Рассмотрим некоторые другие особенности рассматриваемых технологий.

При ЭШПл в качестве шихты обыч­но используют металлизованное сырье, вносящее с собой большое количество шлакообразующих. При ЭШПл при­ходится считаться и с этим, и с опас­ностью вспенивания шлака и наруше­ния стабильности собственно электро­шлакового процесса. Использование при ЭШПл, как правило, графитовых электродов обусловливает необходи­мость учета восстановительных процес­сов с участием углерода. Это наклады­вает известные ограничения на выбор шлаковой системы, но с учетом перио­дичности процесса позволяет вместе с тем использовать и реакции восста­новления определенных компонентов шлака. Все остальные виды техноло­гий, сведенные в рассматриваемую вто­рую группу, предусматривают, в отли­чие от ЭШПл, не наведение металли­ческой ванны, а получение жидкого металла, подлежащего данной электро­шлаковой обработке, в отдельном аг­регате, точнее, вне электрошлакового устройства. Так, при электрошлаковой разливке, разовой или порционной отливке в кристаллизатор, где наводит­ся шлаковая ванна, заливают жидкий металл, расплавленный в плавильном агрегате (рис. 3.6, б). То же относится и к ЭШОб, и другим перечисленным выше технологиям.

Вариант ЭШПл твердой шихты на­шел применение и в цветной металлур­гии. Здесь вместо металлизованных окатышей используют обрезь, куски, стружку соответствующих сплавов. В отличие от других технологий плавку ведут в тигле, футерованном углеродсодержащими материалами, напри­мер угольными или графитовыми блоками. Известно применение и само­спекающейся футеровки. В такого рода технологиях должно обязательно учитываться активное взаимодействие обоих расплавов — и шлака, и метал­ла с материалом футеровки. В шлаках, содержащих в своей шихте магнезит или известь, естественно, образуются соответствующие карбиды. Углерод в меди и в большинстве медных спла­вов не растворяется. Тем более вы­сока эффективность раскисления этих сплавов углеродом футеровки. Реак­ции расплавов с углеродом развивают­ся и на конце нерасходуемого графи­тового электрода, и по всей внутренней поверхности тигля. Напомним, что в углеродистой футеровке, как правило, автогарнисажную плавку не ведут.

В процессе ЭШПл накапливают жидкий металл, получаемый из твер­дой шихты, а затем сливают его в из­ложницу или соответствующую форму. ЭШРаф, осуществляемое обычно на желобе плавильного агрегата (это от­носится чаще всего к чугуну, т. е. ваг­ранке или индукционной печи), также не связано непосредственно с затвер­деванием (кристаллизацией) обрабо­танного металла. Другое дело те виды технологии, при которых электрошла­ковый процесс реализуется непосред­ственно в кристаллизаторе или излож­нице (ЭШОб и др.). Здесь полученный извне жидкий металл должен затвер­девать в виде готового слитка или отливки. Вполне естественно, что в этом случае, как и при классическом ЭШП или ЭШС, в каждый момент времени должно затвердевать вполне определенное количество жидкого ме­талла. Это обстоятельство налагает известные ограничения на тепловой режим работы электрошлакового уст­ройства. При ЭШПл стали на металлизованных окатышах таких ограниче­ний нет, процесс можно вести при более высоких температурах, лишь бы не в ущерб степени рафинирования жидкого металла. Не следует забывать, что электрошлаковый процесс относится к пирометаллургии. Для удаления серы, кислорода желательно стремиться к наиболее высоким температурам. Что же касается дефосфорации, т. е. низкотемпературных реакций, то электрошлаковый процесс лишь в минимальной степени пригоден для их осуществления.

К третьей группе ЭШТ можно отнести различные способы получения и накопления электрошлакового металла в футерованном тигле с последующей разливкой этого металла вместе со шлаком, использованным для его получения и накопления. На примере этой группы технологий, т. е. технологий, основанных на электрошлаковой тигельной плавке, можно показать диалектику развития современной металлургической науки и техники.

В те годы, когда ЭШТ только создавались, главным его достоинством считали неразрывность процессов плавления и кристаллизации металла, в полном отсутствии взаимодействия жидкого металла с футеровкой. Считалось, что металл, укрытый от воздуха жидким шлаком, не соприкасающийся с огнеупорами, не будет иметь экзогенных включений и не будет подвергаться вторичному окислению. Шли годы, развивалось и совершенствовалось сталеплавильное производство. Металлурги научились плавить металл очень быстро, улучшили качество футеровки, исключили опасность вторичного окисления. Раньше металл находился в мартеновской печи несколько часов, порой более десятка часов, а теперь — считанные минуты, вторичное окисление металла считали неизбежным спутником производства стали. С развитием внепечной технологии, вакуумной обработки научились транспортировать и разливать жидкий металл в условиях, исключающих его контакт с цеховой атмосферой. Все это позволило по-новому подойти и к ЭШТ: при защите жидкого электрошла­кового металла от окружающей атмо­сферы можно разъединить, расчленить процессы плавки (и накоп­ления) жидкого металла и его разлив­ки, так как при всех своих достоинствах переплавные процессы в их канониче­ском виде, в том числе и ЭШП, имеют серьезный недостаток — низкую произ­водительность. Поскольку плавка и затвердевание металла происходят в одном и том же месте (в кристалли­заторе), появляется жесткая связь между скоростью наплавления слитка и его затвердеванием. Если же разор­вать эту связь, можно накапливать достаточно быстро электрошлаковый металл, а затем разливать его в отно­сительно мелкие, т. е. малого сечения кристаллизаторы или формы.

Сам по себе электрошлаковый про­цесс подсказал нужное решение: шлак, применяемый для расплавления и на­копления металла, можно и нужно использовать для защиты струи элект­рошлакового металла при его разлив­ке. Для этого нужно научиться зали­вать в изложницу или форму металл вместе со шлаком. Струя металла, на­ходящаяся как бы в оболочке жидкого шлака, таким образом, будет защище­на и от футеровки различного припаса, и от окружающей атмосферы. И теория, и практика показали, что шлак может превосходно защитить струю металла и от футеровки, и от воздуха. Нужны лишь соответствующие технологиче­ские приемы. И они были найдены. Так появилось электрошлаковое кокильное литье (ЭКЛ), а затем и центробежное электрошлаковое литье (ЦЭШЛ). В первом случае жидкий электрошла­ковый металл вместе со шлаком, использованным для его получения, заливается в неподвижную металличе­скую форму, а во втором — во вра­щающийся с заданной скоростью кокиль машины центробежного литья. Ось вращения этого кокиля может за­нимать различное пространственное положение: вертикальное, горизонталь­ное, наклонное.

На рис. 3.7 показаны типичные представители кокильных и центробежных отливок из электро­шлакового металла. Их отличают хо­рошая поверхность, высокое металлур­гическое качество.

а	б
Рис. 3.7. Кокильные (а) и центробежные (б) электрошлаковые отливки

Не оправдались опасения скептиков относительно совместной заливки в форму металла вместе со шлаком. Дело в том, что обычная литейная технология не терпит присутствия шла­ка при заполнении формы из-за угро­зы поражения отливки включениями шлака. В нашем случае при попада­нии жидкого шлака в металлический кокиль (форму) на его внутренней поверхности образуется тонкий шлако­вый гарнисаж. Разделение двух рас­плавов происходит быстро и надежно, избыточный шлак всплывает на поверхность металла и играет роль теп­ловой надставки до полного заверше­ния процесса затвердевания отливки. И здесь имеет место эмульгирование двух расплавов, обусловливающее протекание процессов дополнительного рафинирования металла. В случае центробежного литья разделению двух расплавов, своего рода дополнитель­ному рафинированию (промыванию) металла шлаком, способствует то об­стоятельство, что затвердевание про­исходит в поле действия центробежных сил. Центростремительные силы, есте­ственно, способствуют стремлению менее плотного шлака переме­ститься в осевую зону вращающейся отливки.

Рассмотрим каким должен быть тигель для ЭШПл. ЭШП родился как про­цесс, в котором огнеупорная футеровка была полностью исключена. Есте­ственно было опереться на весь огром­ный современный промышленный опыт индукционной плавки сталей и спла­вов, а опыт этот однозначно свидетель­ствует: при соответствующем качестве футеровки удается получать металл наивысшего металлургического каче­ства, в том числе суперсплавы для авиакосмической техники. Теперь из­вестны набивные футеровки, позво­ляющие реализовать даже идею мик­ролегирования и модифицирования выплавляемого металла такими, на­пример, элементами, как кальций, магний, цирконий. Естественно, одно дело индукционная плавка (открытая или вакуумная), когда с футеровкой взаимодействует только металл, и сов­сем другое дело ЭШПл, когда с этой футеровкой соседствует и реагирует шлак, имеющий температуру, измеря­емую тысячами градусов. Как и следо­вало ожидать, фторидные шлаки, активно растворяющие в себе оксид кальция, магния, хрома, циркония, практически не пригодны для тигель­ной ЭШПл. Здесь вполне оправдали себя высокоосновные бесфтористые или низкофтористые шлаки.

Рассмотрим металлургические особенности этой группы технологии. Они могут быть реализованы с исполь­зованием как расходуемых, так и не­расходуемых электродов. Следователь­но, в зависимости от принятой схемы процесса на первый план выдвигаются те специфические металлургические особенности электрошлакового процес­са, которые уже отмечались при рас­смотрении первой и второй групп тех­нологий.

В последние годы стали известны еще две разновидности ЭШТ. Одна из них называется электрошлаковой поверхно­стной размерной обработкой (рис. 3.8). Имеется в виду, что при вращении токоведущей заготовки по­верхностный слой ее оплавляется, а вместе с ним удаляются и дефекты поверхности, присущие, например, слиткам, вакуумно-дугового или элект­ронно-лучевого переплава. Гофры, по­верхностные трещины уступают место гладкой поверхности. Едва ли эта тех­нология может рассчитывать на широ­кое применение, хотя при оплавлении поверхностного слоя происходит рафи­нирование не только удаляемого металла, но в известной мере трансфор­мируются неметаллические включения и в подповерхностном слое. Вторая разновидность ЭШТ преду­сматривает использование электро­шлаковой ванны для термической об­работки.

Рис. 3.8. Схема электрошлаковой поверхностной размерной обработки:   1 — металлоконструкции для удержания обрабатываемой заготовки; 2 — трансформатор; 3 — привод вра­щения заготовки; 4 — кристаллизатор; 5 — поддон; 6 — закристаллизовавшийся металл; 7 — жидкометаллическая ванна; 8 — шлаковая ванна; 9 — цилиндрическая заготовка.

Металлургические особенно­сти этой технологии мало изучены и не представляют особого интереса, так как в данном случае шлаковая ванна служит лишь местом нагрева до заданной температуры де­талей, подлежащих требуемой термо­обработке.

Дата добавления: 2015-08-20