Электронно – лучевой переплав

Сущность электронно-лучевой плавки заключается в переплаве металлических заготовок в электронно-лучевой печи в результате их нагрева и плавления энергией электронного луча, капельном переносе электродного металла и последовательном затвердевании металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе. В отличие от ВДП и ЭШП жесткая связь источника нагрева с переплавляемой заготовкой отсутствует. Переплавляемая заготовка не участвует в электрической цепи источника нагрева и, следовательно, не является расходуемым электродом. Отсутствие связи источника нагрева с переплавляемым электродом обеспечивает широчайшие возможности для управления скоростью переплава и в конечном итоге - кристаллизацией слитка. Это позволяет управлять временем пребывания металла в жидком состоянии и соответственно продолжительностью обработки его вакуумом, заметно перегревать металл выше температуры плавления. Кроме того, ЭЛП осуществляют в глубоком вакууме, что увеличивает возможности рафинирования металла по сравнению с ВДП.

Возможность плавить металл электронным лучом установлена в 1879 г. У. Круксом, а первые небольшие слитки чистого тантала и других металлов получены М. Пирани, который в 1907 г. получил патент на этот способ. Развитие и внедрение в промышленность способа ЭЛП тормозилось отсутствием мощных вакуумных насосов электронно-лучевых пушек. Промышленное внедрение ЭЛП можно отнести к 1958-1963 гг. Наибольшее распространение метод ЭЛП получил в США, ФРГ, Японии, ГДР и СССР. Максимальная масса слитка, полученного методом ЭЛП, составляет 18 т.

Электронно-лучевая плавка обладает рядом преимуществ, а именно:

1) регулирование в широких пределах скорости наплавления, определяющей благоприятную для последующей обработки макроструктуру слитка;

2) возможность высокого перегрева металлов, позволяющего в сочетании с глубоким вакуумом удалить вредные примеси (например, цветные металлы);

3) глубокая дегазация металла в вакууме;

4) отсутствие контакта жидкого металла с загрязняющей его футеровкой;

5) переплав практически любой шихты и возобновление процесса плавки после случайного перерыва без ухудшения качества слитка. При получении слитков большой массы (нескольких десятков т) важное достоинство процесса – возможность переплава сравнительно небольших заготовок, попеременно подаваемых в зону плавления. Жидкий металл поступает в кристаллизатор либо непосредственное переплавляемой заготовки, либо из промежуточной ёмкости, где он дополнительно рафинируется. В результате Электроннолучевая плавка в 2–4 раза снижается содержание газовых примесей и неметаллических включений, повышаются плотность металла, изотропность его свойств.

Недостатки ЭЛП:

1) низкая производительность и, как следствие, низкий к.п.д. Если сравнивать ВДП и ЭЛП при одинаковой мощности (150 - 200 кВт), то скорость плавления на ВДП-10 кг/мин, а на ЭЛП - 0,4 - 0,5 кг/мин. При этом полный к.п.д. электронной плавки составляет около 10%.

2) сложность и высокая стоимость оборудования;

3) высокие капитальные затраты;

4) невозможность переплава сталей и сплавов, легированных
азотом, марганцем большие и часто неуправляемые потери легирующих элементов с высокой упругостью пара, таких как, например, хром. Поскольку хром входит в подавляющее большинство легированных сталей и сплавов, это обстоятельство существенно ограничивает область применения ЭЛП;

5) высокая себестоимость металла, полученного этронно-лучевой плавки.