Розплаву: лення зливк1в:

/ — електронно-променев1 нагр]вники; 2 — витратна 1 — електронт гармати; 2 — оплан заготовка; 3 — шдкладка лений зливок; 3 — валки

Рис. 6.43. Поперечний макротемплет зливка титанового сплаву, оплавленого електронними променями

попадають на поверхню пёдклад- ки, розтёкаються 1 кристалёзують- ся з утворенням тонкого шару. Завдяки шаруватому нанесению диспергованого розплаву фор­муеться заготовка або покриття певних геометричних розмёрёв 1 форми. На поверхнё пёдкладки пёдтриму- еться постёйна температура, достатня для утворення надёйного адгезёйно- го зв'язку мёж окремими шарами крапель розплаву, якё розтёкаються.

Досвёд рёдкофазного розпилювання сплавёв на основ! залёза й шкелю, легованих елементами з високою пружнёстю пари (хром, алюмшш, ман­ган, магнш та ш.), подтвердив, гцо спосёб лиття з диспергованих розпла- вёв у вакуумё задовольняе якёсне формування зливкёв, заготовок та покриттёв, хёмёчний склад яких майже не вёдрёзняеться вёд складу витрат - них заготовок. Особливёстю Тх структури е вёдсутнёсть дендритёв 1 лёква-

ЦШН01 НеОДНОрёДНОСТё.

У процесс отримання зливкёв незалежно чи це загальновизнана ме- талурпйна технолопя, чи це способи спецёальноё' металурпГ поверхне- вий шар зливкёв ёнодё мае рёзнё дефекта — плёвки, трёщини, загортання, пори, якё попршують експлуатацшнё властивостё металу 1 зменшують вихёд придатного металу.

Для зменшення втрат металу замёсть механёчного його оброблення розроблено технологию оплавления поверхнё зливкёв електронним проме- нем на обмеженёй дёлянцё завдяки послёдовному иеремёщенню оплавлено! зони та одночасному обертанню зливка по всёй його довжинё (рис. 6.42). За допомогою електронних лёнз, фокальнёй плямё електронних променёв надають форму иодовженого овалу, бёльша вёсь якого спрямована вздовж твёрноё". При цьому зливок повертаеться навколо поздовжньоё' осё.

Пёсля оброблення електронним променем мёкрорельеф поверхнё злив­кёв стае рёвним, а глибина проплавленого шару становить 3 — 4 мм. Метал стае щёльним, иорёвняно з головною частиною зливка, мае дрёбно- кристалёчну структуру (рис. 6.43), в ньому вёдсутнё неметалёчнё включен­ия, мёкропори, трёщини. Однак значноё змёни хёмёчного складу поверх- невого шару зливка не вёдбуваеться.

6.4.5. Законоьирносп електронно-променевого нагр1вання

Пёд дёею прискоренноё' напруги в електростатичному полё джерела електронёв останнё прискорюються до швидкостё V_е^.

в_е =5,93-10⁵ л/у, (6.33)

де V — прискорювальна напруга, В; V_е — швидкёсть електрона, м/с. '/₂15 Основа мет. вир-ва... 449

Шеля прискорення електрони набувають кёнетичноУ енергп Е_с:

Ш X?

Е_с= (6.:М)

де т_е — маса електрона; е — заряд електрона. Потужнёсть IV потоку прискорених електрошв:

ф = п_е ^ = = (6.35)

^с X т

де п_е — кёлькёсть електрошв; т — час; / = п_е/х — сила струму елек тронного пучка, А.

Сила струму I ёз величиною прискорювальноУ напруги V пов'язапа спёввёдношенням Ленгмюра:

I = /г_еС7^3/2, (6.36)

де к_е — повна провёднёсть електронного пучка, яка е сталою величиною для певноУ електронно-оптичноУ системи (гармати).

Шеля зёткнення електрошв з нагрётим металом 1 поглинання електро­нёв металом Ух кёнетичиа енергёя витрачаеться на збудження рентгешв ського випромёнювання, другорядну емёсёю та нагрёвання. На утворення рептгенёвського випромёнювання витрачаеться невна потужнёсть (кВт):

Р_реа=аг_еШ², (6.37)

де а — коефёцёент пропорцёйностё (у разё вимёрювання напруги в кё- ловатах а = 1,5-10'⁶); 2_Р — норядковий номер елемента ПерёодичноУ системи елементёв Д. I. Менделеева.

Якщо напруга досягае 20 — 25 кВ, а струм променя кёлька ампер, то втрати енергёУ на рентгенёвське випромёнювання становлять близько 0,1 % загальноУ потужностё електронного променя. Вторинна емёсёя вёдбуваеться внаслёдок бомбардування поверхнё електропами, як резуль­тат йонёзацёУ атомёв, а також пружного ё непружного розсёювання пер- винних електронёв.

Для аналёзу енергетичних утрат на збудження сумарний коефёцёент вторинноУ емки а подають як суму ёстинноУ вторииноУ емёсёУ а,_ст та енергп вёдбитих електронёв унаслёдок пружного ё непружного електрон­них ударёв "Л :

а = ст_1ст+г|. (6.38)

Енергёя ёстинно вториниих електронёв для всёх металёв за напруги 10 — 25 кВ становить кёлька електронвольтёв. Тому енергетичнё втрати, пов'язанё з ёстинною вторинною емёсёею, незначнё. Втрати, зумовленё вёдбитими електронами, досить зиачпё. Середня вёдносна енергёя вёдби­тих електронёв ^ЕГ₀ пропорцёйна порядковому номеру г_с:

Е₀ =0,45 + 2-10~³г_е. (6.39)

Для металёв ёз середнёми порядковими номерами, наприклад Ре, Со, №, вёдносна енергёя вёдбитих електронёв становить 5 %, а коефёцёент Г) = 0,30. Тому втрати енергй досягають близько 15 %.

Отже, основна частина енергй, набута електронами пёд час проходжен- ия IX через прискорювальне електричне поле, перетворюеться на теплову енергёю, яку використовують для плавки металёв у тонкому поверхневому шарё 8_е, що вёдповёдае глибинё проникнення електронёв всередину ме­талу. Глибина (5_е) проникнення прискорених електронёв залежить вёд густини металу та енергёё' падёння електрона. Енергёю глибини проник­нення електрона (см) визначають за формулою

2

5 =2,1 • 10~'² , (6.40)

Р

де р — густина металу, г /см³.

Електрон втрачае свою енергёю нерёвномёрио, проникаючи в шар завтовшки 5_тах. Основие гальмування електрона вёдбуваеться напри- кёнцё його пробёгу, тобто температура досягае максимуму на деякёй вёд- станё вёд поверхнё.

Для застосовуваних прискорених напруг глибина проникнення елект­ронёв у метал становить мёкрометри. Потужнёсть бомбардувального пучка електронёв поглинаеться в цьому тонкому поверхневому шарё, теля чого поширюеться вёд нього в глибину металу, який нагрёваеться. Отже, пёд час нагрёвання електронним променем джерело теплоти знаходиться в самому тёлё, тобго в поверхневому шарё завтовшки 8_е. Ця особливёсть у поеднаннё з повнотою перетворення кёнетичноё' енергёё' електронёв у теплову характе­ризуе електронний промёпь як ефективне джерело нагрёвання.

6.4.6. Отримання порожнистих зливюв 13 титанових сплав!в

У перше в свётё в 1нститутё електрозварювання ём. С. О. Патона НАН Украёни ёз порожнистого зливка титану (зовнёшнёй дёаметр 600 мм, внутрёшшй — 200, довжина 2000 мм), отриманого способом електрон- но-променевоё' плавки, виготовленё елементи титанових труб дёаметром 1400 ё 1800 мм та завдовжки до 6000 мм. Для впровадження цёе'ё техно- логёё було розроблено електронно-променеву установку УЕ-5810, яка в свётё не мае аналогёв.

За сучасного стану технологё'1 бурёння та експлуатацёГ иафтових ё газових свердловин у рёзних середовищах до якостё матерёалу, з якого виготовляють труби, ставляться пёдвищенё вимоги. Титан ё сплави на його основё характеризуються високими механёчними властивостями та корозёйною стёйкёстю в агресивних середовищах, мають значно меншу масу порёвняно з виробами ёз сталё. Крём того, вони легше пёддаються обробленню тиском у гарячому ё холодному станах.

Промислове виробництво гарячекаганих труб ёз титанових сплавёв освоено дёаметром не бёльше 500 мм механёчною обробкою катаних

прутюв або нресовою прошивкою цилподричних зливюв, яю <>11>■ Iм ють 31 сплавёв, виплавлених у ВДП. Мехашчне оброблення як .сшинн ВДП, так 1 трубно1 заготовки досить трудомшткий процес. Крич мни, при цьому вщбуваються значш втрати металу (до 15 %).

Новим подходом у виробництв! трубно! заготовки великого д1амг||ч I виплавка порожнистих зливюв 13 титанових сплав1в способом слемрпи но-променево'1 плавки з пром!Жною м1стюстю (ЕПППМ). Порожшн шП зливок отримують 13 застосуванням мщного водоохолодного криста'м и тора з внутренним д1аметром 600 мм 1 вертикально перемпцуваним п/дд< н к ич, в центр1 якого розм1щений мщний водоохолодний дорн д1аметром 200 мм

Технолопя виплавки порожнистого зливка 31 сплаву марки ВТО СП 90 %, А1 — 6, V — 4 %) полягае у завантаженш початковоУ шихт > техшчно чистого титану з додаванням алюмшш та ванадию у юльк< ни. потр^бнш для отримання х1м1чного складу зливка 1 компенсацП' шпр.и алюмшпо на випаровування. Шсля вакуумування шихтову заготовку сплавляють електронним променем у пром1жну мктюсть, де метал пи п рафшування й усереднення за Х1м1чним складом заливаеться в криста п затор. Пром1Жиа мктюсть вщ!грае позитивну роль, осюльки в шй ищ<>у ваеться усереднення Х1М1Чного складу сплаву, рафшування вщ газш I неметалевих включень. Важю тугоплавю включения карбццв вольфраму 1 мол1бдену осщають на подину в гаршсаж, а легю тугоплавю включен ня н1трид1в титану розчиняються впродовж витримування розплаву

Вщповщш розрахунки з використанням математичноГ модел1 да

змогу встановити залежшсть ефектпвносп рафшування титану вщ водим за р1зних швидкостей плавки.

6.5. ЕЛЕКТРОМАГН1ТНЕ ОБРОБЛЕННЯ МЕТАЛ1В

Один 13 найперспектившших наирям1в розвитку високих технолог! п у галуз! матер]алознавства в XXI ст. Грунтуеться на широкому викорп станш досягнень у галуз1 металургшноТ магштно'! пдродинамхки (МГД), яка поеднуе комплекс знань електродинамжи, пдродинамши, ф^зичноТ Х1М11, теплоф1зики, матер1алознавства, теори та практики металургшно го 1 ливариого виробництв.

Бурхливий розвиток металурпйно'1 магнитно"! гщродинамжи, особливо и теоретичних асиекпв, припав на 60 —70-п роки XX ст. В цей час було закладено фундамент для подалыних експернментальних дослП джень 1 промислових розробок, спрямованих на створення орипналь- Н01 магн1тодинам1чноГ техшки. Це зумовлено тим, що накладання на рщкий метал або метал, що кристал!зуеться, електричного 1 магштного пол1в дае змогу здшснювати теплову й силову дш на електропровщну систему. При цьому вплив електромагштних пол1в на метал виявляеться як на макро-, так 1 на мжрор^вш. Зокрема, на макрор!вш електромаппт- ну енерпю використовують для плавки металу та його нагр1вання елск-

Тричним струмом, перемёщення металевого розплаву шд дёею електро­магнётних сил, накладання тиску на р1дкий 1 тверднучий метал.

На мёкрорёвнё магнётнё поля можуть безпосередньо впливати на атоми хёмёчних елементёв, що входять до складу сплавёв, надавати Тм при цьому рёзних прискорень, зумовлювати дипольнё взаемодп в системах з феромаг- нётними й парамагнётними фазами та орёентацёю феромагнётних часточок уздовж силових лёнёй поля, змёнювати величину коефёцёента молекуляр- ноё' дифузёё' елементёв у рёдкому металё та величину критичного зародка пёд час кристалёзацй металу. Тому з'являеться можливёсть керувати ру- хом металу, тиском, процесами тепло- ё масообмёну та структурою ё власти- востями литих заготовок. Важливою ознакого е те, що вплив електромаг­нётних полёв на електропровёднё середовища вёдбуваеться безконтактно та е малоёнерцёйним. Крём того, вён може здёйснюватися однаково як на весь об'ем рёдкого металу, так ё диференцёйно на рёзнё його частини, що дае змогу керувати величиною ё напрямком руху рёдкого металу.

Накладання електромагнётних полёв дае змогу здёйснювати силовий вплив на мёкронеоднорёдностё, якё е в металевому розплавё, руйнуючи IX, що в подальшому зумовлюе подрёбнення структури сплавёв.

Постёйнё електромагнётнё поля гальмують турбулентнё пульсацёё' в об'емё розплаву ё зменшують товщину межових шарёв. Водночас змённё електромагнётнё поля зумовлюють високу ёнтенсивнёсть перемёп1ування металу завдяки його турбулёзацё'ё.

Шд час дослёдження магнётогёдродинамёчних процесёв було виявлено цёлий ряд цёкавих фёзичних ефектёв ё явищ, що спостерёгаються в рёдкому металё за впливу на нього електромагнётних полёв:

1. змёна глибини проникнення електромагнётноё' хвилё в металё вёд частоти поля («скён-ефект»);

2. стиснення металевого провёдника магнётним полем власного струму («пёнч-ефект»);

3. «зменшення» або «збёльшення» маси металу завдяки додатковому орёентацёйному впливу на електроировёдний розплав електромагнётних сил (удавана змёна питомо? маси);

4. левётацёя (врёвноважування маси металу електромагнётними полями);

5. електровихровё течёТ, зумовленё викривленням лёнёй струму в роз- плавленому металевому провёднику;

6. гальмування турбулентних пульсацёй рёдкого металу поперечним магнётним полем (ефект Гартмана);

7. змёна профёлю й швидкостё рёдкого металу в каналё теля накладан­ня поперечного постёйного магнётного поля;

8. електроконвективнё течё'ё (пёд час обтёкання струмом часточок у рёдкому металё);

9. нестёйкёсть суцёлыюстё рёдкого металу (розшарування) у зонё впливу електромагнётних сил за недостатньо! величини статичного тиску;

10. 453

    ефект «динамо», пов'язаний зё складанням власного ё зовнёшнього магнётних полёв в електропровёдному середовищё, що рухаеться.

У₂+15 Основи мет. вир-ва.

До держав, якё нинё утримують прёоритет у галузё вивчення магнёто гёдродинамёчних ироцесёв та Тх практичного застосування у матер 1,1 лознавчих технологиях, належать Японёя, Францёя, Росёя, Укра'ша, США, Канада, Велика Бриташя, Нёмеччина, 1талёя, Швеция, Латвёя, Китай.

На територёУ колишнього СРСР основнё дослёдження в галузё мета лурпйно! магнётноУ динамёки ироводилися в таких потужних наукових центрах, як 1нститут фёзики АкадемёУ наук ЛатвёУ, Фёзико-технологёч ний ёнститут металёв та сплавёв НацёональноУ академёУ наук УкраУнп, Донецький державний технёчний унёверситет, Пермський держаниий унёверситет, Всеросёйський науково-дослёдний ёнститут електротермёч- ного обладнання, Гнститут електрофёзичноУ апаратури ём. Сфремова.

Серед украУнських учених, якё були тонерами в галузё металургёй- но1 магнётноУ гёдродинамёки та зробили значний внесок у УУ розвиток, слёд назвати I. Л. Повха, В. П. Полёщука, В. I. Дубоделова, М. Р. Цина, В. К. Погорського, В. Н. Фёксена.

6.5.1, Ф1зичш основи електромагштного впливу на рщкий 1 тверднучий метал

Основнё величини, якими оперують пщ час оцёнки магнётогёдродина- мёчних явищ, е електричний струм, магнётне поле, електромагнётна сила, електромагштний тиск.

Електричний струм бувае постёйним 1 змёниим, може пёдводитися до рёдкого металу через електроди або створюватися в розплавё змёниим магнётним полем згёдно 13 законами електромагнётноУ ёндукцёУ. Змпший струм може бути промисловоУ (50 Гц), зниженоУ (< 50 Гц) або пёдвище- ноУ (> 50 Гц) частот.

Магнётне поле бувае постёйним або змёниим. Змённе магнётне поле може бути пульсуючим, бёжучим або обертовим залежно вёд джерела, що його створюе.

Електромагнётна сила Р_е утворюеться пёд час взаемодёУ електрич­ного струму ё магнётиого поля.

Р_е=УВ], (6.41)

де / — густина струму, А/м²; В — ёндукцёя магнётного ноля, Тл.

Напрям дёУ електромагнётноУ сили визначають за правилом Ленца («лёвоУ руки»),

Електромагнётний тиск р_е зумовлюеться дёею електромагнётноУ сили

(6.42)

осл

де 5 — площа провёдника, на яку дёе сила, м²; Х_осл — коефёцёент ослабления, який враховуе дёю магиёто-динамёчних ефектёв, що послаблю- ють величину електромагиётного тиску. Вони зумовленё розтёканням

електричного струму та розспованням магштного поля у зоно утворен­ня електромагштноГ си ли.

Для здшснения теплового 1 силового впливу на рщкий 1 тверднучий метал використовують постойно й змонно електрично магнотно поля. При цьому струм до металевого розплаву шдводять за допомогою елект- рОДОВ, тобто КОНДуКЦШНИМ способом, або шдукують у ньому ЗМ1ННИМ магнётним полем. Шд час иротоканооя по металу струму (низькоГ, про­мислово'! або високо! частот) вщбуваеться його кероване нагргвання.

Для силового впливу на метал використовують електромагштш сили, яко виникають в електропровщному розплаво шд час взаемодп електрич­ного струму, що протокае в ньому, з магнотним полем. У разо застосування для сгворення електромагнотно! сили змшних електромагнотпих полов у комплекс! зо змоошим струмом за спрямованого перемещения елект- ропроводного розплаву в ньому додатково генеруються електродинамочш коливання.

Електромагштш сили кр1М забезпечення руху рщкого металу оз зада- ною швидкостю в потребному напрям! можуть також використовуватися для створення тиску в рщкому електропровщному середовипц.

Розрахувати величину 1 розподш електромагнетних сил, поля швидко- стей та епюри тисков у редкому метал 1, що зазнав електромагнотно го впли­ву, а також оцшити юльюсть теплоти, подведено! до металевого розплаву внаслщок конвекцп, молекулярно! теплопровщносто та в'язкого тертя, можна за допомогою системи р1внянь магнотно! гщродииамеки. Процеси тепло-1 масоперенесення у цш системе описуються класичними ревошнеея- ми — теплопроводности та нерозривносте потоку, причому перелечен! за- лежносте додатково доповнюються електромагштними складовими.

Ревняння теплопровщносто записують так:

2

р _сй1- = -рс (и₈га<1 Т) + ХАТ + ^ + ^, (6.43)

де р — густина металевого розплаву, кг/м ; с — питома теплоемееесть металу, Дж/(кг • К); Т — температура розплаву, К; т — час, с; V — швидюсть руху розплаву, м/с; X — коефщоент тееелопроводиосте, Вт/ (м - К); ст — електрична проведнесть металевого розплаву, см; V:V — питома потужшсть змши теплового стану металу завдяки внутрешнем джерелам (змша агрегатного стану, фазове перетвореиня тощо), Вт/кг.

О = О₀ехр

На сегрегацею компонентов сплаву на стадп його тверднення за умови да електромагнетешх полов остотио впливають дифузейне процеси. Вели­чина коефецеенту дифузп Б компонентов сплаву у разе накладання на ньоо-о пщ час кристал1зацп електромагаетного поля значно збольшуето>ся:

'^{ХН2 1} (6.44)

кт

V

де — коефщоент дифузоо за Я = 0; Н — напружееоесть магитюго поля; К — уноверсальна газова стала К = 8,314 Дж/(моль • К).

За вёдсутност! магттного поля Н = 0 1 И = Г>₀.

Проведет теоретичш розрахунки та експериментальш дослщження доводять, що низька частота забезпечуе глибше проникнення електро магштно'У хвил1 до розплаву та вщповцщо сприяе штенсившшому його перемннуванню. У раз1 збшьшення частоти глибина проникнення струму в розплав! зменшуеться. Високочастотне зовшшне електромагштне поле дае змогу збшышгга питоме тепловид1лення в об'ем1 металу та переда ти силову Д1Ю (електромагштний тиск) углиб металу.

6.5.2. Застосування електромагштно! ди шд час плавки металгв 1 сплав1в

Можливост! електромагштних систем зумовили Ух широке використан­ня для керування плавкою металу завдяки шдукцшному нагр1ванню, регулюванню його руху в печах та вщтиснення розплаву вщ стшок тигля.

Оснащения дугових сталеилавильних печей (ДСП) змшного 1 постш- ного струму системами електромагштного перем1шування стал113 засто- суванням низькочастотних (< 50 Гц) дугових статор1в дае змогу вир1в- нювати температуру розплаву у ваши, штенсифшуе тепломасообмшш процеси 1 м1жфазн1 взаемодй' металу з реагентами та сприяе скачуванню шлаку з поверхш розплаву.

Для створення примусово'У цирку ляцй' розплаву в ДСП використо­вують спещальш статори (рис. 6.44) або шдуктори магштного б^жучо- го поля та обмотки, яю вмонтоваш у футер1вку печ1 1 таким чином охоплюють ванну розплаву по периметру печ1 та глибиш металу. За такоУ обробки металу в ньому зменшуються вмУст газ1В 1 неметалевих включень та витрати електроенерпУ, скорочуеться тривал1сть плавки.

Застосування в шдукцшних тигельних печах (1ТП) систем електро­магштного перемйнування металу дае змогу створити ефектившшу одно- контурну циркулящю металу в тигл1, забезпечити ращональне перем1- шування вс1х шар1в розплаву по висот1 печ1 та штенсифшувати теплоту масообмшу (рис. 6.45, а). Для цього в 1ТП використовують пристро'У, як1 створюють бУжуче магштне поле, секцшш багатофазш обмотки та системи частотноУ модулящУ. Таю техшчш решения дають змогу в 2 — 3 рази ирискорити розчинення легуючих добавок, у 5 —7 раз1в скороти- ти тривалшть гомогешзацГУ снлав1в та на 15—17 % шдвищити продук­тившсть шдукцшних тигельних печей.

Проведено також досл1дно-промислов1 випробування процесу конвер- терноУ плавки стал! з використанням електромагштноУ дп' на розплав. Встановлено, що накладання електричиих 1 магштних пол1в на конвер- терну ванну за невеликих значень тдведеноУ електричноУ потужност1 (0,1—0,5 кВт/т розплаву) дае змогу штотно полшшити щлу низку техн1КО-економ1чних показниюв 1снуючого процесу. Це пояснюеться високою електричною провщшстю металевих 1 шлакових розплав1в, а також шшою Ух структурою, що визначае наявшсть подвитого елект-

Рис. 6.44. Електромагштт системи керу­вання рухом розплаву в електричних дугових печах:

/ — дугова шч; 2 — електромапптиий статор

ричного шару на межах фаз, що взаемоддать. Це дае змогу впли- вати електромагштними полями на тепломасообмшш процеси пщ час конвертерной плавки, сприяе повшшому перебегу окисно-вщ- новних реакцш. Завдяки цьому пщвигцуеться тепловм1ст розпла­ву, знпжуетьея у завалщ частка рщкого чавуну (економ!я чавуну становить 4,7 — 8,1 кг/т), збшь- шуеться на 14—16 % стушнь де­сульфурацп 1 на 16—18 % — де- фосфораци сталь Залежно вщ ти­пу електромагштного впливу тех­нолопчш ефекти можуть посилю- ватися або нослаблюватися. Крем того, пристроТ електромагштного керування рухом розплаву в 1ТП використовують для змши фор­ми мешска та гальмування пуль- сацш на поверхш розплаву.

Пщвищення ефективносп шдук- щйних канальних печей (1КП) до- сягаеться завдяки збшыненню

Рис. 6.45. Електромагштш системи керуван­ня рухом розплаву в шдукшйних тигельних (а) 1 канальних (б) печах:

/ — розплав; 2 — ёндуктор; 3 — траекторп руху редкого металу

швидкосп потужноё електровихровоё транзитно!' течи розплаву в кана­лах агрегапв (рис. 6.45, б), що значно ирискорюе теплообмш у системе канал — тигель. Це досягаеться вибором такое геометра устя каналев печей, за якоё забезпечуеться максимальне викривлення лшш струму в цих зонах. Вихор, що виникае при цьому в рщкому метал 1, глибоко проникав в канал пече та подёбно до вакуумного насоса вщсмоктуе роз-

б

Рис. 6.46. Силош лши електромагштного поля за лев1тацшно1 плавки (а) та схеми поеднання плавки з тсхнолопею холодного тигля (б):

1 — розплав; 2 — тигель; 3 — водяне охолодження тигля; 4, 5 — вЦщовщна верхня I нижня обмотки шдуктора; 6 — напрям ди сили левтащ!

плав з каналу, задаючн напрям та ёнтенсивнёсть транзигноУ течи розпла­ву, внаслёдок чого ёнтенсифёкуються процеси плавки, пёдвищуеться стёйкёсть футерёвки каналёв печей.

1нший спосёб ефективного вирёшення цёе'1 проблеми пов'язаний ёз використанням в ёндукцёйних канальних печах разом з ёндуктором до- датково! електромагнётноУ системи, що створюе зовнёшнс магнётне поле, спрямоване по нормалё до струму в каиалё.

Керування електровихровими течёями в електрошлакових техноло- гёях змёнюе характер переплавлення електродёв та ёнтенсивнёсть иро­цесёв перенесения металу крёзь шлакову ванну.

Для печей, якё застосовують у сиецёальнёй електрометалургёУ (вакуум- ио-дугових, илазмово-дугових, електронно-променевих) велике значен­ия мае вирёвнювання температури розплаву по його об'ему. Оскёльки нагрёвання металу в цих печах здёйсиюеться у певннх дёлянках на поверхнё ванни, а конвективна складова процесу теплопередачё надзви- чайно мала, то виникае рёзниця в темперагурё розплаву навёть на його поверхнё мёж зонами нагрёвання та периферёею, а по глибинё ванни така рёзниця може сягати кёлькох сотень градусёв. Для усунення цього негативного явища, а також для стабёлёзацёУ товщини гарнёсажу на стёнках илавильноУ мёсткостё використовують сиецёальнё електромагнётнё ири- строУ керування иеремёшуванням металу.

а

3 урахуванням зростаючого попнту на особливо чистё сплави, що мёстять хёмёчно активнё компоненти, иостёйно розширюються дослёджен­ня ироцесёв плавки в холодних тиглях з використанням МГД впливёв на металевий розплав. При цьому електромагнётнё системи таких агре- гатёв забезпечують вёдтискаиня металу вёд бёчних стёнок плавильноУ

мёсткостё, зменшуючи можливёсть забруднення розплаву и матерёалом, а також забезпечуючи потрёбну форму менёска 1 рацёональну швидкёсть циркуляци розплаву. Такё печё та технологи, зокрема, широко застосо­вують для виробництва порошкёв 13 металёв високо! чистоти.

Унёкальнё можливостё електромагштних полёв пов'язанё зё створен- ням ефектёв збёльшення або зменшення маси металу залежно вёд того чи електромагштш сили збёгаються за напрямом ёз силами гравётацёё", чи спрямоваш ё'м назустрёч, а також використанням явища електромаг- нётноё' левётацёё', коли електромагштш сили врёвноважують гёдростатич- ний тиск на поверхнё металу.

Поеднання технологёй левётацёйноё' плавки 1 плавки у холодному тиглё дае змогу отримати якёсно новё результати. Якщо при використаннё рашше ёснуючих способёв левётацёйно! плавки вдавалося розплавляти не бёлыие нёж кёлька десяткёв (сотень) грамёв металу, то поеднання плавки в умовах левётацё! з технолопею холодного тигля дае змогу розплавити впродовж 5 хв близько 50 кг чавуну (рис. 6.46, б). Крём того, використання ефекту левётацп шд час плавки в холодному тиглё дало можливёсть отримувати спецёальнё сплави, що складаються з металёв, якё значно вёдрёзняються за своею питомою масою ё температурою плав­ления, наприклад титану ё танталу (вёдповёдно 4510 кг/м³ ё 1668 "С, 16600 кг/м³ ё 2996 °С).

6.5.3. Застосування електромагштних пол1в у процес1 позашчного оброблення розплав1в

Розпочатё ще в 60-х роках XX ст. дослёдження щодо видалення иеметалевих включень з рёдкого металу у разё збёльшення або змен­шення його маси в перехресних електромагштних полях (рис. 6.47) ниш отримали подальший розвиток. Пёд впливом електромагштних сил на електропровёдний розплав, залежно вёд \'х иапряму, маса розпла-

Рис. 6.47. Елсктромагштне зб1лынення (я) 1 зменшення (б) маси р1Дкометалевих розплавш:

1 — полюси електромаппта; 2 ~ м1стк1сть для металу; 3 — розплав; 1 — струм у металг, В — магштне поле; Р_к — електромапптна сила у розплав!; Р_гр — сила грав1тацп

ву змшюеться 1 внаслщок р1зн01 провщносп рщкого металу 1 включень електромагштш сили по-розному впливають на розплав та домошки, зумовлюючи IX розподол. Так, за п'ятиразового електромагштного зб1льшення маси стал1 (25Л, 35Л 1 45Л), що рухаеться по жолобу в иерехресних електромагштних полях, масова частка неметалевих вклю­чень знижуеться у 3,5 раза.

У сучасному металурпйному виробницт операци позапочного об­роблення стал1 зазвичай проводять в агрегатах типу шч — ковш. При цьому разом з використанням електродугового подогровання металу уста­новки такого класу додатково оснащують системами електромагштного перем1шування розплаву. У цих агрегатах для електромагштного пером: шування рщкого металу використовують шдуктори магттного божучого ноля, зокрема розмицено паралельно бочнш поверхш ковша. Такий 1ндук- тор дае змогу змшювати величину 1 напрям руху стало в мосткосто. При цьому полопшуеться якость стал! завдяки створенню штенсивного масо- обмону в систем! метал —шлак, усереднення температури та гомогешза- цо! хомочного складу розплаву в об'емо ковша. Кр1м того, електромагнотш сили, створювано таким пристроем, дають змогу створювати «вшно» у шлаковому иокрово, потробне для введения у ковш феросплавов.

Для ефективного змошування металевих розплавов з легуючими еле- ментами застосовують МГДпристро'!, яко забезпечують попередне плав­лення 1 наступне регульоване елекгромаггптне подавання компонентов сплаву до рщко! сталь Зокрема, введения таким способом у 300-тонний ковш родких феромангану, силокомангану та ферохрому дае змогу знизити витрати легуючих елемент1в, %: мангану — на 10 — 15, силщш — на5 — 10, хрому — на 2 —5. При цьому в 1,7 — 2,0 раза зменшуеться забруд- нення стало неметалевими включениями та значно подробнюються суль­фоди.

6.5.4, Застосування електромагштних сил щц час розливання 1 кристал1зацц метал1в

У чорной металургй' системи електромагнотогого перемошування роз­плаву застосовують у машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ) (рис. 6.48). Електромагштне перемошування металу в кристалозатор! МБЛЗ дае змогу зменшити фозичну та хомочну неоднородность зливюв, подробнити зерно, 1стотно прискорити процеси розливання сталь При цьому часточки твердо! фази, що розмиваються потоками розплаву, ви- конують функцою додаткових осередков кристалозацоь

Системи електромагштного перемошування (СЕМП) металу е не- вод'емним елементом сучасних установок безперервного розливання стало. Для забезпечення перемошування стало в кристалозаторо та онших зонах лито! заготовки застосовують божуче або обертове магштне поле. Для о'хнього живлення використовують струми низьких частот — до 15 Гц. Таю системи розмнцують на р!зних дшянках МБЛЗ, але пере-

'3 5

5=1

5

4Х

Г

Рис. 6.48. Системи електромагштного перемпиування стаЛ1 в кристал1заторах МБЛЗ:

1 — подавання розплаву; 2 — кристалёзатор; 3 — заготовка; 4 — статор; 5 — водяне охолодження

важно у зонё кристалёзатора. Однак цё иристроё' можна додатково роз- мёщувати у середнш 1 кёнцевёй частинах лунки (рис. 6.49).

Залежно вёд типу ёндукторёв пёд час перемёшування сталё створю- ються азимутальнё й вертикалып потоки металу. У разё правильного вибору системи електромагштного перемёшування ё рацёонально'1 зони 'и розмёщення знижуеться фёзична й хёмёчна неоднорёднёсть литих за­готовок, зменшуеться забруднення металу газами та неметалевими вклю­чениями, полёпшуеться якёсть поверхнё, пёдвищуеться иродуктивнёсть процесу розливання.

Постёйнё магнётнё поля разом ёз забезпеченням перемёшування рёдкого металу додатково впливають на

змшу температури 1 кшетики фазових перетворень пёд час кристалёзацё'ё сталё. Це створюе додатковё можливостё для фор- мування структури зливка.

Застосування електромаг- нётних впливёв дае змогу спо­собом безперервного розливан­ня в одному кристалёзаторё от­римувати бёметалевё зливки з рёзних марок сплавёв.

Рис. 6.49. Системи електро- магн1Тного перем1шування сталё, використовуваш тд час безперервного розливання:

1,2 — елекгромагштт пристроТ для гальмування струменя ста- Л1 та керування теч^ею металу в кристал1затор1; 3 — електро- мапптний перем1Шувач розпла­ву шд час лиття заготовок; 4 — електромагштний переммувач розплаву у вториншй зоне охо­лодження; 5 — електромагштш перем1Шувач1 у зош кшцевоТ кристал1зац11 заготовок

~~ ¹

Останнём часом проводять дослёдження, прнсвяченё ви- вченню таких ироцесёв криста- лёзацё! литих сталевих загото­вок для безперервного розли­вання та лиття металёв у ви-

ливнищ, в яких енерпю електромагштного поля використовують з мо тою в1дтискання розплаву в1д стшок кристал1затора. При цьому в про м1жок, що утворився, 1 на верхпю поверхню металу подають р1дкип флюс або порошок, унаслщок чого досягаеться штотне полшшення якосп поверхш заготовки, шдвшцуеться швидюсть розливанпя, особливо у раз1 використання 1мпульсних магштних пол1В. Ефектившсть цих про- цесзв додатково зростае у раз! застосування електромагштних сил для вщтискання металу вщ стшок кристал1затора.

У свгговш практищ особливу увагу звертають на дослщження, спрямо- ваш на створення ефективиих систем електромагштного гальмування струмешв стал1, що випкають з пром1жних ковнпв, зокрема в кристалл заторь Актуалыпсть 1 гострота проблеми спричинена тим, що висока кшетична енерпя струменя стал1, який надходить з пром1жного ковша до кристал1затора МБЛЗ, зумовлюе прискорене локальне розмивання сформованоГ в кристал1затор1 юрки металу, збыьшуе глибину рщкомета- левоТ лунки, призводить до шдвищення х1М1чноТ та фгзичноТ неоднор1д- ност1 структури зливка. Кр1м того, утвореиня хвиль 1 турбулептний характер руху стал1 в зош мешска зумовлюе захоплення металом за- хисного шару шлаку й утворення иоверхневих дефекпв.

Застосування систем електромагштного гальмування потоку розплаву особливо ефективне у раз1 розлнвання сталей для глибокого витягування, а також тонких сляб1в 31 швидкостями витягування близько 6 м/хв.

Одшею з галузей перспективного використання МГД вплив1в у проце- сах кристал1зацп метал1в е гранульна металурпя 1 використання МГД диспергатор!в металу.

Електромагштш впливи широко застосовують шд час формування виливк1в у ливарних технолопях. При цьому особливу увагу при/цляють процесам лиття тд електромагштним тиском, осюльки шд час реалЬ зацп таких технологш МГДпристро'1 можуть ефективно виконувати зав- дання як керованого подавання сплаву у форму, так 1 створення або змши за певною програмою надлишкового тиску.

Способи електромагштного впливу на метал використовують у ва­куумних 1 КОСМ1Ч1ШХ технолопях для виготовлення сплав1в з ушкальни- ми властнвостями чи для моделювання в земних умовах процес1в М1Кро-

грав1тацп.

Окремнй напрям становлять технолог^', в яких дда електро­магштних сил застосовують для

Рис. 6.50. Магштодинам1чш шдукцшш насоси пульсуючого поля:

/ — робоча зона; 2, 3 -- магштопровщ та обмотка шдуктора; 4 — канал; 5,8- 1йдв1дний 1 в1дв1дний трубопроводи; в, 7 — магштопровщ та обмотка елсктро- магшта

Рис. 6.51. Принципова схема магштодинамёчного мшеера-дозатора МДН-6:

1 — зшмний металопровгд; 2 — кришка для тигля; 3 — тигель; 4 — 6 — канали; 7 — магштопроводи 1Ндуктор1в; 8 — обмотки шдуктор1в; 9 — магшто- пров1 д слсктромапита; 10 — обмотка електро­маппта

керованого транспортування рёдких ме­талёв. Пристроё', якё використовують для цих щлей, називають електромагнётни- ми насосами, що характеризуются ши­рокими функщональними можливостя- ми щодо здёйснения безконтактного, ма- 7 Г'

МЕТАЛУРГШ СТАЛ1 1