Особенности плавления и кристаллизации металла при ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода

• Автор: Пятыгин, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Электрошлаковые установки, работающие на постоянном токе

1.2. Влияние рода тока на технологические параметры ЭШП

1.2.1. Электрохимия процесса

1.2.2. Распределение тока и КПД установки

1.2.3. Параметры металлической ванны

1.2.4. Рафинирование металла

1.2.5. Массо и теплоперенос

1.3. Управление структурой электрошлакового слитка за счет внешнего воздействия на шлаковую и металлическую ванну
1.4. Заключение и задачи исследования ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ЭШП НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
2.1. Математическое моделирование воздействия электромагнитных сил на жидкометаллическую ванну
2.2. Математическое моделирование электромагнитного перемешивания жидкометаллической ванны
2.3. Математическая модель магнитных сил
2.4. Расчет оптимальной скорости вращения электрода
Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭШП НА ПОСТОЯННОМ
ТОКЕ И КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА
3.1. Модернизация электрошлаковой установки А0 для переплава на постоянном токе
3.2. Результаты исследования и их анализ
3.2.1. Влияние технологии на техникоэкономические показатели переплава и качество макроструктуры
3.2.2. Методика исследования свойств полученного металла
3.2.3. Макро и микрокристаллическая структура слитка
3.2.4. Изменение химического состава
3.2.5. Рафинирующая способность процесса
3.2.6. Физикомеханические свойства в литом и деформированном металле
Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ПОКАЗАТЕЛИ
РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЯ


Однако, оказывается, что выделение тепла при ЭШП на постоянном токе происходит не только вследствие нагрева сопротивлением при прохождении электрического тока через объем шлака, на него оказывают решающее влияние многие параметры системы. Разряд анионов на конце электрода может привести к загрязнению пленки жидкого металла и к некоторому тепловыделению. Фактором, способствующим этому, может служить анодная поляризация, которая в значительной степени зависит от содержания РеО в шлаке. Так как время пребывания жидкого металла на конце электрода невелико вредные воздействия анодных реакций сведены к минимуму. Когда металлическая ванна служит катодом, её поверхность раздела со шлаком поляризуется катионами, которые участвуют в катодных реакциях рафинирования и ускоряют их путем электроосаждения соответствующего металла. Вследствие высокой подвижности катионов положительно заряженный слой поляризации имеет низкое местное сопротивление и, следовательно, меньшее количество тепла должно выделяться на поверхности раздела шлак-металл. Это обстоятельство является наиболее благоприятным для уменьшения глубины металлической ванны. Принято, считать, что такие эффекты ионной поляризации являются основной причиной колебания величины скорости плавления, потребляемой мощности, а также эффектов рафинирования при переплавах на постоянном и переменном токе. Применение неизолированных кристаллизаторов приводит к тому, что ток плавки разветвляется и проходит различными путями, и это изменяет величину напряжения и тепловые градиенты в шлаке. Наиболее возможной реакцией является окисление на аноде Ре до Ре и последующая транспортировка кислорода туда, где протекают катодные реакции, т. Бе2* или Ре3+. У катода создаются условия, благоприятные для удаления кислорода и серы. Увеличение содержания БЮг в шлаке в процессе ЭШП может привести к увеличению концентрации О2' и БЮ4‘4 у анода. Образование Б1Б4 может быть еще одной реакцией, способствующей потерям кремния. До тех пор пока активность кремния высока, это препятствует увеличению концентрации у анода. Более высокая концентрация БЮ4 4 у анода уменьшает основность шлака и, таким образом, ухудшает удаления условия удаления серы. Кроме того, при переплаве без защиты плавильного пространства от атмосферного воздуха участие в этих реакциях атмосферного кислорода может привести к увеличению активности БеО [4]. Это является одной из причин появления при плавке на переменном токе “вентильного эффекта” с естественной постоянной составляющей тока прямой полярности и различия показателей плавки на постоянном токе обеих полярностей при изолированном и неизолированном кристаллизаторе, (см. В работах [6,] приведены данные, которые показывают, что электрохимические процессы в расплавах зависят от частоты тока. При частоте симметричного переменного тока более 2-5 Гц, а следовательно при промышленной частоте, электролизные процессы и приэлектродные падения потенциалов незначительны. В то же время, при протекании несимметричного переменного тока в шлаковой ванне, могут активно протекать электролизные процессы, интенсивность и направленность которых определяется значением постоянной составляющей тока (естественной или искусственной). Примером неуправляемых электролизных процессов на переменном токе, является анодное разрушение медной стенки кристаллизатора при возникновении естественной постоянной составляющей тока из-за “вентильного эффекта”. Таким образом, перенос электрических разрядов через расплавленный флюс осуществляется ионами и при ЭШП на постоянном токе существуют явления поляризации, что позволяет ожидать изменение тепловой эффективности, рафинирующей способности процесса и возможности восстановления легирующих элементов. Величина рабочего тока оказывает влияние на температуру процесса, скорость плавления, глубину металлической ванны и, следовательно, на процесс кристаллизации слитка. Слишком большая величина тока приводит к увеличению глубины металлической ванны, что способствует образованию радиально ориентированной структуры и возможности появления ликвационных дефектов. Переплав при низком значении тока способствует образованию благоприятной структуры.