Электрошлаковый переплав. Введение.
Электрошлаковый переплав электрометаллургический процесс, при котором металл (расходуемый электрод) переплавляется в ванне электропроводного синтетического шлака под действием тепла, выделяющегося в шлаке при прохождении через него электрического тока. Электрошлаковый переплав, существенно повышающий качество металлов и сплавов, разработан в начале 50-х гг. 20 в. в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР на основе электрошлакового сварочного процесса (см. Сварка). Расходуемый электрод представляет собой отливку, прокатное изделие или поковку из металла, полученный в мартеновской, дуговой, вакуумноиндукционной печах или кислородном конвертере. В процессе Э. п. температура шлака, состоящего из CaF2, CaO, SiO2, Al2O3 и других компонентов, превышает 2500°С. Капли жидкого электродного металла проходят через слой шлака и образуют под ним слой металла, из которого при последовательном затвердевании в водоохлаждаемом кристаллизаторе формируется слиток.
По мере оплавления расходуемый электрод подаётся в шлаковый слой, непрерывно восполняя объём кристаллизующегося металла. Шлак является рафинирующей средой. Электрошлаковое рафинирование металла происходит в плёнке жидкого металла на оплавляющемся конце электрода, при прохождении капель металла через шлаковую ванну и на поверхности раздела шлаковой и металлической ванн.
Изменяя состав шлака и температурный режим процесса, осуществляют избирательное рафинирование металла. В результате Электрошлаковый переплав содержание серы снижается в 2-5 раз, кислорода и неметаллических включений в 1,5-2,5 раза. Слиток характеризуется плотной направленной микроструктурой, свободен от дефектов литейного и усадочного происхождения. Химическая и структурная однородность слитка обусловливает изотропность физических и механических свойств металла в литом и деформированном виде. Способом Электрошлаковый переплав получают слитки массой от десятков г до 200 т практически любой нужной формы, определяемой формой кристаллизатора. Наряду с передельными (для прокатки сортовых профилей, труб и листа) и кузнечными (для ковки, прессования и штамповки) слитками производят фасонные отливки (коленчатые валы, корпуса запорной арматуры, сосуды давления, зубчатые колёса и др.). Электрошлаковый переплав применяется в чёрной металлургии (шарикоподшипниковые, конструкционные, нержавеющие, инструментальные стали, жаропрочные сплавы), цветной металлургии (хромистая бронза, никелемедные сплавы), тяжёлом машиностроении (теплоустойчивые, высокопрочные штамповые, валковые стали). Процесс запатентован и используется по советской лицензии во многих странах.
-- http://bse.sci-lib.com/article126224.html --
Технология и характеристики процесса
Если при электродуговой плавке для очистки требуется вакуум, то при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода металл попадает в водоохлаждаемую изложницу через расплавленный шлак. Через шлак между электродом и формирующимся слитком пропускается электрический ток (обычно переменный) так, что шлак перегревается и капли металла стекают с электрода. Через шлак они попадают на дно водоохлаждаемой изложницы, где и кристаллизуются. Слой шлака поднимается вверх по мере того, как растет слиток. Новый слиток из очищенного материала медленно формируется со дна изложницы. Он имеет однородную структуру с направленной кристаллизацией и не имеет трещин в центре. Такие трещины могут появиться в слитках, отлитых по традиционной технологии, по мере того, как они кристаллизуются от внешних поверхностей к внутренним.
Обычно технология ESR обеспечивает материал высокого, постоянного и заранее заданного качества. Точно контролируемый процесс кристаллизации улучшает прочность и целостность структуры. На качество поверхности слитка влияет образование во время переплава тонкого слоя застывшего шлака между слитком и стенкой изложницы. Поэтому технология ESR является предпочтительной при производстве высококачественных сплавов, используемых сегодня в авиакосмической и атомной промышленности, а также для производства кузнечных заготовок. Такой уровень чистоты слитков несколько лет назад было трудно себе представить. Прочие отрасли промышленности, следуя примеру высокотехнологичных лидеров, настаивают на использовании материалов высокой частоты, которые можно получить по технологии ESR, используя самое новое и совершенное оборудование.
Металлургия электрошлакового переплава
Из-за того, что нагретый шлак постоянно находится в контакте с кончиком электрода, на кончике образуется пленка жидкого металла. По мере того, как образующиеся капли проходят через шлак, металл очищается от неметаллических включений, которые удаляются либо при помощи химической реакции со шлаком либо благодаря тому, что плавают на поверхности расплава. Остающиеся включения очень небольшие по размеру и равномерно распределены в слитке.
В технологии ESR используются шлаки на основе фторида кальция (CaF2), окиси кальция (CaO) или алюминия (AlO3). Могут добавляться в зависимости от переплавляемого сплава окиси магния (MaO), титана (TiO2) и кремния (SiO2)
Его температура плавления должна быть ниже температуры плавления металла
Он должен быть электропроводящим
Его состав должен гарантировать прохождение желаемых химических реакций
Он должен обладать подходящей вязкостью при температуре процесса.
Из-за направленной дендритной кристаллической структуры в переплавленных слитках могут возникнуть различные дефекты, напр. кольцевые образования и вкрапления. Причина появления данных дефектов та же самая, что и при технологии VAR. Важно заметить, что в слитках ESR обычно не возникает белых пятен. Недоразвитые дендритные структуры или маленькие обломки электрода должны пройти через перегретый шлак, чтобы достичь фронта кристаллизации, и у них достаточно времени, чтобы расплавиться. Это препятствует возникновению белых точек.
Поверхность слитка, покрытая тонкой шлаковой пленкой, не нуждается в обработке перед ковкой. Электроды для переплавки могут использоваться в исходном виде.
-- http://www.ald-vt.ru/cms/?id=61&L=2 --
По мере оплавления расходуемый электрод подаётся в шлаковый слой, непрерывно восполняя объём кристаллизующегося металла. Шлак является рафинирующей средой. Электрошлаковое рафинирование металла происходит в плёнке жидкого металла на оплавляющемся конце электрода, при прохождении капель металла через шлаковую ванну и на поверхности раздела шлаковой и металлической ванн.
Изменяя состав шлака и температурный режим процесса, осуществляют избирательное рафинирование металла. В результате Электрошлаковый переплав содержание серы снижается в 2-5 раз, кислорода и неметаллических включений в 1,5-2,5 раза. Слиток характеризуется плотной направленной микроструктурой, свободен от дефектов литейного и усадочного происхождения. Химическая и структурная однородность слитка обусловливает изотропность физических и механических свойств металла в литом и деформированном виде. Способом Электрошлаковый переплав получают слитки массой от десятков г до 200 т практически любой нужной формы, определяемой формой кристаллизатора. Наряду с передельными (для прокатки сортовых профилей, труб и листа) и кузнечными (для ковки, прессования и штамповки) слитками производят фасонные отливки (коленчатые валы, корпуса запорной арматуры, сосуды давления, зубчатые колёса и др.). Электрошлаковый переплав применяется в чёрной металлургии (шарикоподшипниковые, конструкционные, нержавеющие, инструментальные стали, жаропрочные сплавы), цветной металлургии (хромистая бронза, никелемедные сплавы), тяжёлом машиностроении (теплоустойчивые, высокопрочные штамповые, валковые стали). Процесс запатентован и используется по советской лицензии во многих странах.
-- http://bse.sci-lib.com/article126224.html --
Технология и характеристики процесса
Если при электродуговой плавке для очистки требуется вакуум, то при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода металл попадает в водоохлаждаемую изложницу через расплавленный шлак. Через шлак между электродом и формирующимся слитком пропускается электрический ток (обычно переменный) так, что шлак перегревается и капли металла стекают с электрода. Через шлак они попадают на дно водоохлаждаемой изложницы, где и кристаллизуются. Слой шлака поднимается вверх по мере того, как растет слиток. Новый слиток из очищенного материала медленно формируется со дна изложницы. Он имеет однородную структуру с направленной кристаллизацией и не имеет трещин в центре. Такие трещины могут появиться в слитках, отлитых по традиционной технологии, по мере того, как они кристаллизуются от внешних поверхностей к внутренним.
Обычно технология ESR обеспечивает материал высокого, постоянного и заранее заданного качества. Точно контролируемый процесс кристаллизации улучшает прочность и целостность структуры. На качество поверхности слитка влияет образование во время переплава тонкого слоя застывшего шлака между слитком и стенкой изложницы. Поэтому технология ESR является предпочтительной при производстве высококачественных сплавов, используемых сегодня в авиакосмической и атомной промышленности, а также для производства кузнечных заготовок. Такой уровень чистоты слитков несколько лет назад было трудно себе представить. Прочие отрасли промышленности, следуя примеру высокотехнологичных лидеров, настаивают на использовании материалов высокой частоты, которые можно получить по технологии ESR, используя самое новое и совершенное оборудование.
Металлургия электрошлакового переплава
Из-за того, что нагретый шлак постоянно находится в контакте с кончиком электрода, на кончике образуется пленка жидкого металла. По мере того, как образующиеся капли проходят через шлак, металл очищается от неметаллических включений, которые удаляются либо при помощи химической реакции со шлаком либо благодаря тому, что плавают на поверхности расплава. Остающиеся включения очень небольшие по размеру и равномерно распределены в слитке.
В технологии ESR используются шлаки на основе фторида кальция (CaF2), окиси кальция (CaO) или алюминия (AlO3). Могут добавляться в зависимости от переплавляемого сплава окиси магния (MaO), титана (TiO2) и кремния (SiO2)
Его температура плавления должна быть ниже температуры плавления металла
Он должен быть электропроводящим
Его состав должен гарантировать прохождение желаемых химических реакций
Он должен обладать подходящей вязкостью при температуре процесса.
Из-за направленной дендритной кристаллической структуры в переплавленных слитках могут возникнуть различные дефекты, напр. кольцевые образования и вкрапления. Причина появления данных дефектов та же самая, что и при технологии VAR. Важно заметить, что в слитках ESR обычно не возникает белых пятен. Недоразвитые дендритные структуры или маленькие обломки электрода должны пройти через перегретый шлак, чтобы достичь фронта кристаллизации, и у них достаточно времени, чтобы расплавиться. Это препятствует возникновению белых точек.
Поверхность слитка, покрытая тонкой шлаковой пленкой, не нуждается в обработке перед ковкой. Электроды для переплавки могут использоваться в исходном виде.
-- http://www.ald-vt.ru/cms/?id=61&L=2 --