Повышение тепловой эффективности электрошлакового переплава и качества металла путём воздействия на процессы плавления, транспортировки и кристаллизации вращением расходуемого электрода

• Автор: Чуманов, Илья Валерьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 345 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПРОЦЕСС

1.1. Влияние условий плавления, транспортировки и кристаллизации металла

на энергетическую эффективность процесса и качество.

1.1.1. Технологические параметры переплава

1.1.2. Электрические схемы включения электродов

1.1.3. Внешние воздействия на переплавляемый электрод, шлаковую и металлическую ванну.

1.2. Рафинирование металла

1.2.1. Особенности удаления неметаллических включений

1.2.2. Гидродинамика течения металла на торце электрода

1.3. Особенности процесса при воздействии центробежных сил на оплавляемый торец электрода
Выводы к главе 1.
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА НА ТОРЦЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ
2.1. Разработка математической модели гидродинамики жидкого металла
в плнке на поверхности вращающегося электрода.
2.2. Расчт толщины плнки жидкого металла на торце вращающегося электрода.
2.3. Аналитический расчт формы торца вращающегося электрода
в жидкой среде.
2.4. Кинетическая модель перехода конического торца электрода в плоский при его вращении.
2.5. Расчт движения капли электродного хметалла в шлаке.
Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА НА
ТОРЦЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА МЕТОДАМИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1. Основы и выбор методики холодного моделирования.
3.2. Результаты холодного моделирования и их обработка
3.3. Обсуждение результатов холодного моделирования.
3.3.1. Изменение высоты оплавляемого торца расходуемой заготовки
3.3.2. Изменение размеров капли электродного металла.
3.3.3. Изменение места доставки электродного металла.
3.3.4. Изменение частоты отрыва капель электродного металла
3.4. Изучение влияния центробежных сил на характер плавления заготовок
из стали ХН9Т на модельной установке
Выводы к главе 3.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМА ВРАЩЕНИЯ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ А0 И ПРОМЫШЛЕННОЙ ОКБ5 ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫХ ПЕЧЕЙ
4.1. Разработка механизма вращения расходуемого электрода для лабораторной электрошлаковой печи А0
4.2. Разработка механизма вращения расходуемого электрода для промышленной электрошлаковой печи ОКБ5
Выводы к главе
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВРАЩЕНИЯ
РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА НА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКЕ А0 НА ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПРОЦЕСС
5.1. Методика проведения опытных плавок.
5.2. Результаты эксперимента и их обсуждение
5.2.1. Влияние на тепловую эффективность процесса
5.2.2. Влияние на макро и микрокристаллическую структуру
5.2.3. Влияние на химическую неоднородность
5.2.4. Влияние на рафинирующую способность процесса
Выводы к главе
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВРАЩЕНИЯ
РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА НА ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКЕ ОКБ5А НА ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПРОЦЕСС
6.1. Методика проведения опытных плавок
6.2. Результаты опытных плавок и их обсуждение.
Выводы к главе 6.
ГЛАВА 7. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА УДАЛЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ С ВРАЩЕНИЕМ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА
7.1. Методика оценки загрязненности стали неметаллическими включениями.
7.2. Влияние вращения электрода на загрязненность стали неметаллическими
включениями.
7.2.1. Анализ удаления неметаллических включений в металле лабораторных плавок
7.2.2. Анализ удаления неметаллических включений в металле промышленных плавок
7.2.3. Выводы к главе
ГЛАВА 8. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОГО ПЕРЕПЛАВА С ВРАЩЕНИЕМ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА
8.1. Применение многокомпонентных флюсов
8.2. Переплав на постоянном токе.
8.3. Автоматизация и управление
8.4. Получение отливок переменного сечения и полых заготовок.
8.5. Управление карбидной структурой.
Выводы к главе 8.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Существенным является то, что наличие столбчатой структуры не может рассматриваться как недостаток, поскольку металл поступает для кристаллизации эффективно рафинированным от примесей и неметаллических включений, способных выделиться на стыках кристаллов и ухудшить их спаянность. Однако, роль этих границ в процессе рафинирования неравнозначна. Известно, что продукты раскисления образуют в металле дисперсную взвесь частиц, плотность которых меньше плотности жидкого металла. Поэтому предполагается, что удаление включений при сталеплавильном процессе осуществляется путм их всплывания. Рм Рвк
У ег2 к
где КВк скорость всплывания включений мс ускорение силы тяжести, мс2 7м динамическая вязкость жидкого металла, Па с гвк радиус включения, м рм. В соответствии с законом Стокса наибольшее влияние на скорость удаления включений оказывает их размер. Справедливость этого подтверждается следующим в интервале температур характерных для сталеплавильных процессов, вязкость жидкого металла изменяется всего на . Согласно этой формуле из расплава быстрее должны удаляться крупные частицы, например продукты раскисления кремнием и марганцем. Однако, в ставших классическими экспериментальных работах В. Плекингера, Р. Роззегера и М. Вальстера 0,1, а позднее в целом ряде других , 2. Представленная формула 1. Для удаления жидких включений необходимо ввести дополнительный член, учитывающий их вязкость. Установлено, что при одинаковом размере частиц скорость всплывания жидкого включения больше скорости всплывания тврдого включения. На этом основании в технологии сталеплавильного производства используются комплексные раскислители, после присадки которых, создавались легкоплавкие включения, так как у жидких частиц способность к слипанию коалисценции значительно выше, чем у тврдых. Поэтому целесообразно получать включения с температурой плавления ниже, чем температура плавления переплавляемого металла. Для учта формы включения в формулу 1. Авторы 5. Они установили, что скорость всплывания включений находится в соответствии с законом Стокса с учтом отклонения их формы от шара. Поэтому скорость всплывания более мелких и плотных кристаллических продуктов раскисления алюминием много меньше скорости всплывания силикатов. Так, в частности, глинозмистые включения всплывают в четыревосемь раз медленнее, чем равные по размеру включения силикатов, что связано с неправильной многоугольной формой глинозмистых включений в отличие от силикатов, имеющих сферическую форму. Однако применимость закона Стокса ограничивается описанием всплывания неметаллических включений в относительно неподвижных расплавах или расплаве, скорость циркуляции которого соизмерима со скоростью всплывания неметаллических включений. Такая гидродинамическая ситуация характерна для металлического расплава, кристаллизующегося в отсутствии наложенных на него внешних воздействий магнитных полей и т. При электрошлаковых процессах, когда в результате развитых магнитодинамических потоков интенсивность циркуляции расплавов в металлической ванне достигает 2. В тоже время в реальных условиях электрошлакового процесса в слитках и отливках обнаруживаются неметаллические включения диаметром не более . Качественная картина удаления неметаллических включений при электрошлаковых процессах из металлической ванны в условиях е интенсивного перемешивания получена в работе , согласно которой гидродинамическая ситуация в металлической ванне во многом определяет механизм удаления неметаллических включений. При однофазном электрошлаковом процессе между фронтом кристаллизации и вихревыми потоками металлической ванны существует неподвижный слой жидкого металла. Зарождающиеся вблизи фронта кристаллизации включения под влиянием стоксовских сил преодолевают этот слой и подхватываются вихревыми потоками металлической ванны. С этого момента скорость переноса включений размером 5. Захваченные потоками металла включения выносятся на поверхность раздела, шлакметалл и ассимилируются шлаком. При этом траектория движения включений под действием потоков расплава отлична от траектории всплывания включений в неподвижной среде. Таким образом, по всей видимости, имеет место частичная сепарация включений по плотности. Расчты по формуле 1.