Лекции ТКМ (1) (816151), страница 4
Текст из файла (страница 4)
снижение в расплавленном металле содержания неметаллических включений (незначительно).
Недостатки:
- образование концентрированной усадочной раковины из-за неравномерного распределения температур в слитке (отсутствие интенсивного перемешивания расплавленного металла, способствующего выравниванию температуры);
- наличие окисных пленов, вследствие разбрызгивания расплавленного металла;
- незначительное снижение содержания неметаллических включений;
- практически не снижается содержание S и P.
|
| 1 - Разливочный ковш 2 - Вакуумная камера 3 - Изложница с прибыльной надставкой 4 - Лист легкоплавкого металла Вн – вакуумный насос Глубина вакуума в камере 10-2 – 10-3 атм. |
| Рисунок 2.12 - Вакуумирование стали при разливке | |
2. Обработка металла в вакууме инертными газами
Расплавленный металл из сталеразливочного ковша выпускается в изложницу 1 (рисунок 2.13) при снятой крышке 3. Затем крышка устанавливается на вакуумную камеру 2 и в камере, с помощью вакуумного насоса Вн, создается разряжение (10-2 – 10-3 атм). Через воздуховод 4 в изложницу 1, находящуюся в вакуумной камере 2, подается Ar (инертный газ). Ar перемешивает расплавленный металл, выравнивая температуру по его объему, что снижает вероятность появления концентрированной усадочной раковины. Перемешивание металла способствует более активному выделению газов, которые захватывают часть неметаллические включения и выносят их к поверхности.
Преимущества:
- снижение в расплавленном металле концентрации газов (дегазация расплавленного металла);
-снижение в расплавленном металле содержания неметаллических включений (незначительно;
- отсутствие концентрированной усадочной раковины;
- отсутствие окисных пленов.
Недостатки:
- незначительное снижение содержания неметаллических включений;
- практически не снижается содержание S и P.
|
| 1 - Изложница 2 - Вакуумная камера 3 - Крышка вакуумной камеры 4 - Воздуховод Вн – вакуумный насос Глубина вакуума в камере 10-2 – 10-3 атм. |
| Рисунок 2.13 - Обработка металла в вакууме инертными газами | |
3. Циркуляционный метод обработки расплавленного металла инертными газами в вакууме
В жидкий металл, находящийся в ковше 1 (рисунок 2.14), опускается вакуумная камера 2 и по воздуховоду 3 подается аргон. Он создает разрежение в левом трубопроводе 4. Создаваемое разряжение вместе с вакуумом способствует засасыванию порции расплавленного металла в вакуумную камеру 2. Металл дегазирует в вакуумной камере 2 и под действием силы тяжести сливается обратно в ковш. В результате циркуляции металла через вакуумную камеру 2 происходит его дегазация и очищение от неметаллических включений. Перемешивание расплавленного металла способствует выравниванию температуры, что предотвращает появление концентр. усадочной раковины.
Преимущества:
- снижение в расплавленном металле концентрации газов (дегазация расплавленного металла);
-снижение в расплавленном металле содержания неметаллических включений (незначительно).
- отсутствие концентрированной усадочной раковины;
- отсутствие окисных пленов.
Недостатки:
- незначительное снижение содержания неметаллических включений;
- практически не снижается содержание S и P.
|
| 1 - Крупногабаритный сталеразливочный ковш, ѐмкостью 250-480 т. 2 - Вакуумная камера 3 - Воздухопровод 4 – Трубопровод Вн – вакуумный насос Глубина вакуума в камере 10-2 – 10-3 атм. |
| Рисунок 2.14 - Циркуляционный метод обработки расплавленного металла инертными газами в вакууме | |
4. Обработка расплавленного металла синтетическим шлаком
Шлак выплавляют в специальных электропечах.
Состав шлака: 55 % - СаО, 40 % - Al2O3, остальное – SiO2 и MgO.
Расплавленный шлак помещается на дно разливочного ковша. После этого в ковш из сталеплавильного агрегата с небольшой высоты разливается расплавленный металл. Незначительная высота разливки стали снижает разбрызгивание расплавленного металла и позволяет исключить образование пленов. Металл и шлак перемешиваются. Перемешивание стали способствует выравниванию Т по объему металла, что снижает вероятность образования концентрированной усадочной раковины. Кроме того, перемешивание способствует частичной дегазации металла. Содержание в шлаке СаО позволяет существенно снизить концентрацию S и P.
Преимущества: отсутствие концентраций усадочной раковины; отсутствие окисных пленов; снижение содержания S и P.
Недостатки: незначительное снижение концентрации газов и неметаллических включений.
II. Повышение качества металла в результате его переплава
Переплав – повторная плавка ранее выплавленного и затвердевшего металла. Переплаву подвергают слитки, выплавленные в сталеплавильных агрегатах и прокатанные на прутки круглого, квадратного и прямоугольного сечений массой до 110 т.
К переплавным способам рафинирования относятся: вакуумно-дуговой, электрошлаковый, электронно-лучевой и плазменный (плазменно-дуговой) переплавы.
1. Вакуумно-дуговой переплав - ВДП
При вакуумно-дуговом переплаве (рисунок 2.15) внутреннее пространство вакуумной камеры 2 предварительно вакуумируют. При подаче постоянного напряжения от источника питания 9 между электродом 3 (катодом) и затравкой 7 (анодом) зажигается электрическая дуга. Под действием теплоты дуги (Тдуги = 6000-7000 С ) происходит расплавление слитка улучшаемой стали 3, закрепленного на водоохлаждаемом штоке 1. Капли жидкого металла, проходя зону дугового разряда (дуги) 8, дегазируются, заполняют
кристаллизатор 6 и образуют ванну расплавленного металла 4. В результате охлаждения и последующей кристаллизации расплавленного металла образуется слиток улучшенной стали 5. Для ускорения процесса охлаждения в кристаллизатор подается охлаждающая жидкость (вода).
Преимущества:
- снижение содержания газов в результате дегазации
- снижение содержания неметаллических включений (выгорают в столбе электрической дуги)
Недостатки:
- незначительное снижение серы и фосфора;
- изменение химсостава металла, а следовательно и механических свойств стали, вследствие выгорание легкоплавких легирующих элементов.
Вакуумно-дуговой переплав применяется для получения сталей и сплавов обычного качества с повышенными механическими свойствами.
|
|
|
| 1 – водоохлаждаемый шток; 2 – вакуумная камера; 3 –слиток улучшаемой стали (электрод); 4 –ванна расплавленного металла улучшенной стали; 5 –слиток улучшенной стали; 6 – водоохлаждаемый медный кристаллизатор (изложница); 7 – затравка; 8 – электрическая дуга; 9 - источник питания постоянного тока; 10- каналы для охлаждающей жидкости (воды) Вн – вакуумный насос Глубина вакуума в камере 10-2 – 10-3 атм. | 1 – слиток улучшаемой стали (электрод); 2 – шлаковая ванна; 3 – капля расплавленного металла улучшаемой стали; 4 –ванна расплавленного металла улучшенной стали; 5 –слиток улучшенной стали; 6 – водоохлаждаемый медный кристаллизатор (изложница); 7 – шлаковая корка (гарнисаж); 8 – поддон; 9 – затравка; 10- источник питания переменного тока (трансформатор); 11- каналы для охлаждающей жидкости (воды) |
| Рисунок 2.15 - Вакуумно-дуговой переплав | Рисунок 2.16 - Электрошлаковый переплав |
2. Электрошлаковый переплав – ЭШП
Процесс протекает следующим образом (рисунок 2.16): на дно водоохлаждаемого медного кристаллизатора 6 укладывается затравка 9. Между слитком улучшаемой стали (электродом) 1 и затравкой зажигается электрическая дуга. Для зажигания и поддержания дуги служит источник питания переменного тока 10. После зажигания дуги в кристаллизатор засыпают флюс, который расплавляется под действием теплоты дуги и образует шлаковую ванну 2 (расплавленный флюс). Дуга шунтируется шлаковой ванной и гаснет. Температура шлаковой ванны, обладающей высоким сопротивлением, поддерживается в результате прохождения через нее электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Дальнейшее расплавление слитка улучшаемой стали происходит под действием теплоты шлаковой ванны (Т шлаковой ванны = 1700-1900 С). Капли расплавленного металла 3, проходя через шлаковую ванну, вступают в химическую реакцию с элементами ванны, что приводит к существованию снижения в них содержания серы и фосфора. Снижается также и содержание неметаллических включений.
Капли жидкого металла 3, скапливаясь в кристаллизаторе под слоем шлаковой ванны, образуют ванну расплавленного металла улучшенной стали 4, которая охлаждается, кристаллизуется и образует слиток улучшенной стали 5. Для ускорения процесса охлаждения в кристаллизатор подается охлаждающая жидкость (вода). Полученный слиток отличается хорошим качеством поверхности благодаря наличию шлаковой корки (гарнисажа) 7 и имеет высокие механические и эксплуатационные свойства.
Преимущества:
- существенное снижение содержания серы и фосфора;
- снижение содержания неметаллических включений.
Недостатки:
- незначительное снижение содержание газов.
Электрошлаковый переплав применяют для выплавки высококачественных и особовысококачественных сталей и сплавов.
3. Электроннолучевой переплав – ЭЛП
Получение электронов и их разгон осуществляется электронной пушкой 1 (рисуок 2.17). Для обеспечения высокой скорости перемещения электронов процесс ведется в вакуумной камере 2 с большой глубиной вакуума. Концентрация электронов в пучок (электронный луч 8) осуществляется фокусирующей электромагнитной линзой 3. Источником теплоты в этом случае является тепловая энергия, выделяющаяся при соударении электронов, летящих с высокой скоростью, с поверхностью слитка улучшаемой стали 4 (переход кинетической энергии в тепловую). Температура достигает Т = 5000 - 6000 С. Металл плавится и образует в кристаллизаторе 7 ванну расплавленного металла 5. Вакуум способствует дегазации расплавленного металла содержание газов в металле снижается в сотни раз). Выделяющиеся в вакуум газы захватывают с собой часть неметаллических включений. При охлаждении и последующей кристаллизации расплавленного металла формируется слиток улучшенной стали 7. Для ускорения процесса охлаждения в кристаллизатор подается охлаждающая жидкость (вода).
Преимущества:
- снижение содержания газов;
- снижение содержания неметаллических включений;
- снижение содержания серы и фосфора вследствие их выгорания при высоких температурах.
Недостатки:
- дороговизна способа;
- изменение химсостава металла, а следовательно и механических свойств стали, вследствие выгорание легкоплавких легирующих элементов.
Электроннолучевой переплав применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки сталей и сплавов специального назначения.
|
|
|
| 1 – электронная пушка; 2 – вакуумная камера; 3 – фокусирующая электромагнитный линза; 4 –слиток улучшаемой стали; 5 –ванна расплавленного металла; 6 –слиток улучшенной стали; 7 – водоохлаждаемый медный кристаллизатор (изложница); 8- электронный луч; 9- каналы для охлаждающей жидкости (воды) Вн – вакуумный насос. Глубина вакуума в камере 10-4 – 10-6 атм. | 1 – плазмотрон; 2 – вакуумная камера; 3 –плазма; 4 –слиток улучшаемой стали; 5 –ванна расплавленного металла; 6 –слиток улучшенной стали; 7 – водоохлаждаемый медный кристаллизатор (изложница); 8- каналы для охлаждающей жидкости (воды) Вн – вакуумный насос. Глубина вакуума в камере 10-1 – 10-2 атм. |
| Рисунок 2.17 – Электроннолучевой переплав | Рисунок 2.18 - Плазменный (плазменно-дуговой) переплав |
4. Плазменный (плазменно-дуговой) переплав - ПП (ПДП)
Источником теплоты является плазма 3 (рисунок 2.18) (Тплазмы = 30000 С). Плазма образуется в плазматроне 1 (плазменном генераторе) в результате обжатия электрической дуги плазмообразующим газом (Ar - аргон; Не - гелий). Плазма расплавляет слиток улучшаемой стали 4. В результате расплавления образуется ванна расплавленного металла 5. Для обеспечения дегазации расплавленного металла процесс ведется в вакууме (вакуумной камере 2). Выделяющиеся в вакуум газы захватывают с собой часть неметаллических включений. При охлаждении и последующей кристаллизации формируется слиток улучшенной стали 6. Для ускорения процесса охлаждения в кристаллизатор подается охлаждающая жидкость (вода).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
