8.5. Методы спецметаллургии

8.5.1. Электрошлаковый переплав (эшп)

ЭШП разработан институтом электросварки им. Е.О.Патона АН Украины. Характерной особенностью является отсутствие электрической дуги. Электрическая цепь между расходуемым электродом и наплавляемым слитком замыкается через слой расплавленного шлака. Шлак в жидком состоянии становится электропроводным и имеет большое сопротивление, в результате чего нагревается до 1700-2000^оС и оплавляет погруженный в него электрод. Металл электрода в виде капель протекает в ванну кристаллизатора и кристаллизуется там в условиях направленного сверху вниз теплоотвода и высокого градиента температуры (рис.8.5).

Рис. 8.5. Схема ЭШП.

1-расходуемый электрод из переплавляемого металла; 2 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 -расплавленный шлак; 4 - жидкая ванна переплав­ленного металла; 5 - наплавляемый слиток металла.

Роль рафинирующей среды при ЭШП играет шлаковая ванна, составом которой можно осуществлять избирательное рафинирование металла от тех или иных примесей. Шлак состоит из CaF₂ (60-70%), Al₂O₃ (20-30%), CaO. Металл очищается от серы, неметаллических включений, газов. Слиток получают плотный с чистой поверхностью, массой 5-6 т.

8.5.2. Вакуумно-дуговой переплав (вдп)

ВДП могут работать с нерасходуемым и расходуемым электродом.

Не расходуемый электрод из вольфрама, графита или карбидов выполняет функции только проводника тока, при этом при горении дуги обязательно происходит испарение материала не расходуемого электрода, что загрязняет

металл. Поэтому ВДП подобного типа не находят широкого применения.

ВДП с расходуемым электродом широко используются для получения слитков из тугоплавких и химически активных металлов, а также стали и сплавов на основе никеля (рис.8.6). Такие печи специализируют на переплаве того или иного металла (титана, ниобия, никелевых сплавов и т.д.).

Рис.8.6. Схема вакуумной дуговой печи с расходуемым) электродом.

1 - вакуум-камера; 2-расходуемый электрод из переплавляемого металла;

3 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 4 - наплавляемый слиток металла.

Кристаллизатор печи водоохлаждаемый, вакуум 10^-5 атм. Капли металла электрода падают в вакууме, где они рафинируются от цветных металлов, водорода, азота, кислорода. Слиток металла получают плотный с малой газонасыщенностью. Масса слитка 40-50 т.

8.5.3. Электронно-лучевой переплав (элп)

Развивается одновременно с ВДП со средины 50-х годов. Металл нагревается потоком электронов, генерируемым специальным устройством - электронной пушкой.

На пути от источника электронов до поверхности нагреваемого объекта электроны в вакууме (10^-7 атм.) разгоняются электрическим полем до скорости 50-100 тыс.км/с. При встрече с поверхностью металла поле движущегося электрона вызывает возмущение поля ионов, находящихся в углах решетки металла, усиливается их колебательное движение, т.е. повышается температура металла, но только с поверхности. Передача тепла основной массе металла осуществляется теплопроводностью или конвекцией (рис.8.7).

Рис.8.7. Схема печи для плавки электронным пучком: 1 - катод электронной пушки; 2 - анод; 3 - па­трубок к вакуумной системе; 4 -электро­магнитная катушка (линза); 5 - диафрагма; б - шибер; 7 - плавильная камера; 8 - электрон­ный пучок; 9 - патрубок к вакуумной системе; 10 - выплавляемый слиток; 11 - охлаждаемый водой медный кристаллизатор; 12-механизм вытягивания слитка; 13 - переплавляемая заготовка (спеченный штабик).

Известные конструкции электронных плавильных установок для рафинирующего капельного переплава стали и сплавов могут быть отнесены к одному из трех типов: с кольцевым катодом - источником электронов является кольцо из вольфрамовой проволоки; 2. с радиальной пушкой - катод выполняют не в виде единого кольца, а расчлененным на несколько участков работающих параллельно; с аксиальной пушкой - формируется не плоский, а конусообразный луч, т.е. сходящийся. После обработки металл отличается минимальной газонасыщенностью, максимальной плотностью, высокими механическими свойствами, но самый дорогой.