yandex.metrica
Переплавные процессы

Вакуумный дуговой переплав. Технология

Общая схема установки вакуумного дугового переплава

Плавку на установке вакуумного дугового переплава (ВДП) можно вести с расходуемым и нерасходуемым электродами. В последнем случае дуга горит между электродами, изготовленными из тугоплавкого материала (графита, вольфрама и т. д.), жидким металлом в кристаллизаторе. Переплавляемый металл подается из дозатора. В связи с возможностью загрязнения металла материалом электродов установки ВДП с нерасходуемым электродом не получили распространения. В сталеплавильном производстве применяют установки ВДП с расходуемым электродом. Схема такой установки показана на рис. 109. Установка состоит из герметичной рабочей камеры с прикрепленным к ней кристаллизатором, оборудованным водяным охлаждением. Установка ВДППрисоединение кристаллизатора осуществляется при помощи прижимного фланца с резиновым или фоторопластовым уплотнением. Рабочая камера через патрубок присоединена к системе вакуумирования. К верхней части рабочей камеры присоединена камера расходуемого электрода. Через сальниковое устройство проходит шток электрододержателя. При помощи переходного зажима-цанги или клинового соединения с чекой электрододержатель соединен с переплавляемым электродом. В рабочей камере имеется гляделка для непосредствен­ного наблюдения за плавкой и для установки периско­пического устройства для дистанционного наблюдения. Ток подводится системой гибких кабелей к головке элек­трододержателя и шинами к фланцу кристаллизатора.

Перед плавкой на дно кристаллизатора кладут шайбу (затравку) из того же материала, что и расходуемый электрод, и для улучшения электрического контакта — немного стружки. После включения тока и небольшого подъема электрода между его концом и затравкой заго­рается дуга, под действием которой происходит плавле­ние электрода. После окончания плавки кристаллизатор отсоединяют от камеры и затем слиток извлекают из кристаллизатора, опуская при этом поддон, закрываю­щий кристаллизатор снизу. После установки нового кристаллизатора систему герметизируют и проводят сле­дующую плавку. При одинаковой общей схеме установки ВДП имеются различные конструктивные решения неко­торых узлов, что влияет на эксплуатационные характеристики установки. В практике отечественных заводов наблюдается непрерывный поиск наиболее рационально­го конструктивного решения установок в целом и их от­дельных узлов.

Преимущества установок ВДП

Установки ВДП имеют перед другими вакуумными печами и прежде все­го перед индукционными ряд преимуществ:

  • отсутст­вие контакта металла с футеровкой обеспечивает полу­чение более чистого металла;
  • производительность ус­тановок ВДП значительно выше производительности ва­куумных индукционных печей;
  • методом ВДП можно выплавлять слитки большой массы: в настоящее время до 60 т, проектируются печи для выплавки слитков мас­сой 100—200 т.

Это предопределяет преимущественное развитие среди вакуумных способов переплава именно метода ВДП. Однако установки ВДП имеют следующие недо­статки:

  • необходимость использования специально подготовленной шихты в виде кованых или литых элект­родов;
  • ограниченность возможностей легирования ме­талла;
  • неприспособленность для литья.

Технология ВДП

При ВДП, так же как и при ЭШП, используют переплавляемые электроды из стали той же марки, слиток которой необходимо получить. Металл для электродов выплавляют в дуговых электропечах, иногда в мартеновских печах с последующей обработкой его синтетическим шлаком, а в некоторых случаях в других агрегатах для переплава (ЭШП, вакуумных ин­дукционных печах или в тех же установках ВДП). Вы­плавка электродов в открытых печах более экономиче­ски оправдана.

При использовании кованых или катаных электродов заготовки под них обдирают и торцуют на токарных станках. Основной недостаток этой технологии заключа­ется в большом количестве отходов (50%). Более экономически целесообразно использование литых электро- 1 дов. Однако литые электроды имеют глубокую усадоч­ную раковину, которая возникает при кристаллизации в высоких изложницах, и грубую поверхность. Более вы­сокое качество электродов наблюдается при отливке их на МНЛЗ.

Необходимо иметь в виду, что из всех статей себе­стоимости стали ВДП особенно высока стоимость элект­рода (до 85%). Поэтому снижение стоимости электрода уменьшает стоимость всего процесса ВДП.

Диаметр электрода должен быть на 50 – 140 мм меньше диаметра кристаллизатора. При малом зазоре между электродом и поверхностью кристаллизатора дав­ление над ванной выше, чем в рабочей камере. Поэтому между электродом и кристаллизатором будут появляться паразитные дуги. При большом зазоре электрод не эк­ранирует ванну и тепло излучается вверх.

Установки ВДП работают на постоянном токе: рас­ходуемый электрод является катодом, а жидкий металл в кристаллизаторе — анодом. В вакууме дуга может быть более растянутой без значительного снижения силы тока и увеличения напряжения. При короткой дуге кап­ли металла, срывающиеся с конца электрода, замыкают дуговой промежуток, вследствие чего происходит раз­брызгивание металла, ванна охлаждается, так как ток идет через капли, а не через газовый столб разряда.

Температура дуги не одинакова по ее длине и изме­няется в пределах 2000—12000° С. Несмотря на высокую температуру, капля, падая в столбе дуги, не успевает значительно нагреваться, так как дуговой промежуток она проходит за 0,05—0,1 с. Поэтому температура жид­кой ванны при ВДП обычно незначительно превышает температуру плавления металла (на 60—100° С).

Зажигание дуги производят при уменьшенной силе тока, а после образования лунки жидкого металла печь переводят на рабочую силу тока. В связи с интенсивным охлаждением металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе в наплавляемом слитке на протяжении всего процесса остается только лунка жидкого ме­талла.

Для уменьшения отходов металла от головной части слитка вследствие наличия в ней усадочной раковины в конце переплава прибегают к операции выведения уса­дочной раковины. В этот момент скорость кристаллиза­ции металла несколько меньше скорости плавления электродов, что обеспечивает постепенное заполнение образующейся усадочной раковины металлом.

После полного затвердевания слитка вакуум в печи нарушают, отсоединяют кристаллизатор со слитком и приступают к очистке печи. При работе с двумя кристал­лизаторами второй, заранее подготовленный, ставят в печь и плавку начинают вновь. Для печи с кристаллиза­тором диаметром 320 мм продолжительность отдельных операций примерно следующая: подготовка печи к плав­ке 20—30 мин, загрузка и крепление электродов при внепечной сварке 25—15 мин, откачка 35 мин, плавле­ние 4 ч 30 мин — 5 ч 30 мин, выведение усадочной рако­вины 40 мин. Максимальная годовая производительность печи составляет 895 т.

Возможность проплавления стенки кристаллизатора установки ВДП почти исключена при поддержании стабильного электрического режима. Необходимо сле­дить за тем, чтобы длина дуги была меньше расстояния от поверхности электрода до стенки кристаллизатора. Наиболее эффективным способом устранения взрыва при проплавлении кристаллизатора является оснащение печи мощной системой вакуумирования, способной даже при большой течи воды поддерживать в печи, низкое давле­ние. При нормальной работе давление в печи должно поддерживаться <13 Па (<0,1 мм рт. ст.).

На стенках кристаллизатора во время плавки обра­зуется корона из брызг металла и конденсатов паров примесей. Корона заливается жидким металлом и не полностью расплавляется. На поверхности слитка обра­зуется грубая корка, которую приходится снимать на глубину 5—10 мм на токарных станках.

С увеличением длины дуги и силы тока корона быст­рее расплавляется, поверхность слитка улучшается. Длина дуги, равная 25—30 мм, на больших кристалли­заторах считается оптимальной.

3

Нажмите здесь, чтобы оставить комментарий

  • К сожалению это можно сделать не на всех сплавах (например In718), на котором повышение силы тока приведет к увеличению скорости плавления и как следствие к ликвационным процессам при формировании структуры слитка, т.к. сплав склонен к ликвации за счет сегрегации Nb.

  • При правильном подборе режима плавления образования короны возможно избежать и боковая поверхность слитка будет довольно гладкой, что позволяет подвергать такие слитки последующей деформации без механической обработки слитков.