшеть Скор визначають нагреваниям металу до тем­ператури плавления, надання йому теплоти плавления та його пере-

Метал	Енергетичний баланс
	О*	С^кор.ол	С*кор.злив	Свтр. ел	^вигтром.ел	Свип	&теил
Сталь	100	45-50	6-12	0,5-10	12-25	0-2	15-20
Титан	100	50-60	6-10	0,5-8	10-20	0-2	10-20

грёвання. Вона реалезуеться як на витратному електродё (на назван­ия електродного металу до плавлення його 1 перегревания до тем­ператури краплеутворення ^_крап ), так I на поверхш рщко! металевоё ванни зливка (на додаткове перегревания металу до температури 1_пов завдяки електронному бомбардуванню). Отже,

Окор ~ Окор.ел Окор.зл'

1нша потужнесть дугового розряду витрачаеться на теплове витрати розрядного промёжку. Теплове витрати електрода визначають випро- мёнюванням з торця електрода С?_{випр ел} 1 теплопередачею в тёло елек­трода С_{втр ел}. Втрати рёдкоё металевоё ванни складаються ез втрат ви- промёнювання (?_вш, втрат теплопередаче 0_тепл в тело зливка. Данё про спеввёдношення витрат енергетичного балансу пед час переплав- лення стале й титану наведено в табл. 6.4.

Тепловий коефецёент корисноё деё иече Т1_т = С_кор /для стале ста­новить 0,5—0,6, для титану — 0,55 — 0,65. Тепловий коефщёент корисноё дёё пече майже не залежить вёд и геометричних розмерёв, але потужшсть ё довжина дуги ёстотно впливають на його величину.

Питома витрата електроенергеё залежить вёд мёсткостё печё та хемёчно- го складу виплавленого металу. Для сталей ё сплавёв на основе залёза вён становить 0,85 — 2,0 кВт • год/кг з урахуванням витрати допомёж- ноё енергеё.

Оскёльки ВДП не мають футеревки, значнё тепловё втрати вёдбувають- ся у зв'язку з потребою водяного охолодження кристалёзатора. У про- цесё плавки в глухий кристалёзатор на його охолодження вёдводиться майже вся потужнёсть дуги, а у разе використання витягування злив­ка — 50 — 70 % потужносте дуги. На внутрешней поверхнё кристалезато­ра виделяють три зони: зона випроменювання, яка розмёщена вище дзер- кала ванни; зона контактування зливка зё стёнкою кристалёзатора (поясок прилягання); зона нижче пояска прилягання.

Пёсля затвердения металу та його усадки зливок ведходить вед криста­лезатора, створюючи промёжок. У ньому теплопередача вёд зливка вёдбу- ваеться внаследок випроменювання, що резко знижуе теплове наванта- ження на стенку кристалёзатора. Умови охолодження зливка можна полёеешити, якщо ввести в промёжок меж зливком ё кристалезатором газоподебнё речовини з високим коефёцёентом теплопровёдностё, наприк­лад гелей, який не взаемодёе з металом.

Як1сть металу ВДП визначаеться яюстю вихщного металу 1 технолп пею переплавки. До електрод1в ставиться комплекс вимог щодо х1мгтп го складу, вмгсту газ1в, неметалевих включень та шших домшок, наян ност1 внутр1шн1х 1 зовшшшх дефектов, а також геометричних розм1рш Вихщний метал для електрод1в виплавляють у конвертерах, мартен ш ських 1 електродугових печах, вщкритих 1 вакуумних шдукцшних печах, використовують установки для позатчно! дегазацп та оброблення синтетпч ними шлаками. Зазвичай застосовують лип, коваш й каташ електроди

Завдяки сириятливим умовам одночасно для рафшування 1 криста./п зацп метал ВДП характеризуеться пор1вняно високим ступеней одно Р1ДНОСТ1 Й компактности, ДИСИерСШСТЮ структури, В1ДСуТН1СТЮ ЛШВЭЦШ них та усадкових дефектов, полтшенням ф^зично 1' й Х1М1ЧН01 однорщносп ЗЛИВК1В. Шеля ВДП мехашчш характеристики металу полшшуються I стають майже однаковими в р1зних напрямах. Отримання ицльнот зливка за високо! Х1М1ЧН01 однорщност1 сприятливо впливае на власти воет! жаромщних, мщшсних ! пластичних характеристик та характер и стик втомленость Шд час переплавки використовують загальнов!дом! способи подр1бнення кристал1чноТ структури зливюв — модифшувап ня, електромагштш, ультразвуков! й мехашчш впливи.

1з шдвищенням швидкост! переплавки збшыцуеться кшыасть лшва цшних дефектов, тому для кожно! стал! (сплаву) щнують максималым значения сили струму 1 швидкост! переплавки для певного Д1аметрл зливка. Зниження сили струму може призвести до грубо!, пошарово! кристал1заци та попршення поверхш злившв.

Процеси ВДП 1 ЕШП за сво!ми техшчними характеристиками дещо под1бш. Як1сть сталей 1 сплав1в, яка забезпечуеться обома процесами з погляду споживача, здебшьшого майже однакова, але соб1варт1Сть про­дукций яку отримують 31 стал! та сплав1в ЕШП 1 ВДП, р1зна. Варт1сп> металу шеля переплавки зб1льшуеться (ЕШП в 1,4 — 2,2; ВДП в 1,5 2,9 раза), тобто метал ЕШП приблизно в 1,3 раза дешевший. Додатков! каштальш витрати в комплекс! ВДП в 3,5 — 3,8 раза вини, шж за ЕШП, що зумовлюеться високою варт1стю вакуумних печей 1 буд1вель цех1в 13 розрахунку на одиницю продуктивност!.

6.2.6. Плавка металхв у вакуумних шдукцШних печах (В1П)

Для отримання злившв 1 фасонних виливюв застосовують шдукцшш вакуумш тигельш печь Елементи конструкций електрична схема 1 тех­нолопя плавки у вщкритих шдукцшних печах, що описаш в пщрозд. 3.5, мають багато сшльного з В1П (рис. 6.18).

Як звичайна шдукцшна, так й шдукцшна вакуумна плавка належать до найушверсальшших способ!в електроплавки р1зних сплав1в, що на- були значного поширення. Принцип нагр1вання грунтуеться на явииц електромагштно! шдукцй. Утворюваний шдуктором 5 змшний магшт-

Рис. 6.18. Схеми вакуумних шдукцшних тигельних печей:

а, 6 — печ] з обертовими вакуумними камерами 1 1 тиглями з металом 2, фжсованою 3 I коливальною 4 ~ виливницями; в — шч з нерухомою вакуумного камерою /, тиглем, що нахиляеться 2, виливницею (формою) 3 (в ус^х випадках 5 — шдуктор)

ний пот1К наводить у метал1 тигля, розмщеного всередин! шдуктора, вихровх струми, як1 забезпечують висою швидкост1 його нагр1вання та плавления. Для отримання яшсних злившв або виливюв рщкий метал розливають у виливнищ 31 4, або форми, не зшмаючи вакууму в камер! 1.

В1П внаслщок малих габаритних розм1р1в 1 вщносно невелико! маси футер1вки з меншою кшькютю адсорбованих газ)в найзручшнн для конструювання плавильних вакуумних печей. За режимом роботи В1П подшяють на: печ! перюдично! д!1, в яких операцп завантаження ших­ти в тигель, встановлення виливниць, форм 1 кокШв, пщготовки тигля до чертово! плавки проводять за вщкрито! плавильно'! камери иеч1 (рис. 6.18); печ1 нашвбезперервно! дп, в яких ус1 перел1чеш операцп прово­дять без порушення вакууму в плавильнш камер! печ1 (рис. 6.19).

За конструктивним виконанням В1П класифжують на: печ1, в яких шдуктор розмвдений поза вакуумним простором, а тигель встановлений усередиш кожуха (належать лабораторш В1П мютшстю до 5 кг); печ1 з шдуктором, який розмвдений у вакуумнш камер!, завдяки чому шдук­тор можна максимально наблизити до металу в типп, отже, значно шдви- щити електричний коефщ!ент корисно! дп.

Розмхрний ряд В1П для виплавляння стал! та жаромщних сплав1в ста­новить вщ 160 кг до 30 т (ЮВ-0,16; 1СВ-6; 1СВ-26 1 т.п.), де ЮВ-0,16 - шдукцшна, сталеплавильна вакуумна шч мклтастю 160 кг.

Як металурпйний процес В1П забезпечуе: можливють використання р1зних шихтових матер!ал1в (кусков!, лом, брикети); отримання сталей 1 сплав!в у вузькому штервалг певного Х1М1чного складу, чистого вщ газ1в, неметалевих включень, домниок кольорових метал 1в; тривале витри- мування рщкого металу в глибокому вакуум!; надшний контроль 1 ре- гулювання температури й складу металу впродовж плавки.

417

До недолМв В1П належать: забруднення металу продуктами футер1в- ки, утворення пщ час кристал!зацп зливюв дефеюпв, характерних для злившв звичайно! вщкрито! плавки 1 розливання металу.

14 Основи мет. вир-ва.

Рис. 6.19. Вакуумиа шдукцШна шч типу 1СВ-2,5-Н1:

1 рухома частина плавильне» камери; 2 — плавильна камера; 3 — мехашзм нахилу тигля; 4 — камера завантаження; 5 — дозатор; 6 — робоча площадка; 7 — пристрш для чищення тигля; 8 — нерухома частина плавильноГ камери

1 •

° о д

20 40 60 80 100 120 т, хв

0,6

0,4

Рис. 6.20. Вплив температури за­лежно вщ часу витримування ме- [Ы]/[Ы₀]

талу на процес вилучення азоту 31 стал! марки 03X18Н12 шд час ви­плавки в промисловШ В1П, °С:

0,8

1 - 1510—1525; 2 - 1600; 3 - 1640; (М] — змшна концентращя азоту; [^о] ^— початкова концентращя азоту за х = 0

Отримання в В1П сталей 1 сплавав з мпймальним умютом дом1шок та иеметалевих включень вирплуготь двома способами: використання особливо чистих шихтових матер1ал1в (зазвичай деф1цитиих 1 дорогих) у поеднанш з високою технолопчною культурою ведения плавки; ви­користання дешевих шихтових матер1ал1в у поеднанш з р1зними опера- щями рафшування вщ газ1в, иеметалевих включень, зневуглецювання. 31 з61льшенням мкткосп В1П ступшь видалення розчинених у метал1 газ1в, дом1Шок 1 иеметалевих включень р1зко сповшьнюеться у зв'язку 31 збшыиенням глибиии ванни рщкого металу та зменшенням питомо! поверхш подшу газ — метал. Анал1з кшетичних законом1рностей перебЬ гу процес1в дегазацп, вплив р13них технолопчних фактор1в на щ про­цеси виявив Л1М1туюч1 стадп дегазацп розплаву у вакуум!: дифузшне перенесения компонента через поверхневий шар; перехщ компонента у поверхневий адсорбцшний шар; утворення молекул газу та десорбц1я IX у газову фазу. Азот, пор1вняно з воднем, вид1лити з р0зплав1в най- важче, особливо, якщо до 1'х складу входять штридоутворювальш ком­понента, наприклад хром.

Змша вм1сту азоту та сшввщношеиня [И]/[Ы₀] залежно вщ трива- лост1 витримування за р1зних температур наведено на рис. 6.20.

Ум1ст азоту в шихтових матер1алах, до складу яких входить хром 1 титан, становить 0,035 — 0,045 %. Шеля витримування у В1П впродовж 20 — 60 хв умют азоту знижуеться до 0,003 — 0,0007 %. 1нтенсифшащя дегазацп металу та зменшення к1лькост1 иеметалевих включень мож- лива у раз1 продувки розплаву аргоном. У процес1 вакуумно"! плавки сплав1в на основ1 зал1за, високолегованих сталей 1 сплав1в зменшення вм1сту арки майже не вщбуваеться.

Шд час нагр1вання 1 плавления шихти вщбуваеться штенсивне газови- дшення, яке значною м1рою можна зменшити, застосовуючи пщ1гр1вання шихти до температури 700 — 750 °С у вакуумних печах опору.

За зниженого вакууму застосування нав1ть вщносно невисоко! напру- ги (до 300 В) для живлення не1зольованих шдуктор1в може призвести до пробоУв М1Ж витками шдуктора або на корпус печ1. Тому елект- ричнш 1золяц11 шдуктор1в прид1ляють належну увагу.

До футеровки В1П ставляться таю вимоги: висока вогнетривкм \ I. 1560— 1660 °С (температура сталё й сплавёв у тиглях мае бути 1520 1640 °С); мёнёмальне газовидёлення, вщсутшсть утворення летких м;пг рёалдв, яга взаемодшть 13 шихтовими матерёалами; пщвищена стшкии, тигля. Вщ иравилыюсп вибору матер1алу футеровки 1 виготовленпя тигля залежить ягасть виилавленого металу, термш експлуатацп тигля та його надшшсть, що значно позначаеться на економёчних параметрах печ1. Х1М1Чний склад футерувальиих мае, споаб набивки 1 списания тигля залежать вщ його мёсткостё та марки сплаву, що виплавляетъгя Футеровку тигл1В великих В1П виготовляють 13 коруидово! вогнетривк'1 н цегли. Стшгасть и становить 25 — 45 плавок.

Для завантаження шихти без порушення вакууму у В1П нашвбезпе рервноГ д 1Г встановлюють завантажувальну шлюзову камеру (див. рис. 6.19, 4), яка розмёщена над плавильного камерою або поряд 13 нею и вщдшена вакуумним технолопчним затвором. У камерё завантаження часто встановлюють електронагрёвники, яга забезпечують нагрёваипя шихти перед и завантаженням у тигель. Шихту подають у шч у завантл жувальному кошику 31 зшмним днищем або з пелюстками, що розкрива ються (аналопчно кошикам, яга застосовують у ДСП). В процеа вакуум но*! плавки у розплавлений метал вводять присадки за допомогою до заторов. Середня тривал1сть плавки становить 2,5 — 3,5 год, напруга контура — 800—1000 В, питома витрата електроенерп! — 2 — 3 кВт х х год/кг.

Способ вакуумно! шдукцшно! плавки часто використовують для по передньо! виплавки шихти у виглядё заготовки для шших переплавни х процеав (ЕШП ! ВДП) за схемами В1П - ВДП, В1П - ЕШП - ВДП. У раз! використання цих процеав одночасно з рафшуванням металу ство- рюють надшш та регульоваш умови кристал1зацп зливюв 13 забезнечен- ням полшшеиня !х'структури 1 збътьшення виходу придатного металу.

Особливе М1сце серед процеав В1П поещають безтигельна плавка металу в завислому сташ та безтигельна зонна плавка. Метал в електро- магштному пол1 плавиться й утримуеться у завислому сташ порёвняно в невеликш юлькоси (1—50 г). Такий метал переважно застосовують для дослщних щлей. Потужшсть, що передаеться в метал, залежить в!д його маси. Що бшыиа маса металу, то бьтьша напружешсть магштного поля потр1бна для його утримания в завислому сташ 1 тим бшьша потужшсть видшяеться в метал!.

Перевагами цього способу е: добре перем1шування рщкого металу, який не контактуе з будь-яким забруднювальним середовищем; мож- ливёсть отримання певно! температури розплаву; контрольоване випус­кання металу у виливницю по лшщ з електромагштного поля або заморожування в завислому сташ; проведения плавки в широкому дда- пазош тиску навколишнього середовища. Безтигельна зонна плавка зарекомендувала себе як найефектившший споаб кристалёзацшного очищения широко! гами неоргашчних та оргашчних речовин.

Рис. 6.21. Схема металевоУ ванни в пол! индук­тора:

1 — верхня В1дтиснута частина (/г_в); П — нижня частина ванни, що контактуе 31 зливком (/г„); 1 — кристал1затор; 2 — зливок; 3 — шдуктор; 4 — металева ванна

Зонна плавка — ефективний способ глибокого очищения тугоплавких мета- лов (У/, Мо, Ке, Ки, Оз, М>, V) вщ бшьшосто елементов-домошок унаслщок ох випаро- вування та ефекту зонноТ перекристало- зацп. Розвиток техноки зонноТ плавки дав змогу вирощувати структурно до- сконал! та гранично чисп монокристали, наприклад силщш, я ко е визна- чальними факторами фундаментально! та огрикладноо науки 1 техноки.

Для виплавки тугоплавких металов(\У, Та, Мо, 1ЧЬ) 1 металов, що ма­ють велику хомочну активность (Т1, 2г), застосовують ВШ з водоохолод- ним металевим секцшним тиглем, який виготовляють з двох або больше секцой, озольованих одна вод одноТ.

Полшшенню якосто металов 1 сплавов за шдукцшноо плавки при- доляють належну у вагу, зокрема при використанно шдукцшних печей (близьких за конструкцоею 1 ведениям технологи до ВШ) оз секцшним кристалозатором (процес 1ПСК).

Суть цих процеав полягае в тому, що замость тигля з вогнетривкого матероалу використовують мщний, що охолоджуеться, або секцшний кристалозатор, конструкция яких дае змогу передавати енергою електро- магнотного поля вщ шдуктора до металу, що переплавляеться.

Експериментально встановлено, що особлитйстю процесу шдукцш­ноо плавки в секцойному кристалозаторо (1ПСК) е те, що металева ван­на, розмооцена в зош шдуктора, водтосняеться вщ стонки кристалозатора електромагнотним полем 1 П верхня частина мае кулясту форму, близь- ку до параболоща обертання (рис. 6.21).

Металеву ванну по висото можна подшити на дво зони: верхню, водтис- нуту вщ с/пики кристалозатора, та нижню, що безпосередньо контактуе з фронтом кристалозацп металу. Кожна з них водограе певну роль у тепловому балансо процесу. У верхнш частино ванни вщбуваеться видо- лення теплоти, внаслщок иротокання у иоверхневому бочному прошар- ку шдуктивних струмов. У нижнш частиш ванни теплова енерпя не видаляеться, оскольки вона розмощена нижче шдуктора та екранована гаршсажем боля стоики кристалозатора.

Мехашзм передавання енергоУ електромагнотного поля до металевоо ваогни за 1ПСК вщрозняеться вод звичайноо шдукцшноо тигельноо плав­ки, оскольки мож ондуктором о ванною знаходиться охолоджувана стшка секцойного кристалозатора, яка впливае на розмщення електромагнот­ного поля у плавильной зош.

6.3. ПЛАЗМОВО-ДУГОВИЙ

IПЛАЗМОВО-1НДУКЦ1ЙНИЙ ПЕРЕПЛАВИ (ПДП, П1П)

Ниш важко знайти галузь металургп або х1мп, де застосування пли > мово'1 технши не мало б перспектив: рудна плавка, плавления та раф: нування метал1в 1 сплав1в, процеси вщновлення, нанесения покригпп 1 тугоплавких сполук, синтез р1зних речовин.

Плазма (четвертий стан речовини) — це частково або щлком йошзо ваний газ за температури 10 — 10 °С. Розр1зняють гарячу (високотсм пературну 10⁶ - 10⁸ °С ) 1 холодну (низькотемпературну 10³ - 10⁶ °С ) плазму. Пщ д!ею електричного поля в плазм1 з'являеться електричиип струм. Е лектропровщш сть холодно'! плазми, частково йошзованого газу, значно менша, шж гарячо!'. В металургшних процесах використовують низькотемпературну плазму, яку отримують терм1чною йошзащею газу або йошзащею електричним розрядом. Йошзащя — процес, унаслщок якого на частинщ (атом1 чи молекулО виникае електричний заряд чи збшыцуеться його величина. Плазму краще створювати, засгосовуючп електричний дуговий розряд, коли струм проходить через газ двома провщниками. Пщ час розряджання йошзащя вщбуваеться завдяки зпкнеиню нейтральних газових частинок 13 зарядженими, ирискорени ми електричним полем 1 процесом термгчно'! йошзацп. Початок проце су йошзацп пов'язаний виходом вшьних електрошв з поверхш ка- тодно'1 плями внаслщок емки. Дуговий розряд вщр13няеться вщ шших форм електричного розряду в газ1 вщносно високою густиною струму, температурою та електропровщшстю йошзованого газу в стовш дуги. Йошзований газ характеризуеться густиною складових його компонента! (електрони, йони, нейтральш атоми або молекули), Гх числом в одиниш об'ему (наприклад, в 1 см³, 1 м³ газу). Процес формування плазми ендотерм1чний. Для багатоатомних газ1в процесу йошзацп атом1в переду с дисощащя молекул. У а речовини, кр1м водню, можуть бути йошзоваш неодноразово з утворенням одно-, дво-, тризарядних та шших йот в. Плазмоутворювальне середовище може бути одно- (аргон, гелш, азот, водень) або багатокомпонентним (аргон + водень, аргон + азот), а та­кож 13 продукт1в спалювання природного газу. Кожний 13 основних плазмоутворювальних газгв з урахуванням !х енергетичних характери­стик мае як позитивш, так 1 негативш властивость Аргон (Аг⁺, Аг²⁺) — один 13 найдефщитшших та найдорожчих газ1в, мае низыа енергетичш характеристики, тому його рекомендують використовувати обмежено як однокомпонентне плазмоутворювальне середовище. Висока питома теплоемшсть гелш (Не⁺; Не²⁺) дае змогу отримувати високоентальпшну плазму, яка може ефективно нагр1вати метал завдяки значнш тепло- провщносп. У зв'язку з дефицитом 1 дорожнечею гелш в установках плазмового нагр1вання використовують обмежено.

Азот (Н³', Ы^г>+) — газ, який рекомендують використовувати як одно- компонентне плазмоутворювальне середовигце. Теплоировёднёсть 1 теп- лоемнёсть азоту за високих температур досить значнё, завдяки чому електричний розряд забезпечуе достатиьо ефективне перетворення елек- трично! енергё! на теплову 1 иередавання и металу.

Водень (Н⁺ ) — це високоентальпёйний плазмоутворювальний газ, але в чистому стаи за високих температур вён руйнуе електроди дугових плазмотронов, що обмежуе його використання як однокомпонентного плазмоутворювального середовища. Добором складу багатокомпонент- но! плазмоутворювально! су мши можливо створити окисне чи вёдновне середовище.

Плазма багатоатомних газёв мостить бёльше теплоти, шж одноатомних. Важливим тепловим параметром плазмового струменя е його ентальтя, тобто кёлькёсть теплоти, яку мёстить у с 061 одиниця об'ему або маса струменя. ГОд час нагрёвання одноатомних газёв ентальтя плазми визна- чаеться витратами енергй на збудження та йонёзацёю атомёв, тодё, як для багатоатомних газёв додатковий внесок в ентальиёю дае дисоцёацёя молекул. Найбёльше поширена технологёя ПДП в середовищё азоту та аргону за тиску, що близький до атмосферного.

Плазмово-дуговий переплав можна проводит у вакуумё чи контро- льованому середовищё за нормального або надмёрного тиску.

Плавка в ёнертнёй атмосферё плазмовоё' печё рёвноцённа розкисненню дегазацё! рёдкого металу у вакуумё, якщо парцёальнё тиски азоту, водню, в0дян01 пари й оксиду карбону (II) в атмосферё достатньо малё.

За температури близько 4700 "С не лише йони та електрони, а й нейтральнё частники набувають високо! кёнетично! енергё!. За цих умов ёстотно пёдсилюються процеси дисоцёацё!, що пов'язано зё зростанням ролё ентроиёйного фактора. Крём того, рёзко пёдвищуеться хёмёчна спо- рёдненёсть складових реакцёй та швидкёсть !х иеребёгу.

Використання низькотемпературно! плазми ^10³ — 10⁵ °С ^ в металур- гёйних агрегатах дае змогу ёнтенсифёкувати вёдомё та створювати принци- пово новё електротехнёчнё процеси ё вёдповёднё металургёйнё агрегата.

6.3.1. Конструкщйш особливост! плазмово-дугових печей

Плазмово-дуговё печё бувають двох тииёв: з вогнетривкою футерёвкою або з водоохолоджуваиим мёдним тиглем ё водоохолоджуваним криста- лёзатором з глухим дном або з витягуванням зливка. У плазмово-дуго- вих печах застосовують такё технолога: переплавка витратно! заготов­ки в одно- та багатоплазмотронних печах; переплавка кусково! шихти.

У печах з вогнетривкою футерёвкою (рис. 6.22) водоохолоджува- ний мёдний анод — подобий електрод 6, умонтований врёвень ёз подом 5, контактуе ёз металом 4. Камеру печё 2, з яко! заздалегёдь вёдкачують

1 но!" печ! з вогнетривкою футер1вкою

Рис. 6.23. Плазмово-дугова гаршсажна планка;

/ — плазмотрон; 2 — камера; 3 — водоохолоджуна ний мщний тигель; 4 — рщкий метал; 5 — гаршса.к

Рис. 6.22. Схема плазмово-дугово! сталеплаии п.

пов1тря, заповнюють газом, який витшае з плазмотрона /, 1 теля досяг нення надежного тиску, зазвичай близького до атмосферного, завдяки дуговому розряду вщбуваеться йошзащя газу 1 починаеться плавка. На початку процесу плазмова дуга 3 проплавляе в шихт1 вузький коло дязь 1 рщкий метал, який стшае вниз, накопичуеться на подиш, а шеля цього розплавляеться вся шихта, що залишилася.

Дегазащя й рафшування металу особливо штенсивно вщбуваються на поверхш ванни, де рщкий, перегртш плазмовою дугою метал кон тактуе з газового атмосферою печь Одним з недолМв таких печей с наявшеть донного водоохолоджуваного електрода, у раз! прогару якого вода потрапляе гид рщкий метал, що призводить до вибуху печь Тому допиий електрод потр1бно виготовляти 31 струмопров1дного матер1алу.

До переваг ПДП 13 керамгчним тиглем належать: виплавка сталей 1 сплав1в на Н1 келен:й основ] та переплавка легованих вщход1в. Завдяки чистот! атмосфери 1 в1дсутност1 граф1тових електроддв забезпечуеться засвоення легуючих елемеит1в: Мп, Сг, №, Мо — 96—100 %, Т1 — 60 — 80 %; можливють виплавки азотованих 1 маловуглецевих сталей та сплав1в; полшшення умов прац1 та ^стотне зниження забруднення нав- колишнього середовища, осшльки ПДП працюють майже безшумио, тому викиди газу й пилу в атмосферу незначш.

Пщ час плазмово-дугово'1 гарн1Сажно'1 плавки (рис. 6.23), використо- вуючи плазмотроии пост1Йного чи зм1нного струму, метал розплавляють у мщному водоохолоджуваному тигл1. На меж! метал — футер1вка утво­рюеться шар твердого металу — гаршеаж. За такого плавления пов- н1стю виключаеться контактування рщкого металу з матер1алом тигля та його забруднення. Для плазмово-дугово!" гарн1сажно1 плавки можна застосовувати витратн! заготовки або кускову шихту, яку завантажують у тигель, чи подають у нього по шихтопроводу пщ час плавки.

Рис. 6.24. Схема плазмово-дугово! печ1 з вертикальним подаванням переплавно! заго­товки:

1 — герметизована камера; 2 — плазмотрон; 3 — переплавна заготовка; 4 — водоохо- лоджуваний кристал1затор; 5 — ванна металу; 6 — зливок; 7 — шддон

У илазмовш печ1 (рис. 6.24) з водоохолоджуваним кристал1затором 4 заготовку 3 для переплавки пода­ють 31 сталою швидюстю та оплав- ляють одшею чи юлькома плазмови- ми дугами, анодом для яких е поверх­ня ванни 5 рщкого металу. Стжаючи 13 витратноТ заготовки р1ВНОМ1рНИМИ краплями, метал прогр1ваеться дугою 1 розт!каеться по поверхш ванни.

Джерело постшного або змшного струму пщключають за допомо­гою пуско-регулювально! апаратури до плазмотрошв (одним полюсом) 1 до зливка (другим), причому якщо використовують постшний струм — до плазмотрошв шдключаеться «мшус», а до зливка — «плюс».

Плазмов1 струмеш кожного плазмотрона спрямоваш на ванну рщкого металу. Витратна заготовка подаеться мехашзмом вниз з обертанням навколо власно! ос1. Пщ час контактування з плазмовими струменями вона плавиться 1 рщкий метал краплями збшае у ванну.

Плазмотрони розмщують рад1ально навколо нитратно! заготовки 1 вони можуть перемщуватися за допомогою специального мехашзму, змонтова- ного на камерь Це дае змогу спрямовувати плазмовий струмшь у будь-яку д!лянку ванни 1, кр1М того, розмнцуваги плазмотрони тангенщально до ван­ни у горизонтально площиш. Останне зумовлюе реактивне обертання ме­талу ванни та р1Вно.Ч1ршший розподш температури по Г! поверхш.

ПДП мае ряд 1Стотних вщмшностей пор1вняно 13 електродуговим. Основш з них — конвективне передавання теплоти вщ плазмового факела до металу потоком нагретого газу, який примусово подаеться в зону плазми 1 можливщтю вести плавку в контрольованш атмосфер!.

Використання юлькох плазмотрошв дае змогу розосередити теплове навантаження 1 регулювати названиям р1зних дыянок ванни рщкого металу. Метал рафшуеться 1, тверднучи завдяки холодним стшкам кри- стал1затора, витягуеться з нього 31 встановленою сталою швидюстю у вигляд1 безперервного зливка 6 круглого (рис. 6.24) або прямокутного перер131в. Метал зливка характеризуемся високою ццльшстю, струк­турною та Х1М1ЧНОЮ ОДНОрЩШСТЮ.

Плазмово-дугова плавка мае широю можливосп для пщвищення якост1 леговаиих та вогнетривких сталей 1 сплав1в, зокрема легування азотом сталей з високим у М!стом мангану й хрому.

Рис. 6.25. Плазмово-дуговий перс плав кусково! шихти:

1 — плазмотрони; 2 — бункер дли шихти; 3 — в1броштатив; 4 — шихм. 5 — водоохолоджуваний кристалил тор; 6 — зливок; 7 — камера

Гаршсажну плавку при водять у герметичнш камс р1, внаслщок чого з'являеться можлив1СТЬ регулювати не ли ше склад газово! фази, а и тиск. У раз: потреби дегазацп металу плавка може проводи тися за зниженого тиску (у вакуумг), за насичення мета лу газом або за шдвищеного тиску. Використовуючи ви тратну заготовку, газообмшш реакцп в гаршеажнш плавщ можна про водити ефектившше. У процес1 ПДП можуть вщбуватися вс1 стадп взаемодп металу з азотом 1 воднем у газовш фаз1 й шлаку. Так, реакцп газ —метал починаються вже на стадп твердо!' заготовки. У промисло вих масштабах е можливють реал1зувати легування металу азотом (за­мша шкелю) 13 газово! фази до концентрац1'!, як1 перевищують стан- дартну розчинн1Сть азоту в розплав1, а також проводити розкиснення металу воднем, уводячи його в плазмоутворювальний газ. Кр1М того, тд час переплавки в середовищ1 шертних газ1в досягаеться глибока дега- защя металу. Поверхня зливка р1вна, майже не потребуе мехашчного оброблення.

В умовах плазмово-дугово! плавки переплавляють масивш заготов­ки та В1дходи прокату, набраш у вигляд1 жмут1в др1бного, круглого, квадратного, прямокутного проф1лю 1 листових В1ДХОД1В прокату. Сп1вв1дношення М1Ж поперечним зр1зом заготовки 1 зливка можна ре­гулювати в достатньо широких межах.

Зазвичай переплавляють заготовки, площа поперечного перетину яких становить 0,7 — 0,8 плонц зр1зу поверхш зливка. Що ближче д1аметр заготовки до д1аметра зливка, то вище тепловий коефпцент дп печ1. Це сприяе зменшенню теплових витрат на випромпповання 1 максимально повному використанню теплоти плазмових струмешв. У раз1 викорис­тання аргонно! плазми ефективний тепловий коефщ1ент корисно! /и! печ1 досягае 40 — 45 %, а якщо плазмоутворювальним газом е аргон- азотна або аргон-воднева сум1ш, то вш пщвищуеться до 65 %.

Шматки шихти краще застосовувати для переплавки високореакцш- них метал1в Т1, ЫЬ, 2г (рис. 6.25). Пресування в1дход1в цих метал1в надто трудом1сткий 1 дорогий процес. Поверхня зливка е р1Вною, май­же не потребуе мехашчного оброблення.

Рис. 6.26. Переплав витратного плазмо­трону:

1 — шток; 2 — камера; 3 — порожниста за­готовка; 4 — водоохолоджуваний кристалЬ затор; 5 — зливок

Рёзновид ПДП — переплавка витратного плазмотрона (рис. 6.26). Суть процесу полягае в тому, що плазмовий розряд генеруеться ви- тратною заготовкою ё стабёлёзуеть- ся газом, який продуваеться через порожнину.

У цьому ироцесё на поверхш вёд- буваються всё реакцп. Тривалёсть взаемодёё' газу з металом обмеже- ний 1 переважно залежить вёд стру­му дуги: що бёльше струм, то бёлыиа швидкёсть плавлення 1 менша тривалёсть взаемодёё. Процес може здёй- снюватися за атмосферного ё пёдвищеного тиску, що дае змогу створити контрольовану атмосферу в реакцёйнёй зонё.

Перспективним металургёйним процесом для вёдновлення металёв ёз оксидёв ё галогенёдёв за високих температур е плавка у шахтнёй печё (рис. 6.27), що зумовлюеться високою иродуктивнёстю та найкращим використанням паливноё й електричноё енергёй. Поеднання плазмового нагрёвання ёз подаванням природного газу або продуктёв його конвер- сёТ забезпечуе гнучке й оперативне керування процесом вёдновлення металёв ё дае змогу ёстотно скоротити витрати коксу.

Як теилоносёй у плазмотронах можна використовувати водень або природний газ.

6.3.2. Технолопя процесу плазмово-дугового переплавлення

Переплавлення металу в илазмово-дуговёй печё з кристалёзатором вёдбуваеться так. Пёдвёшену заготовку опускають до щёльного контак­тування ёз затравкою, що розмёщена на водоохолоджуваному иёддонё. Потём по черзё вмикають всё плазмотрони. Повергаючи плазмотроии за допомогою спецёальних механёзмёв установления, плазмовими струме­нями вёдрёзають вёд електрода невелику частину. Потём заготовку тро­хи иёднёмають.

У цей час плазмовё струмеш сирямованё на дно металевоё' ванни ё не обёгрёвають торець витратного електрода. Метал, що залишився на за- травцё, повнёстю розплавляють ё витримують деякий час з метою його рафёнування. Шсля такого оброблення рёдкого металу ё наведения рёдко-

Рис. 6.27. Схема плазмовоУ шахтноУ печ■ для вщновлення г рафшування металу:

/ — завантажувальний пристрш; 2 — шахта; 3 — шихта; 4 — плазмотрони; 5 — розплав; 6 — зливок; 7 — виливниця; 5 — подина; 9 — кристалпатор

металево'! ванни включають мехашзм подавання витратного електрода. Якщо заготовка почне оплавлятися 1 спостер1гаеться надходження у ванну крапель металу, включають мехашзм витягування зливка. Шеля встановлення вщповадного р1вня металево! ванни у кристал1затор! процес переводять у стацюнарний режим, який шдтримуеться вручну або авто­матично. За встановленого режиму переплавки за масою швидкють плавления заготовки дор1внюе швидкосп кристал!зацп зливка. Для забезпечення р!вном1рного оплавления торця заготовки Г! безперервно повертають навколо ось Заготовка плавиться шд Д1ею теплоти плазмо- вих дуг, що передаешься внаслщок конвекцп 1 випромшювання. Кон­вективна та рад1ацшна теплопередача до витратного електроду здш- снюеться не лише в1д плазмових плазмотрошв безпосередньо, а й в!д дзеркала рщкометалево! ванни 1 вщбитих В1Д !"! поверхш плазмових струмешв. Нижнш торець заготовки таким чином отримуе велику кшьюсть теплоти. На поверхш торця утворюеться град1ент температури,

■ величина якого залежить В1Д теплопровщноеп матертлу, що переплав- I ляеться.

К Шеля того як поверхня торця доеягне температури солщусу сплаву, I вона починае оплавлятися. В стащонарному режим1 переплавлення В нижнш торець заготовки завжди покритий тонким шаром розплавлено- I го металу. Товщина цього шару по всш площиш торця неоднакова. Пщ I час перемщення поверхш торця заготовки вщносно плазмових стру- I мешв завдяки обертальному руху, товщина шару редкого металу у без- I иосереднш близькосп до смолоскипу збглынуеться. Накопичений редкий I метал ст!кае у найближчу точку торця заготовки 1 збираеться в крашп, I як1 утримуються внаслщок дп поверхневих сил, до моменту досягнення IX критично!' маси 1 наступного вщривання. Середня товщина оплавле- ного шару на нижньому торщ електрода залежить вщ швидкост! пода- ; вання заготовки, Х1м!чного складу металу та форми оилавленого торця.

У раз1 пщвищення швидкост! переплавлення товщина шпвки рщкого ' металу зменшуеться, причому внаслщок оплавления заготовки крапл1 Е рщкого металу можуть утворюватися в одному або галькох мюцях тор- | ця. Форма торця та число мкць краплеутворення залежать вщ юлькосп " плазмотрошв, вмонтованих у робочу камеру печ1, а також вщ !х розмЬ [ щеиня щодо рщкометалево! ванни витратного електрода. Юлыисть утво­рення кране ль регламентуеться швидюстю переплавлення. Пл1вка рщко­го металу на торщ заготовки знаходиться у постшному рус1, вщповщно П об'ем безперервно вщновлюеться новими порщями розплавленого металу. Крапл1 рщкого металу вщриваються вщ пл!вки 1 падають до ванни у кристал1затор!.

Рщкий метал пл1вки на торщ заготовки дещо рафшуеться вщ газо- вих дом1шок 1 легкоплавких кольорових метал1в. У цей самий час на торщ електрода вщбуваеться вилучення з металу неметалевих вклю­чень та ОКСИДНИХ ПЛ1ВОК.

6.3.3. Ванна рщкого металу 1 зливок

Процес кристал1заци зливка з ванни рщкого металу, який пщтри- муеться у мщному водоохолоджуваному кристал!заторг, досконало ви- вчений в умовах вакуумно-дугово! переплавки (ВДП) сталь Розробле- но методику розрахунку кристал1затор!в 1 темиературних иол1в у ванш та вивчено профиль ванни.

Кристал1защя зливка в умовах плазмово-дугового переплавлення мае низку специф1чних ознак, 1 тому результата, отримаш за анал1тичного дослщження кристал!зацп металу, в процес! вакуумно-дугово! переплав­ки не завжди адекватно описують умови формування твердо! фази у процес 1 плазмового нагр1вання та переплавлення. За плазмово-дугового переплавлення металева ванна зазнае штенсившшого, шж у раз1 вакуум- но-дугового плавлення, нагревания. Поверхня металу при цьому значно перегр1ваеться.

Загалом контур ванни у вертикальному перер131 л1м1туеться у верхи 111 частит межею подшу ванни 13 газового фазою (атмосферою печО, а и нижнш частит — межею подолу з твердою фазою. За плазмово! пере плавки в атмосфер! плазмоутворювальних газ]в випаровування метал 1 п майже не вщбуваеться. Внутршня поверхня кристал1затора, що котик туе з рщким металом, чиста. В процесл переплавки зароджуються перни кристали твердо!' фази зливка. Товщина к1рочки залвердьтого металу, або гаршсажного шару, у М1ру зростання тривалосп контактування з холодною стшкою кристалхзатора зб1лынуеться. Гаршсажний шар щшьно прилягае до стшки кристал1затора й утворюе поясок по всьому периметру зливка. Саме через цей поясок контактування вщводиться основна юльюсть теплоти вщ ванни до кристал1затора. Збшьшення потужност1 плазмотрошв призводить до того, що ширина пояска зростас 1, Ц1ЛКОМ природно, ПЩВИЩуеТЬСЯ тепловий ПОТ1К Кр13Ь робочу плиту кристал1затора.

Товщина гаршсажного шару, що визначае його мндшсть, дуже важлива ознака для отримання яшсно! поверхш зливка. За мало! товщини кгрки затверд1лого металу, у ра;п його прихоплювання до поверхш кристалх­затора, можливе утворення розрив^в, причому в порожниш розриву с по стер1гаються др1бш напливи.

У процес1 кристал1заци, завдяки зменшенню об'ему металу пщ час охолодження (усадки), Д1аметр зливка зменшуеться \ м1ж ним та криста- л1затором утворюеться пром1жок. Поява такого пром1жку призводить до значного зменшення тепловщдач1 вщ зливка до кристалхзатора. У зв'язку з малим розм1ром пром1Жку теплопередача через нього пере- важно здшснюеться завдяки теплопровщносп газу, який заповнюе цей прост1р. Участь конвекцп та випромпповання у загальнш теплопередач1 вщ зливка дуже мала. Переплавка в аргон-водневш газовш сумшп сприяглива щодо полшшення осьового вщведення теплоти вщ рщко- металево! ванни зливка, внаслщок штенсившшого охолодження як у межах кристал1затора, так 1 за межею його нижньо! поверхш.

В умовах плазмово-дугово! плавки форма дна рщкометалево! ванни залежить вщ шлькосп плазмотрошв, що об1гр1вають п поверхню, швидко- ст1 переплавки, розмпцення й потужност1 плазмотрошв. З1 збшьшен- ням потужност1 плазмотрошв ванна мае б1лын плосю контури профи­лю дна. I! глибина у цьому раз! залишаеться постшною. Збшыиення швидкост1 витягування зливка з кристал1затора, навпаки, зумовлюе по- глиблення ванни 1 змщу профшю !'! дна вщ плоского до опуклого.

Ус1 процеси переплавки метал1в або сплавав у мщному водоохолоджу- ваному кристал1затор1 вщбуваються в умовах спрямованого тепловщве- дення, яке супроводжуеться постшним, незмшним у час!, позитивним град1ентом температур на фронт1 кристал1зацп. В таких умовах спо- стершаеться пригшчення лшвацшних процес1в 1 завдяки цьому х1М1чна та ф1зична однорщшсть переплавлених у печах ПДП сплав1в завжди вища, шж зливк1в, що були вщлит! за класичною технолопею.

Рис. 6.28. Макроструктура зливка стал/ диаметром 250 мм, ви- плавленого в плазмово-дуговш пе<п

У зливках плазмово-дугово! плавки зазвичай розрёз- няють лише двё структурнё зони: периферёйна зона дрёбних кристалёв (рёзко охолоджена зона) та центральна зона порёвняно великих, строго зорёентованих кристалёв (рис. 6.28). У ра31 правильно обраних та витриманих режимёв переплавки зона рёвновёсних кристалёв у цент- ральнёй частинё зливка вёдсутня. Лише за переплавки з великими швидкостями витягування зливка та недостат- ньо! потужностё илазмогронёв у зливках можна виявити неоднорёднёсть, що виникла в ироцесё кристалёзацёё' хёмёчно негомогенного розплаву.

Напрям росту великих кристалёв зливка повнёстю ви- значаеться формою дна металево'ё ванни. За плоского профёлю дна головнё осё кристалёв вёдхиляються вёд вер­тикально! осё не бёльше нёж на 5—10°. Центральна зона великих (стовбчастих) кристалёв займае майже весь об'ем зливка. Ширина периферёйно! зони становить трохи бёльше нёж 5 мм ё майже не змёнюеться зё збёлыненням дёаметра злив­ка. В зливках ПДП вёдсутня осьова крихкёсть, густина металу в пери- ферёйних та централыгих зонах зливка однакова ё загалом на 0,25 — 0,1 % вища, нёж густина катаних напёвфабрикатёв. Оскёльки за ПДП ванна рёдкого металу зазвичай неглибока, усадкова крихкёсть ё раковина в головнёй частинё зливка можуть бути майже вёдсутнё у раз; послщовно- го вимкнення илазмогронёв наприкёнцё переплавки або зведенё до мёнёму- му. Зливки, виилавленё у печё ПДП, мають досить високу якёсть по­верхш ё Ух зазвичай не обдирають перед куванням або прокатуванням.

Пёд час переплавки жаромёцних сплавёв на иоверхнё зливкёв мо­жуть утворюватися плями на основё залёза або нёкелю. Здебёльшого ё'х переилавляють ёз додаванням на дзеркало ванни невелико! кёлькостё шлаку спецёального складу ёз розрахунку 4— 10 кг на 1 т сплаву. В та­ких випадках не завжди вдаеться отримати якёсну поверхню зливка, ё тому перед прокаткою !х обдирають на глибину до 3 мм.