Технология ЭШП в современной металлургии

Принцип электрошлакового переплава

В основе процесса лежит переплав металлического электрода в среде расплавленного шлака. Установка располагается вертикально, режим работы поддерживается электрическим током.

Формирование шлаковой ванны в рабочей форме

На первом этапе в кристаллизатор загружается стартовый шлак и подается электрический ток. Под действием температуры он полностью расплавляется, образуя устойчивую жидкую ванну.

Шлаковая ванна выполняет несколько функций:

• создание среды с высокой температурой для плавления металла;

• обеспечение электрического сопротивления для выделения тепла;

• формирование химически активной зоны очистки расплава;

• защита металла от контакта с атмосферой.

Состав шлака подбирается заранее. Он определяет интенсивность очистки и тепловой режим. Ошибка в подборе приводит к нестабильной кристаллизации и снижению качества слитка.

Плавление расходуемого электрода

После стабилизации шлаковой ванны в нее погружается металлический электрод, который служит исходным материалом. Процесс плавления происходит следующим образом:

• нижняя часть электрода нагревается за счет сопротивления шлака;

• металл достигает температуры плавления;

• формируется жидкая пленка на торце электрода;

• происходит отрыв расплава.

Скорость плавления регулируется электрическим током и глубиной погружения электрода. От этого зависит стабильность каплеобразования и равномерность подачи металла в зону очистки.

Образование капель расплава металла

После плавления металл не переходит в сплошной поток. Он формируется в виде отдельных капель различного размера. На характер каплеобразования влияют:

• вязкость расплава;

• температура шлака;

• состав электрода;

• параметры электрического поля.

Капельный режим важен для процесса очистки. Он увеличивает площадь контакта металла со шлаком, что усиливает удаление примесей и газов.

Прохождение капель через шлаковую среду

Этот этап обеспечивает основную очистку металла. Каждая капля проходит через слой расплавленного шлака, где происходит интенсивное взаимодействие.

Физико-химические процессы включают:

• растворение газов, содержащихся в металле;

• связывание серы и фосфора в устойчивые соединения;

• задержку неметаллических включений на границе фаз;

• выравнивание химического состава расплава.

Чем дольше капля находится в шлаковой среде, тем глубже степень очистки. При этом важно сохранять баланс: чрезмерное время взаимодействия приводит к потерям.

Осаждение очищенного металла в нижней части кристаллизатора

После прохождения шлаковой ванны очищенные капли опускаются вниз, где формируется жидкая металлическая ванна. Здесь начинается процесс кристаллизации. Особенности этапа:

• затвердевание начинается от охлаждаемого основания;

• формируется направленный рост кристаллов;

• исключается хаотичное образование структуры;

• происходит постепенное наращивание слитка.

Металл затвердевает слоями, что обеспечивает плотную структуру без пустот и внутренних дефектов. Постоянное охлаждение стабилизирует геометрию слитка, что снижает внутренние напряжения.

Шлаковая среда выполняет функцию активного фильтра. Она задерживает неметаллические включения, снижает содержание растворенных газов, стабилизирует химический состав расплава.

Роль шлака в формировании качества металла

Шлак вступает в физико-химическое взаимодействие с расплавом, влияя на состав металла. В результате уменьшается вероятность образования хрупких зон, внутренних дефектов, микротрещин. Металл приобретает повышенную устойчивость к нагрузкам переменного характера.

Важна особенность технологии – направленное затвердевание металла снизу вверх. Кристаллизация происходит в контролируемых условиях охлаждения. Такой режим обеспечивает:

• формирование равномерной кристаллической структуры;

• снижение внутренних напряжений;

• уменьшение пористости;

• высокую плотность слитка;

• стабильность геометрии заготовки.

Контролируемый рост кристаллов снижает вероятность структурных неоднородностей, что критично для ответственных деталей.

Для приобретения слитков ЭШП воспользуйтесь каталогом «Завода кольцевых заготовок». У каждого товара на сайте есть подробное описание, что упрощает выбор. При этом мы всегда готовы помочь, позвоните нам по номеру: +7 (3812) 33-01-03.