Способ электрошлакового переплава

 

Использование: в спецэлектрометаллургии, в частности при электрошлаковом переплаве в стационарных и перемещаемых по ходу плавки кристаллизаторах. Сущность изобретения: способ электрошлакового переплава включает пропускание электрического тока по двум цепям: расходуемый электрод-слиток-поддон и расходуемый электрод-стенка кристаллизатора - внешняя цепь-поддон с контролем величины протекающего по ней тока. При увеличении тока во внешней цепи уменьшают ее сопротивление путем увеличения суммарного поперечного сечения. При наличии внешней цепи с незначительным сопротивлением ток протекает по внешней цепи, что полностью устраняет явление электропробоя при протекании тока со стенки кристаллизатора обратно в слиток.

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано для электрошлаковой выплавки слитков.

Известен способ электрошлакового переплава расходуемого электрода в кристаллизаторе с поддоном, включающий пропускание тока по двум цепям: электрод-слиток-поддон и электрод-стенка кристаллизатора- поддон [1].

Наиболее близким к изобретению является способ электрошлакового переплава с пропусканием электрического тока по двум цепям: расходуемый электрод-слиток-поддон и расходуемый электрод-стенка кристаллизатора-внешняя цепь-поддон с контролем величины протекающего по ней тока [2].

Известные способы характеризуются наличием макродефектов в электрошлаковых слитках, что не обеспечивает их качество.

Макродефекты возникают в результате электропробоя, вызываемого протеканием тока от стенки кристаллизатора в слиток. Поскольку плотность тока в месте пробоя велика, происходит оплавление металла слитка, сопровождаемое дуговыми разрядами, что приводит к образованию дефектов в слитке.

Кроме того, в месте возникновения электропробоя кристаллизатор является анодом по отношению к слитку. Анодный перенос меди является причиной интенсивного разрушения кристаллизатора во время пробоя.

В предлагаемом способе электрошлакового переплава с пропусканием электрического тока по двум цепям: расходуемый электрод-слиток-поддон и расходуемый электрод-стенка кристаллизатора-внешняя цепь-поддон с контролем величины протекающего по ней тока, согласно изобретению с увеличением тока во внешней цепи уменьшают ее сопротивление путем увеличения суммарного поперечного сечения.

Ток в стенке кристаллизатора возникает в период расплавления шлака в момент его соприкосновения с кристаллизатором.

В случае заливки предварительно расплавленного шлака ток в стенке кристаллизатора возникает сразу же после включения напряжения.

С увеличением тока в стенке кристаллизатора опасность возникновения электропробоя резко возрастает, но при наличии внешней цепи с незначительным сопротивлением ток протекает по внешней цепи, что полностью устраняет явление электропробоя при протекании тока со стенки кристаллизатора обратно в слиток.

Необходимость уменьшения сопротивления внешней цепи вызвано тем, что сопротивление гарнисажа между слитком и стенкой кристаллизатора колеблется в широких пределах и внезапно может оказаться меньше, чем сопротивление внешней цепи. Вследствие этого, наблюдая за током во внешней цепи и уменьшая ее сопротивление с увеличением тока в стенке кристаллизатора, полностью исключают электропробой между стенкой кристаллизатора и слитком.

Способ осуществляют следующим образом.

На поддон устанавливают кристаллизатор, в который вводят расходуемый электрод, предварительно закрепленный в электродержателе на электропечи. Предварительно расплавленный жидкий шлак с помощью сифонного устройства заливают в плавильное пространство, ограниченное стенками кристаллизатора и поддоном. При погружении расходуемого электрода в жидкий шлак замыкается цепь источника тока и начинается процесс электрошлакового переплава в шлаковой ванне. При этом ток, перетекающий на стенку кристаллизатора, пропускают через внешнюю цепь, для чего между кристаллизатором и поддоном устанавливают с внешней стороны гибкие электропроводные перемычки, с датчиком величины тока, который контролирует величину тока.

С увеличением тока осуществляют уменьшение сопротивления внешней цепи путем увеличения суммарного поперечного сечения.

Предлагаемый способ был реализован при выплавке слитка по монофилярной схеме.

Выплавлялся слиток диаметром 420 мм в кристаллизаторе диаметром 440 мм, высотой 800 мм, величина тока в режиме старта и стабилизации колебалась в пределах 10,0-12,0 кА.

Кристаллизатор был установлен на поддон, на котором закрепили затравку. Переплавляли расходуемый электрод диаметром 320 мм из стали 35ХН1ФМ. Использовали флюс АНФ-6, который предварительно расплавляли в графитовом тигле и сифоном заливали в кристаллизатор, после чего подключали расходуемый электрод к однофазному источнику тока.

Кристаллизатор и поддон соединяли внешними электропроводными гибкими перемычками, которые пропускали через трансформатор тока, что позволило контролировать величину тока во внешней цепи, сопротивление которой уменьшали, увеличивая количество проводников внешней цепи, при этом величина тока в ней возрастала, и обеспечивалось условие, когда ток в стенке кристаллизатора не вызывает электропробоев.

В дальнейшем, контролируя ток во внешней цепи, при его увеличении снова добавляли дополнительный проводник, что полностью исключало случайное перетекание тока со стенки кристаллизатора на слиток с возникновением электропробоя.

После старта и стабилизации процесса величина тока во внешней цепи путем последовательного подключения проводников была доведена с 2,4 до 4,0 кА, после чего даже подключение дополнительного проводника не изменило ее величину. В процессе плавки наблюдалось периодическое уменьшение величины тока во внешней цепи, связанное с уменьшением тока в стенке кристаллизатора, т.е. с изменением величины тока, перетекающего на стенку кристаллизатора. Это связано с переменным характером сопротивления короткой сети, в первую очередь расходуемого электрода, а также гарнисажа, толщина которого может изменяться по ходу плавки.

При выплавке средней части слитка величина тока во внешней цепи начала увеличиваться и при добавлении дополнительных проводников стабилизировалась на уровне 7,8 кА. Это связано с перегревом шлаковой ванны, утонением гарнисажной корочки и увеличением доли тока, перетекающего на стенку кристаллизатора.

В остальную часть процесса вплоть до его завершения осуществлялся контроль величины тока во внешней цепи, однако увеличение тока в дальнейшем не происходило, что объясняется снижением режима плавки, связанным с выводом усадочной раковины (уменьшением величины тока плавки).

Экспериментальные исследования показали, что предлагаемый способ полностью обеспечивает отсутствие электропробоев, а качество металла выплавляемого слитка характеризуется отсутствием дефектов, анодного разрушения кристаллизатора не обнаружено.

Заявляемый способ был также испытан для бифилярной и трехфазной схем включения.

При этом для бифилярной схемы использовали однофазный источник питания, схему соединения которого переналадили для переплава двух расходуемых электродов.

Бифилярная и трехфазная схемы включения характеризируются меньшими токами, протекающими в стенку кристаллизатора. Однако известны случаи, когда электропробои возникали и при выплавке по этим схемам. Как правило, это происходит при больших коэффициентах заполнения, когда электроды близко расположены к стенке кристаллизатора.

В проводимых опытных плавках по упомянутым схемам электроды специально располагали близко к стенке кристаллизатора, при этом на всех плавках не отмечались случаи электропробоев. Анодного разрушения кристаллизатора также не обнаружено.

Были проведены плавки также в перемещаемом коротком кристаллизаторе, у которого проводники внешней цепи были соединены с поддоном, при этом длина проводников внешней цепи должна быть больше, чем величина хода кристаллизатора. В этом случае электропробои случаются наиболее часто, однако использование внешней цепи с контролем в ней тока и при его увеличении с уменьшением сопротивления цепи путем добавления проводников полностью устранило упомянутый недостаток.

Были проведены опытные плавки в соответствии с известным решением-прототипом по монофилярной схеме включения и одинаковых с предложенным техническим решением режимах выплавки.

Значительные величины токов, протекающих в стенке кристаллизатора (до 5,0-8,0 кА), обусловили по всему слитку, особенно поражена средняя часть, образование электропробоев и связанных с ним макродефектов. После первой выплавки следы анодного разрушения кристаллизатора незначительны, а после 10-15 плавок отдельные участки кристаллизатора уже нуждаются в ремонте.

Заявляемый способ в сравнении с прототипом повышает качество металла выплавляемого слитка, а также устраняет анодное разрушение кристаллизатора.

Способ может быть использован для электрошлаковой выплавки слитков по всем основным схемам, используемым в настоящее время.

Формула изобретения

СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА, включающий пропускание электрического тока по двум цепям, одна из которых - расходуемый электрод - слиток - поддон, а другая - расходуемый электрод - стенка кристаллизатора - внешняя цепь - поддон, с контролем величины протекающего по ней тока, отличающийся тем, что при увеличении тока по внешней цепи уменьшают ее сопротивление путем увеличения суммарного поперечного сечения.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 35-2001

Извещение опубликовано: 20.12.2001        

---