Исследование процессов специальной электрометаллургии

В зависимости от типа источника тепла методы специальной электрометаллургии можно разделить на следующие группы.

1. Электрошлаковый переплав и электрошлаковое литье. В этом процессе теплота выделяется при прохождении электрического тока через расплавленный флюс определенного состава, обладающий необходимыми рафинирующими свойствами по отношению к пропускаемому через него расплавленному металлу, который затем формируется в слиток или фасонную заготовку в кристаллезаторе.

2. Вакуумно-дуговой переплав (ВДП). Нагрев и плавление ведут электрической дугой с рафинированием металла в вакууме и специально подобранном флюсе.

3. Плазменно-дуговой переплав (ПДП) основан на переплаве металлов в вакууме плазмой, создаваемой дуговым плазмотроном и газом.

4. Электронно-лучевой переплав (ЭЛП). Для нагрева и плавления металлов используется кинетическая энергия сфокусированного потока электронов.

В качестве рафинирующей среды в агрегатах специальной электрометаллургии применяют расплавленный флюс (шлак), вакуум, инертную, окислительную или восстановительную газовые фазы. Переплав позволяет значительно повысить качество металла. Это достигается в результате отсутствия контакта его с футеровкой и воздухом; интенсивного взаимодействия с рафинирующей средой (шлаком, вакуумом, газовой фазой), облегчающего удаление неметаллических включений, примесей и интерметаллидов; создания условий для поддержания небольшого объема жидкого металла, что приводит к получению мелкозернистой структуры слитка, удалению неметаллических включений и отсутствию дефектов усадочного и ликвационного характера. Широкие возможности регулирования теплового режима обеспечивают необходимую форму металлической ванны и фронта кристаллизации, что позволяет получать однородную по высоте и сечению структуру слитка.

Применение ЭШП при производстве стали ШХ 15 увеличивает срок службы подшипников в 2-2,5 раза, ВДП – в 2,5, ЭШП +ВДП – в 3 и ПДП – в 3,3 раза. Переплав инструментальных сталей методами ЭШП и ЭШЛ повышает стойкость инструмента в 1,3 – 2 раза.

Основные исследования в области специальной электрометаллургии проводятся по следующим темам.

1. Совершенствование электрических и конструктивных схем установок для переплава.

2. Кинетика процессов рафинирования металла с учетом их протекания на торце оплавляемой заготовки, в каплях металла, проходящих рафинирующую фазу, в ванне металла, влияние состава флюса при ЭШП на процессы рафинирования и тепловой режим переплава.

3. Влияние технологических факторов на эффективность удаления неметаллических включений, примесей и дегазации металла в вакууме, особенно при ПДП.

4. Возможность ввода в металл специальных добавок с учетом их равномерного распределения в получаемом слитке.

5. Воздействие многократного или комбинированного переплава на качество получаемого металла.

6. Влияние поверхностных явлений в системах шлак – металл, шлак – неметаллические включения на эффективность рафинирования при ЭШП и ЭШЛ.

7. Термодинамика и механизм удаления серы при переплаве с использованием флюсов различного состава.

8. Поведение азота при ЭШП различных сталей, сплавов и металлов в зависимости от технологических факторов.

9. Технико-экономическая эффективность переплава конвертерной и мартеновской стали.

10. Процессы тепло- и массопереноса в системе электрод – шлак – слиток и влияние технологических параметров переплава на механизм процесса кристаллизации слитка.

11. Влияние технологических параметров на химический состав, физические и механические свойства металлов.

12. Возможность применения технологии переплавных процессов при получении специальных сплавов.

Высокая эффективность повышения качества металла и сплавов методами специальной электрометаллургии открывает широкие возможности дальнейшего совершенствования технологии и оборудования в области черной, цветной металлургии и других отраслях промышленности. При исследовании процессов специальной электрометаллургии используются в основном методы, описанные ранее. Следует отметить, что процессы специальной электрометаллургии имеют ограниченное применение из-за их высокой стоимости.