Способ электрошлакового переплава металла

 

Использование: при переплаве в слитки полых расходуемых электродов, имеющих отношение наружного диаметра к внутреннему в пределах 1,3...4,0. Сущность изобретения: способ предусматривает подъем порции шлака, находящегося при переплаве в полости электрода, путем создания в его полости отрицательного давления, которое может быть ниже атмосферного на величину, определяемую из указанного в формуле соотношения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и предназначено для переплава полого расходуемого электрода, имеющего отношение наружного диаметра к внутреннему 1,3...4,0, в слитки.

Известен способ электрошлакового переплава металла, включающий переплав полых расходуемых электродов [1].

Недостатком этого способа является недостаточная производительность переплава. Это объясняется тем, что для протекания процесса переплава с заданной скоростью необходимо определенное время на разогрев и оплавление торцовой части электрода. В этом случае увеличить скорость переплава (производительность) можно только за счет повышения подводимой мощности (тока и напряжения), но тогда не исключена возможность получения слитка с осевой рыхлостью, так как при увеличении подводимой мощности повышается температура шлаковой и металлической ванн, что ведет к увеличению глубины металлической ванны, сопровождаемому образованием осевой рыхлости в слитки.

Кроме того, при переплаве полых электродов наблюдается повышенный угар легирующих элементов, например кремния, титана.

Известен также способ электрошлакового переплава металла, включающий переплав полого расходуемого электрода, подъем и опускание порций шлака в полости электрода путем изменения давления [2].

Данный способ принят за прототип. Этот способ позволяет понизить угар легирующих элементов за счет защиты внутренней поверхности электрода гарнисажной корочкой, образующейся в результате периодического подъема и опускания шлака в полости электрода.

Однако, хотя увеличение производительности и имеет место, но в незначительной степени (на 4-7%) из-за непостоянного, а периодического обогрева поднимающимся и опускающимся шлаком в полости электрода.

Целью изобретения является повышение производительности переплава без увеличения подводимой мощности.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе электрошлакового переплава металла, включающем переплав полого расходуемого электрода и изменение давления в полости электрода, в полости электрода создают отрицательное давление.

Кроме того, предусмотрено, что давление в полости электрода должно быть ниже атмосферного на величину ΔР=(0,3...1,3 ) ρqD, где ρ - плотность шлака, кг/м³; D - диаметр полости электрода, м.

Создание в полости электрода отрицательного давления позволяет поднять в ней слой шлака на определенную высоту относительно уровня шлака в кристаллизаторе, не зависящую от размеров (диаметра) полости, что увеличивает площадь контакта электрода с шлаком и обеспечивает дополнительный разогрев переплавляемой части электрода в течение всей плавки и тем самым ускоряет процесс переплава без увеличения подводимой мощности (температуры шлака) и без снижения качества металла.

Создаваемое давление ниже атмосферного на заявляемую величину, например, при ρ=2500 кг/м³, q=9,8 м/с² и D=150 мм, обеспечивает указанный подъем шлака в полости электрода на 45-195 мм.

При подъеме шлака в полости электрода на высоту, превышающую уровень шлака в кристаллизаторе более 195 мм (давление в полости ниже нижнего заявляемого предела), приводит к затвердеванию верхнего слоя поднятого в полости шлака и процесс заполнения полости идет в пульсирующем (периодическом) режиме, что снижает производительность переплава.

При подъеме шлака в полости электрода на высоту менее 45 мм от уровня шлака в кристаллизаторе (давление в полости электрода выше верхнего заявляемого предела) увеличение производительности не наблюдается.

Опробование предлагаемого способа проводили на печи У552М при переплаве отработавших ресурс толстостенных труб с наружным диаметром 4 мм и диаметром полости 150 мм в стационарные водоохлаждаемые кристаллизаторы диаметром 550 мм, а также трубы с диаметром 200 мм, диаметром полости 75 мм в кристаллизаторе диаметром 460 мм.

Во время переплава в полости труб создавали отрицательное давление, а именно давление ниже атмосферного на величину, равную (0,3...1,3) ρqD, т.е. для трубы с полостью диаметром 150 мм-1125-4875 Па, а для трубы с полостью диаметром 75 мм - 5626-2437,5 Па, что соответствовало заявляемым пределам.

При переплаве первой трубы-электрода ток был равен 12 кА, напряжение - 60 В, а при переплаве второго электрода - 7 кА и 65 В соответственно.

Разрежение получали и регулировали с помощью электрокомпрессора и клапанного устройства, а давление измеряли манометром.

Кроме того, были переплавлены трубы с созданием в их полости давления, значения которого выходили за заявляемые пределы, а также трубы по способу-прототипу.

Результаты опробования представлены в таблице.

Из таблицы видно, что создание в полости электрода отрицательного давления (варианты 2-5, 10-12) в заявляемых пределах приводит к повышению производительности по сравнению с известными способами (варианты 7, 8, 14 и 15).

Опробование показало также, что осуществление способа при создании величины давления в полости, выходящей за заявляемые пределы (варианты 1, 6, 9 и 13), приводит к повышению производительности переплава незначительно.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет обеспечить в полости полого электрода постоянный уровень шлака относительно уровня шлака в кристаллизаторе, что увеличивает площадь контакта электрода с шлаком, обеспечивает постоянный дополнительный разогрев переплавляемой части электрода, ускоряя тем самым процесс его переплава без увеличения подводимой мощности.

При переплаве описанных выше полых электродов-труб заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом увеличивает производительность переплава на 12-20%.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА МЕТАЛЛА, включающий переплав полого расходуемого электрода в кристаллизаторе и подъем порции шлака путем изменения давления в полости электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности без увеличения подводимой мощности, в полости электрода создают отрицательное давление.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полости электрода создают давление ниже атмосферного на величину, определяемую из соотношения ΔP = (0,3-1,3)ρ·g·D , где ΔP - разница атмосферного давления и давления в полости, Па; ρ - плотность шлака, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; D - диаметр полости электрода, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1