Назад: 1.5. Нагрев сопротивлением жидких сред
1.6.
Электрошлаковые процессы
Электрошлаковые процессы делятся на
электрошлаковый переплав (ЭШП) и электрошлаковую сварку (ЭШС) и основаны на использовании явления разогрева расплава
соединений шлака до 2000-2300 К проходящим по нему током. Эти процессы
разработаны в Институте электросварки им. Е.О. Патона.
Сущность ЭШП состоит в следующем
(рис.1.12).
Рис.1.12. Схема установки ЭШП
Расходуемый электрод из переплавляемого металла
1 погружается в слой электропроводящего шлака 2, находящегося в водоохлаждаемом
кристаллизаторе 3, закрытом водоохлаждаемым поддоном 4.
Электрический ток протекает между
электродом 1 и поддоном 4 через шлак 2, который имеет высокое электрическое сопротивление
и интенсивно разогревается согласно закону Джоуля-Ленца. Находящийся в расплаве
шлака 2 торец электрода 1 расплавляется и капли металла, стекающие с электрода,
проходят через жидкий шлак 2, где дополнительно разогреваются, очищаются от
нежелательных примесей и собираются на дне кристаллизатора 3. Скопившийся
металл застывает в виде слитка 5 в результате отвода теплоты в поддон 4 и
стенки кристаллизатора 3. В верхней части слитка находится ванна расплавленного
металла 6.По мере оплавления электрод 1подается вниз. Между стенкой
кристаллизатора и слитком образуется слой гарнисажа 7.
Основными факторами, определяющими
улучшение качества металла при обработке в установках ЭШП, являются: химическое
взаимодействие металла со шлаком; направленная кристаллизация слитка;
формирование слитка металла в шлаковом гарнисаже с образованием гладкой
поверхности.
Основное назначение ЭШП – производство
слитков из высококачественных сталей: валковых, шарикоподшипниковых,
нержавеющих, жаропрочных.
В зависимости от массы и формы
выплавляемого слитка (круглая, прямоугольная, квадратная, трубчатая, фасонная и
др.) печи для производства таких слитков имеют различные параметры и
конструктивные решения. По количеству одновременно переплавляемых в один
кристаллизатор электродов различают одно-, двух-, трех- и многоэлектродные
печи. Количество и форма переплавляемых электродов определяются условиями
производства и электрической схемой ЭШП. Наиболее широкое применение имеют
одноэлектродные однофазные печи.
Существующие ЭШП имеют две модификации. По
одной из них переплав осуществляется в неподвижном глухом кристаллизаторе. По
другой схеме кристаллизатор перемещается в процессе переплава относительно
переплавляемого слитка или слиток перемещается относительно неподвижного
кристаллизатора (вытягивается). Для осуществления технологических операций ЭШП
могут снабжаться четырьмя приводами перемещения: электрода; кристаллизатора;
поддона и тележки поддона для выгрузки слитка.
В процессе переплава в печи ЭШП можно
выделить основной и вспомогательный периоды. В течение основного периода плавки
производится наплавление слитка, включающий в себя переплав металла и вывод
усадочной раковины. Для вывода раковины в конце плавки вводимую в ванну
мощность постепенно снижают. Длительность периода переплава зависит от
химического состава переплавляемого металла и шлака, а также от размера слитка.
В течение вспомогательного периода
производят подготовку печи к плавке и наведение жидкого шлака в
кристаллизаторе. При этом производят следующие операции: охлаждение слитка в
кристаллизаторе после предыдущей плавки; выгрузку слитка и застывшего шлака из
печи, снятие огарков электрода и установка новых электродов в электродержатель,
чистку кристаллизатора и поддона, окончательную сборку и подготовку печи к следующему
циклу.
После окончания подготовительного периода
приступают к наведению шлаковой ванны в кристаллизаторе. На установках ЭШП
применяют твердый и жидкий старты процесса. При твердом старте шлак расплавляют
непосредственно в кристаллизаторе печи с помощью расходуемого электрода и
запальных смесей. При жидком старте предварительно расплавляют шлак в
специальных печах, после чего его заливают в кристаллизатор.
Электрошлаковая
сварка. Она широко применяется в
промышленности при соединении металлоконструкций большой толщины (от
Рис. 1.13. Схема ЭШС
Электрод 4 и части свариваемого металла 2
включаются в электрическую цепь через шлак 1, нагреваемый проходящим током выше
температуры плавления свариваемого электродного металла. В результате электродный
и свариваемый металл стыкуемых кромок расплавляются и стекают на дно сварочной
ванны 5, заполняя сварочный шов. Боковые стороны шва закрываются
водоохлаждаемыми башмаками (ползунами) 3, которые перемещаются снизу вверх в
процессе сварки. ЭШС осуществляется автоматами и полуавтоматами, подающими
электронную проволоку, дозирующими флюс, перемещающие формирующие башмаки со
скоростью сварки. Они имеют соответствующую аппаратуру управления. Для ЭШС
применяют специальные источники электрической энергии, которые имеют вторичное
напряжение 8-63 В с различной крутизной внешней характеристики от крутопадающей
до жесткой
Далее: 1.7. Физические основы электрической контактной сварки