4.7 Обробка результатів

Після закінчення плавок від всіх проб і зливків відбирається стружка на хімічний аналіз. Проби аналізуют на вміст C, S, Mn, Si. За наслідками аналізу необхідно побудувати кінетичні криві вигорання цих елементів і обговорити їх. За даними хімічного аналізу визначити чад елементів, що вводяться, і його причини. Для порівняння інтенсивності вигорання вуглецю при дачі залізняку і кисню побудувати графіки залежності швидкості вигорання вуглецю від часу для двох плавок і проаналізувати отримані дані.

4.7 Контрольні питання

1. Суть плавки металу у печі Тамана?

2. Принцип перетворення електричної енергії в теплову в печі Тамана?

3. Недоліки та переваги плавки металу в печі Тамана?

4. Діапазон робочих температур установки?

5. Як змінюється опір графіту зі зміненням температури?

6. Принцип дії кріптолових печей?

7. Яким током живляться печі Таммана?

8. Яка атмосфера утворюється при плавці у печі Таммана, чому?

Лабораторна робота №5 Електрошлаковий переплав сталі на установці типу а-550

5.1 Мета роботи

Вивчення особливостей процесу електрошлакового переплаву.

Вивчення конструкції і обладнання лабораторної установки електрошлакового переплаву А-550.

Практичне освоєння особливостей технології отримання зливків методом ЕШП.

Вивчення електричних параметрів установки А-550 і характеристик процесу.

5.2 Суть і особливості процесу електрошлакового переплаву

Виплавка стали в мартенівських і дугових печах, кисневих конвертерах, навіть з урахуванням вдосконалення технології, не завжди здатні забезпечити високих вимог до якості металу.

Одним з перспективних рішень цієї задачі є впровадження в металургійне виробництво принципово нових способів отримання сталей і сплавів, при яких зливки формуються з рафінованого металу в охолоджуваних виливницях – кристалізаторах.

Висока ефективність електрошлакового переплавку (ЕШП) пояснюється тим, що він дозволяє отримувати зливки з мінімальною хімічною і фізичною неоднорідністю, а також підвищувати загальну чистоту металу, знижуючи вміст шкідливих домішок. Суть ЕШП полягає в переплавці електродів, що витрачаються, метал яких виплавлено в звичайних сталеплавильних агрегатах, у водоохолоджуваний кристалізатор з одночасним рафінуванням крапель металу рідким шлаковим середовищем.

Метал з електроду в рідку кристалічну ванну переноситься краплями. На печах, ємкістю до 2 – 4 т спостерігається однокрапельний перенос металу; при збільшенні маси електродів можлива поява декількох центрів краплеутворення, розподілених рівномірно по всій поверхні кінця електроду.

Електрошлаковий переплав за своїм принципом є бездуговим процесом. Шлакова ванна при ЕШП з енергетичної точки зору є нагрівач, в якому відбувається перетворення електричної енергії в теплову. При протіканні електричного струму через розплавлений шлак, що є електролітом, та володіє певним активним електричним опором, в його об'ємі виділяється тепло, яке визначається по формулі, Дж:

, (5.1)

де I – сила струму в електроді, А; R_ш – опір шлакової ванни, Ом; τ – час протікання струму, с.

Як видно з виразу 5.1 кількість тепла, що виділяється, росте із збільшенням струму (у квадратній залежності) і опору шлакової ванни, а величина струму (А) росте із збільшенням напруги (U) і зменшенням опору шлакової ванни R_ш згідно закону Ома:

(5.2)

Тепло, що виділяється в шлаковій ванні при проходженні електричного струму, використовується для плавлення електроду і підтримки в розплавленому і перегрітому стані шлакової і металевої ванни, а також втрачається з водою (кристалізатор і піддон), що охолоджує, шляхом випромінювання з поверхні шлакової ванни і нагріву газів, що відходять в атмосферу. Витрата електроенергії на практиці коливається від 1000 до 2000 кВт∙ч на 1 т переплавленого металу.

У зв'язку з тим, що потужність, що виділяється у ванні, розподіляється за її об’ємом нерівномірно, нерівномірним є і розподіл температур. Найбільш нагрітою частиною ванни є піделектродна область, де знаходиться теплове ядро з температурами 1900 – 2100 °С. У решті зон ванни температура нижча, що визначається інтенсивним відведенням тепла від меж ванни.

Електрошлаковий переплав має наступні особливості:

- злиток формується не власне у кристалізаторі, а в шлаковому гарнісажі на його стінці, що веде до поліпшення поверхні зливка;

- верхня частина зливка контактує з великою тепловою ємкістю – шлаковою ванною, що сприяє додатковому обігріву верхньої частини, виведенню усадкової раковини і зниженню до мінімуму головної обрізі;

- відсутність контакту рідкого металу з футеруванням і повітрям дозволяє виключити вторинне окислення і забруднення металу під час переплавки;

- плівковий характер плавлення і краплинне перенесення сприяють інтенсивній взаємодії рідкого металу з середовищем, що рафінує, і очищенню металу від домішок і неметалевих включень;

- повільно протікаючі процеси плавлення металу і одночасно його твердіння у водоохолоджуваному кристалізаторі забезпечують отримання дрібнозернистої структури, спливання включень і відсутність дефектів усадкового і лікваційного характеру;

- широка регулювальна здатність по тепловому режиму дозволяє забезпечити незмінний по висоті зливка характер структури і оптимальні властивості металу.

Електрошлакові печі зазвичай живляться від джерел змінного струму промислової чистоти. Ванна рідкого шлаку є провідником і при протіканні через неї струму грає роль нагрівача. Тепло, що виділяється, підтримує високу температуру шлаку і оплавляє електрод, що витрачається. Розплавлений метал краплями стікає вниз, утворюючи в кристалізаторі ванну рідкого металу, яка постійно твердне і формує злиток. Для компенсації сплаву електроду його безперервно подають вниз.

При електрошлаковій переплавці не можна допускати появи дуги, оскільки при її горінні у шлаку відбувається погіршення якості металу за рахунок насичення газами – продуктами розкладання складових шлаку.

По конструктивних особливостях печі ЕШП ділять на печі з нерухомим зливком (піддоном) і печі з витягуванням зливка (рис. 5.1). У печах з нерухомим зливком переплавка електроду може вестися в глухій нерухомій кристалізатор або в кристалізатор, що переміщається. У першому випадку кристалізатор повинен вміщати весь злиток і шлакову ванну, із-за чого він має великі розміри. У другому випадку кристалізатор укорочений і переміщається вгору по мірі наплавлення зливка. Печі з витягуванням зливка мають короткий нерухомий кристалізатор і привід переміщення піддону із зливком вниз. За способом електроживлення електрошлакові печі розділяють на одно-, і трифазні. Однофазні печі виконують одно- і багатоелектродними. Їх особливістю є підключення однофазного трансформатора до паралельно включених електродів і піддону (рис. 5.2). Біфілярні печі живляться від однофазного трансформатора з виведеною або штучно створеною нульовою точкою і мають число електродів, кратне двом (рис. 5.3). Трифазні печі мають число електродів, кратне трьом і живляться від трифазних трансформаторів (рис. 5.4). Шести- і семиелектродні живляться від трьох однофазних трансформаторів з виведеними нульовими точками.

а

б

в

Рис. 5.1 – Схема процесу ЕШП.

а – із стаціонарним піддоном і кристалізатором; б – з рухомим піддоном і стаціонарним кристалізатором; в – з рухомим кристалізатором і стаціонарним піддоном.

а

б

Рис. 5.2 – Схема електроживлення однофазних печей ЕШП.

а – одинична установка; б – послідовне підключення 2-х печей.

Рис. 5.3 – Схема електроживлення біфілярної печі ЕШП.

б

а

Рис. 5.4 – Схеми електроживлення трифазних печей ЕШП.

а – з'єднання на «трикутник»; б – з'єднання на «зірку».