Энергетические особенности электрошлакового переплава

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Энергетические особенности электрошлакового переплава

30.10.2020

Теплота, выделяемая в шлаковой ванне, используется для плавления электрода и поддержания в перегретом состоянии шлаковой и металлической ванн, но частью бесполезно теряется с водой, охлаждающей кристаллизатор и поддон, излучением зеркала шлаковой ванны и с выделяющимися из нее газами (рис. 68).

Количество выделяемой теплоты эквивалентно затрачиваемой электрической энергии. Оно возрастает с увеличением тока и сопротивления шлаковой ванны. В свою очередь, ток увеличивается с повышением напряжения на шлаковой ванне и уменьшением ее сопротивления, подчиняясь закону Ома. При ЭШП ток, падение напряжения на шлаковой ванне и ее сопротивление взаимосвязаны. Так, изменение Uш приводит к изменению не только I, но и Rш за счет изменения температуры шлаковой ванны и расположения электрода в ней. Картина усложняется, если учесть влияние характеристик короткой сети печи. Увеличение тока приводит к возрастанию ее активного и индуктивного сопротивления. При этом электрическая мощность, подводимая к шлаковой ванне, изменяется по сложному закону и повышается лишь до определенных значений тока, после чего увеличение тока вызывает снижение полезной мощности.
Энергетические особенности электрошлакового переплава

Нa плавление электрода расходуется в среднем 30 % выделяющейся в шлаке теплоты. Если к полезным затратам относить еще теплоту, поступающую от шлаковой ванны в металлическую, как рекомендуют авторы, то и в этом случае тепловой КПД ЭШП не превышает 40 %. Указанные на рис. 68 большие значения характерны в основном для лабораторных установок ЭШП с кристаллизаторами диаметром 80—100 мм.

Энергетическая эффективность ЭШП снижается значительными потерями теплоты от шлаковой ванны в стенку кристаллизатора. В общем случае они пропорциональны площади контактной поверхности, т. е. зависят от глубины шлаковой ванны и формы кристаллизатора. В работе эти данные для ЭШП в кристаллизаторах различной конфигурации обобщены с помощью безразмерного параметра Fn (рис. 69), представляющего собой отношение площадей контакта шлака со стенкой кристаллизатора и поверхности металлической ванны. Обычно значения Fn находятся в диапазоне от 1 до 2, а относительные потери теплоты составляют 40—60 %. Для технологических схем ЭШП, отличающихся от канонической, например, при выплавке полых слитков, Fn увеличивается до 3—4 единиц, а потери теплоты в охлаждаемую стенку возрастают до 70 %.

Существенного снижения потерь теплоты при ЭШП можно ожидать при уменьшении Fn до значений, меньших единицы. Для сплошного цилиндрического слитка этот параметр можно выразить через глубину шлаковой ванны hш и диаметр кристаллизатора Dк:

Следовательно, для Fn < 1 глубина шлаковой ванны должна быть менее 0,25Dк. Отводя главенствующую роль экономическому аспекту ЭШП, за рубежом отдают предпочтение мелкой шлаковой ванне. Так, при диаметре слитка 700—800 мм она часто не превышает 120 мм. Однако энергетические показатели переплава — не единственный критерий его эффективности. В нашей стране основным показателем ЭШП полагают качество переплавленного металла. Учитывая влияние объема шлаковой ванны на металлургические, энергетические и технологические показатели ЭШП, принято, что ее глубина должна быть не менее половины диаметра используемого электрода.

К бесполезным потерям энергии при ЭШП относится и большая часть теплоты, излучаемой шлаковой ванной. Потери излучением на стенку кристаллизатора и в атмосферу составляют 10—25 %, снижаясь с уменьшением температуры и площади открытой поверхности шлака. Теплота, излучаемая на электрод, считается полезной. Однако ее количество мало, и указанной статьей теплового баланса пренебрегают.

В энергетическом отношении ЭШП — менее эффективный процесс, чем ВДП, в котором используется примерно две трети генерируемой в дуге теплоты (см. рис. 45), а при ЭШП — одна треть теплоты, выделяемой в шлаке. Поэтому при ЭШП удельный расход электроэнергии примерно в два раза выше, чем при ВДП. Если ВДП требует 750—850 кВт*ч на переплав тонны стали, то при ЭШП этот показатель в среднем составляет 1500 кВт*ч, по в зависимости от многочисленных факторов колеблется в широких пределах, обычно от 1000 до 2000 кВт*ч. Несмотря на то что в обоих процессах применяется зависимый источник теплоты, взаимосвязь между электрическим режимом и скоростью плавления электрода при ЭШП менее жесткая, чем при ВДП.

Сопротивление вакуумной дуги и, следовательно, падение напряжения в дуговом разряде — почти неизменные величины. Вариация мощности источника питания приводит лишь к соответствующему изменению тока. При ВДП нет возможности повлиять и на перераспределение энергии между электродом и металлической ванной, поскольку эти статьи расхода теплоты предопределены энергетикой процессов в приэлектродных зонах дуги. Поскольку изменение соотношения статей полезных и бесполезных затрат теплоты ограничено малым диапазоном изменения длины дуги и коэффициента заполнения кристаллизатора, ток — единственный регулируемый электрический параметр ВДП, с которым жестко связана и производительность этого процесса. Это иллюстрируется тем фактом, что приведенная к току скорость плавления при ВДП — слабо изменяющаяся величина для различных переплавляемых материалов, равная 10,5—11,4 г/(кА*с).

В условиях ЭШП даже при неизменной электрической мощности, подводимой к шлаковой ванне, скорость плавления электрода можно изменять в широком диапазоне. За счет чего это удается? Шлаковая ванна имеет сравнительно однородное температурное поле. Обычно разница температуры в различных ее участках не превышает 10—15 % максимальных значений (1650—1850 °С). Поэтому шлаковая ванна — менее концентрированный, чем электрическая дуга, источник теплоты с относительно равномерным распределением температуры вблизи ограничивающих ее поверхностей. Изменение площадей последних (торца электрода, зеркала шлаковой ванны, контакта с кристаллизатором и металлической ванной) сопровождается перераспределением теплоты, генерируемой в шлаке. Поскольку тепловой поток через поверхность раздела фаз пропорционален ее площади, температурному градиенту и коэффициенту теплопередачи (теплоотдачи), основные направления отвода теплоты от шлаковой ванны — в кристаллизатор и электрод (см. рис. 69). Увеличение площади погруженной в шлак поверхности электрода за счет увеличения его диаметра или глубины погружения в шлак повышает скорость его плавления.

Далее, при неизменной мощности источника питания количество генерируемой теплоты и ее распределение можно регулировать изменением химического состава шлаков и глубины шлаковой ванны. В общем среднемассовая температура последней и производительность ЭШП возрастают с увеличением удельного электросопротивления шлака (рис. 70).

Наконец, шлаковая ванна позволяет в известной мере раздельно регулировать ток и напряжение процесса, которые по-разному влияют на соотношение статей расхода выделяемой в ней теплоты. Так, увеличение напряжения источника питания сопровождается пропорциональным, до определенных пределов, увеличением падения напряжения на участке шлаковой ванны. При этом увеличивается ее температура, возрастают скорость плавления электрода и тепловые потери в кристаллизатор, т. с. повышаются удельные энергетические затраты (табл. 29).

Возможности регулирования температуры шлаковой ванны изменением напряжения весьма велики. Достаточно сказать, что при определенном для данных условий напряжении источника питания соотношение статей расхода теплоты может быть таким, что электрошлаковый процесс удается поддерживать, но электрод не будет плавиться.

Существенное увеличение тока при ЭШП возможно только за счет уменьшения разрядного промежутка. Поскольку при погружении электрода увеличивается площадь его тепловоспринимающей поверхности, а зона тепловыделения локализуется у его торца, возрастание тока сопровождается увеличением производительности ЭШП и уменьшением удельных затрат электроэнергии (табл. 30).


Необходимую в конкретных условиях скорость плавления электрода обеспечивают вариацией двух основных параметров ЭШП: напряжения холостого хода источника питания и химического состава шлака. После их выбора производительность можно регулировать изменением глубины погружения электрода в шлак. Однако диапазон регулирования производительности ЭШП по току ограничен областью устойчивости электрошлакового процесса.

При недостаточной скорости подачи электрода он плавится над поверхностью шлаковой ванны (рис. 71, а). Электрошлаковый процесс в моменты отрыва капель от плоского торца электрода переходит в электродуговой (перемежающийся) процесс. По мере увеличения скорости подачи электрода он погружается в шлак и его торец приобретает форму правильного конуса (рис. 71, б). Появляется цилиндрическая, т. е. неоплавленная часть электрода, погруженная в шлак (рис. 71, в). В случае дальнейшего увеличения скорости подачи электрода расстояние от зеркала металлической ванны до вершины конуса уменьшается. При некоторой величине разрядного промежутка электрошлаковый процесс сначала при отрыве капель, а затем и полностью переходит в дуговой. В пределе возможно короткое замыкание электрода на металлическую ванну и вмораживание его в слиток.

Таким образом, область устойчивых режимов ЭШП ограничена, с одной стороны, появлением дугового разряда между торцом электрода и поверхностью шлаковой ванны, а с другой — возникновением такого разряда между вершиной оплавляющегося конуса и зеркалом металлической ванны. Перемежающийся процесс ЭШП характеризуется неустойчивостью электрического режима и негативным влиянием на качество переплавленного металла. Плавление электрода над уровнем шлака приводит к окислению металла и насыщению азотом. Поэтому плавление электрода не только в режиме перемежающегося процесса, но и при малом заглублении в шлак неприемлемо для ЭШП.

Наиболее устойчивый электрический режим и наилучшие металлургические показатели ЭШП соответствуют конической форме конца электрода, причем оплавление его боковой поверхности должно начинаться несколько ниже уровня шлаковой ванны. Отметим, однако, что правильный конус наблюдают при ЭШП электрода сравнительно небольшого диаметра и симметричном его расположении в кристаллизаторе. Нарушение симметрии ил и различного рода возмущающие воздействия изменяют форму оплавляемого торца, а для ЭШП крупных электродов диаметром более 800 мм форма оплавляемого торца при оптимальном электрическом режиме близка к плоской.

Иногда оптимальную производительность ЭШП выражают через диаметр кристаллизатора:

Энергетические особенности ЭШП вернее отражает взаимосвязь скорости плавления электрода и выделяемой в шлаковой ванне мощности Pш:

где kп — энергетический коэффициент, кг/(кВт*мин). Однако мы сознательно не иллюстрируем зависимость (4.8), как это сделано для частных случаев ЭШП в работах, поскольку на энергетическую эффективность ЭШП сильно влияют теплофизические свойства применяемого шлака и переплавляемого металла (табл. 31, рис. 70). Приведенная удельная скорость плавления Kп при ЭШП изменяется от 5,0 до 19,0 г/(кА*с). Это означает, что она может быть как в два раза меньше, так и в два раза больше аналогичного показателя ВДП. Значения этого коэффициента увеличиваются с возрастанием удельного электросопротивления шлаков и падения напряжения на шлаковой ванне.


На тепловой КПД электрошлаковой печи влияет изменение разрядного промежутка (рис. 72, а). При малом заглублении электрода зона тепловыделения смещена в верхние объемы шлаковой ванны, что вызывает большие потери теплоты излучением и через стенки кристаллизатора. Тепловложение в электрод мало, поскольку площадь его оплавляющейся поверхности невелика. С увеличением заглубления возрастает доля теплоты, отдаваемой электроду, и уменьшаются радиационные потери, что приводит к увеличению теплового КПД ванны. При дальнейшем уменьшении разрядного промежутка тепловое ядро приближается к поверхности металлической ванны, потери теплоты в кристаллизатор и вклад теплоты в металическую ванну возрастают, а КПД печи снижается. При небольших разрядных промежутках, когда возникает электрическая дуга, энергетический коэффициент вновь увеличивается. Однако такой электрический режим неприемлем для ЭШП, поскольку сопровождается ухудшением качества поверхности и внутреннего строения слитка, нежелательными изменениями химического состава металла.

На энергетическую эффективность ЭШП заметно влияет п коэффициент заполнения кристаллизатора (рис. 72, б). Прежде чем рассмотреть эту взаимосвязь, кратко охарактеризуем распределение тока в шлаковой ванне.

Когда кристаллизатор имеет электрический контакт с поддоном или слитком, его стенка в зоне шлаковой ванны может служить дополнительным (к металлической ванне) электродом. О прохождении тока от расходуемого электрода через шлак в стенку кристаллизатора свидетельствует яркое свечение в месте контакта ее со шлаковой ванной. Происходящие при этом электрохимические процессы сопровождаются выпрямлением переменного тока (вентильный эффект) и эрозией кристаллизатора. Ток в цепи кристаллизатора может составлять 90 % тока плавки, а постоянная составляющая достигает 20—30 % его величины.

Распределение тока в шлаковой ванне зависит от соотношения электрических сопротивлений на участках электрод — металлическая ванна и электрод — стенка кристаллизатора. Факторы, способствующие увеличению этого отношения (увеличение разрядного промежутка, глубины шлаковой ванны, электропроводности шлака при температуре его затвердевания, коэффициента заполнения кристаллизатора), вызывают повышение тока кристаллизатора. Влияние некоторых из перечисленных факторов неоднозначно. Так, при неизменном электрическом режиме и небольшом коэффициенте заполнения кристаллизатора (d/D < 0,5) увеличение глубины шлаковой ванны практически не влияет на величину разрядного промежутка (рис. 73). При большем значении коэффициента заполнения в связи с возрастанием тока кристаллизатора увеличение глубины шлаковой ванны требует увеличения и межэлектродного промежутка.

Увеличение диаметра электрода при небольших значениях коэффициента заполнения кристаллизатора вызывает возрастание энергетического коэффициента (рис. 72, б). Это объясняется увеличением площади тепловоспринимающей поверхности электрода и уменьшением радиационных потерь теплоты. По мере уменьшения зазора между электродом и кристаллизатором возрастают температура на периферии шлаковой ванны и потери теплоты с охлаждающей водой. При коэффициенте заполнения 0,55—0,60 последние превалируют и тепловой КПД снижается. Как следует из рис. 72, б, дальнейшее возрастание коэффициента заполнения опять вызывает увеличение энергетического коэффициента. Автор работы объясняет это значительным повышением тока кристаллизатора и перемещением зоны тепловыделения в верхнюю часть кольцевого зазора. Нижняя же часть шлаковой ванны охлаждается и потери теплоты уменьшаются.

Появление второго экстремума на графике (см. рис. 72, б) и его интерпретацию можно оспаривать. Однако даже если эта зависимость и соответствует действительности, такие режимы ЭШП невыгодны по нескольким причинам. В частности,, охлаждение нижней части шлаковой ванны ухудшает качество поверхности слитка, а увеличение постоянной составляющей тока в цепи кристаллизатора способствует подмагничиванию трансформатора. Поэтому в большинстве случаев значение коэффициента заполнения кристаллизатора при ЭШП выбирают в диапазоне 0,5—0,7.

Теплообменные процессы в шлаковой ванне определяют не только производительность и экономичность ЭШП. Изучение их особенностей важно и с металлургической точки зрения,, а именно в аспекте влияния на температурный режим металла при его плавлении и затвердевании. Эмпирических данных о температуре металла на этапах пленочного течения по торцу электрода и капельного переноса пока нет. Расчеты показывают, что на первом этапе металл перегревается на 35—50 °С, а за время прохождения капли через шлак — еще на 35—45 °C. Таким образом, суммарная температура перегрева металла над температурой его ликвидуса с учетом нагрева при росте капли оценивается величиной 90—100 °C.

Теплообмен между шлаковой и металлической ваннами изучен основательно. Исследования температурных полей шлаковой и металлической ванн методом термопарного зондирования в ходе ЭШП показали существенную их неоднородность. Температура шлака максимальна под электродом, а ее перепады по радиусу и глубине ванны достигают 100—150 °С. Максимальная температура металлической ванны регистрируется у межфазной границы шлак — металл, причем в ее центре перегрев металла может составлять 200—250 °C, но понижается до 100—150 °С на периферии. Однако перегрев сосредоточен в приповерхностных слоях металла и быстро уменьшается с удалением от поверхности в глубь расплава.

Теплосодержание металлической ванны сохраняется на высоком уровне вследствие притока теплоты от шлаковой ванны и с каплями металла. Последние вносят до 75 % всей поступающей теплоты. Конвективный теплообмен играет меньшую роль. Так, согласно расчетам, изменение коэффициента теплоотдачи от шлака к металлу более чем на порядок величины приводит к изменению глубины ванны лишь на 7 %.

Теплосодержание металлической ванны в совокупности с теплообменом на ограничивающих ее поверхностях обусловливает в квазистационарном режиме формирования слитка ее геометрию. Как п при ВДП, процесс капельного тепломассопереноса определяет полную глубину ванны, а обогрев ее зеркала влияет на форму периферийной части профиля. Однако для ЭШП характерны некоторые особенности и в этом аспекте. Во-первых, меньшая степень зависимости источника теплоты при ЭШП позволяет изменить соотношение слагаемых теплосодержания ванны, т. е., сдерживая скорость наполнения кристаллизатора, сохранить на должном уровне приток теплоты от шлака. Во-вторых, слиток при ЭШП формируется в условиях изоляции металла от охлаждаемой стенки слоем затвердевшего шлака. Толщина его, зависящая от теплофизических свойств шлака и энерговыделения в шлаковой ванне, изменяется от 0,5 мм до нескольких миллиметров. Вследствие низкой теплопроводности твердого шлака гарнисаж является теплоизолятором, что влияет на теплообмен жидкого металла с кристаллизатором и на качество формирования поверхности слитка. В-третьих, шлаковая ванна — менее концентрированный источник теплоты. Равномерный обогрев всей поверхности металлической ванны — важная отличительная особенность ЭШП. В совокупности с теплоизоляцией шлаковым гарнисажем она благотворно влияет на качество внутреннего строения слитка и его поверхности. Кроме того, указанная особенность значительно расширила технологические возможности ЭШП в части сортамента выплавляемых слитков. С помощью ЭШП получают слитки разнообразной формы сплошного поперечного сечения (круглые, прямоугольные и др.), а также с одной или несколькими полостями, что практически невозможно при ВДП.

Форму профиля металлической ванны характеризуют несколькими показателями. Коэффициент формы ванны Кф.м равен отношению высоты ее цилиндрической части h''м к полной глубине h'м (рис. 74, а)

Однако если при ВДП цилиндрическая часть металлической ванны отделена от кристаллизатора толстым слоем затвердевшего металла (см. рис. 48), то при ЭШП она изолирована от охлаждаемой стенки лишь тонким шлаковым гарнисажем. Его теплоизолирующие свойства препятствуют затвердеванию металла в этой зоне. Несмотря на это, плотность теплового потока в охлаждаемую стенку здесь (0,5— 0,8 МВт/м2) сопоставима с нагрузками кристаллизатора при ВДП. В совокупности с существенно менее интенсивным обогревом зеркала металлической ванны (см. рис. 45 и 68) это должно выражаться в меньшем, чем при ВДП, ее теплосодержании. Практически весь перегрев металла снимается именно в зоне цилиндрической части металлической ванны, т. е. до глубины 20—25 мм, в сравнении с 40—60 мм при ВДП.

Затвердевание металла начинается только в зоне конической части ванны. Из-за снятия перегрева в верхних горизонтах здесь температурный режим при ЭШП должен быть более благоприятным для формирования высококачественной кристаллической структуры металла. Это положение не имеет пока эмпирического подтверждения для примерно одинаковых условий ЭШП и ВДП, однако оно является одним из логических объяснений меньшей глубины металлической ванны и ускоренного затвердевания металла в условиях ЭШП при сопоставимой с ВДП производительности.

Таким образом, наличие цилиндрической части металлической ванны важно для формирования высококачественной поверхности и внутреннего строения слитка. Поэтому ее существование считается одним из обязательных показателей оптимального режима ЭШП.

Форму профиля дна металлической ванны характеризуют коэффициентом фронта кристаллизации, т. е. отношением линейного размера слитка, например, диаметра Dс, к глубине конической части металлической ванны hм:

где а — угол при вершине конуса (рис. 74, а). Как указывалось, угол наклона образующей конуса информирует об условиях затвердевания металла. Например, если значение коэффициента фронта кристаллизации больше единицы, значит угол при вершине конуса больше 90°, а направление роста главных осей дендритов ближе к продольно-осевому.

Закономерности влияния некоторых наиболее важных параметров ЭШП на геометрию металлической ванны установлены в работах. В дальнейшем их правомерность для производства крупных слитков подтверждена работами советских и зарубежных исследователей.

При постоянных количестве шлака и напряжении источника питания увеличение тока ведет к возрастанию глубины конической части ванны (рис. 74, б) (углеродистая сталь, dэ = 50 мм, Dк = 100 мм, шлак АНФ-6). Фронт кристаллизации изменяется от пологого до сильно вогнутого, а направленности роста кристаллов — от продольно-осевой до радиальной. Это объясняется увеличением производительности и смещением зоны тепловыделения в шлаке к оси слитка при уменьшении разрядного промежутка.

В случае неизменных количества шлака и скорости подачи электрода повышение напряжения уменьшает глубину металлической ванны и улучшает ее форму (рис. 74, в). Это вызвано увеличением межэлектродного промежутка, изменением токораспределения (увеличивается ток кристаллизатора) и рассредоточением зоны тепловыделения в шлаковой ванне. Аналогичный эффект имеет и увеличение глубины шлаковой ванны при неизменном электрическом режиме (рис. 74, г).

Геометрия металлической ванны зависит и от состава шлака. В общем случае шлаки с повышенной электропроводностью позволяют получать более мелкую металлическую ванну. Это объясняется зависимостью производительности переплава от выделяемой в шлаке мощности, которая пропорциональна сопротивлению шлакового расплава (см. табл. 31, зависимости (4.1), (4.8)).

Полагают также, что эффективно воздействовать на глубину и форму металлической ванны можно изменением диаметра расходуемого электрода. В частности, применение электрода большого диаметра рассредоточивает поток капель по поверхности ванны, они проникают в глубь расплава и воздействуют на фронт затвердевания, формируя мелкую ванну с плоским дном. Действительно, ранние представления о характере плавления электрода, основывающиеся па локализации отрыва капель у вершины его конуса, оказались применимы лишь к сравнительно тонким электродам. При переплаве крупных электродов капли возникают в определенной зоне, на выступах оплавляемой поверхности, предположительно на тугоплавких включениях. В пределе зона каплеобразования распространяется на весь торец электрода и перенос металла происходит в виде капельного дождя. Однако возможности его воздействия на фронт затвердевания в значительной мере идеализированы. В случае ЭШП тонкого электрода, когда зона падения капель смещена к оси слитка, при определенных условиях действительно образуется узкая и глубокая металлическая ванна. Ho объясняется это отнюдь не влиянием перегретых капель, а повышенной производительностью и локализацией тепловыделения у вершины конуса. При переплаве того же электрода, но с меньшей производительностью можно получить и очень мелкую ванну с плоским дном (см. рис. 74, б). Этот довод подтверждается также тем фактом, что на раннем этапе развития ЭШП, когда в качестве электродов применяли проволоку диаметром всего 3—6 мм, удавалось сформировать высококачественный слиток диаметром 150 мм с почти осевой направленностью дендритов. Понятно, что факторы, ответственные за сохранение мелкой металлической ванны с плоским дном,— сдерживание скорости наплавления слитка и равномерный обогрев металлической ванны шлаковым расплавом. Если при увеличении коэффициента заполнения кристаллизатора я наблюдается некоторое уплощение дна металлической ванны, разумеется, при одинаковых скоростях переплавах то это объясняется более однородным тепловыделением в шлаковой ванне и более равномерным обогревом зеркала металла, а не влиянием перегретых капель. Следует добавить, что при увеличении диаметра электрода не удается сохранить прежним ни электрический режим ЭШП, ни его производительность, что указывает на неправомерность сравнения в этом аспекте вариантов ЭШП с различным коэффициентом заполнения кристаллизатора.

Как указывалось, для формирования мелкой металлической ванны с плоским дном необходимо сдерживать скорость наплавления слитка. Осуществить это легче при использовании электрода небольшого поперечного сечения. Однако для выплавки полновесного слитка потребуется либо очень длинный электрод, либо их смена в ходе переплава, что приведет к увеличению габаритов либо к усложнению конструкции печи. Кроме того, тонкие электроды сложнее в изготовлении и дороже. Поэтому при канонической схеме ЭШП обычно используют электроды с диаметром не менее радиуса кристаллизатора. При выплавке очень крупных слитков применение одного электрода невыгодно. В этом случае высота установки и производительность переплава становятся чрезмерными. Также трудно получить крупный электрод хорошего качества. При этом целесообразно вместо одного крупного применять несколько электродов меньшего поперечного сечения, расположив их ближе к периферии ванны. Сдерживанием скорости плавления каждого из них обеспечивается меньшая суммарная производительность ЭШП, а больший вклад теплоты на периферии металлической ванны способствует формированию у нее плоского дна. В этом случае рационально использовать не одно-, а трехфазную схему питания печи, либо подключать каждый электрод к отдельному источнику тока.

Наряду с параметрами ЭШП на геометрию металлической ванны влияет теплопроводность переплавляемого металла, определяющая скорость отвода теплоты в поддон и кристаллизатор. Это иллюстрируется результатами опытов по переплаву некоторых металлов и сплавов при неизменных количестве шлака и электрическом режиме (табл. 32). Следовательно, по мере увеличения теплопроводности переплавляемого металла можно увеличить производительность ЭШП.

Как отмечалось, охлаждающее влияние поддона и затравки сказывается на геометрии металлической ванны до заполнения кристаллизатора на высоту 1,0—1,5Dк. Далее наступает квазистационарный период формирования слитка, и зависимость глубины ванны от времени переплава качественно отображается так же, как и для ВДП. Однако, как показал опыт работы промышленных печей, выполнить это условие при ЭЩП удается только за счет дифференцированного режима переплава. По мере сплавления электрода уменьшается активное сопротивление контура короткой сети печи. Мощность, выделяемая в шлаковой ванне, увеличивается и растет глубина металлической ванны. Для устранения этого по мере оплавления электрода необходимо снижать ток и напряжение. Иx соотношение в каждый момент плавки должно обеспечивать оптимальный характер плавления электрода. В конце ЭШП с целью выведения усадочной раковины подводимая мощность также должна снижаться соответствующим образом.

Изложенное позволяет понять, что ЭШП присущи гораздо большие возможности воздействия на глубину и форму металлической ванны, чем ВДП. Этим он обязан, как указывалось, дополнительному технологическому параметру регулирования — шлаковой ванне. Изменение ее глубины и химического состава, величины разрядного промежутка позволяет в определенных пределах раздельно регулировать напряжение и ток, а также количественные и качественные характеристики теплообмена в шлаковой ванне даже при неизменной электрической мощности. В совокупности с остальными факторами воздействия (коэффициент заполнения кристаллизатора, изменение электрической мощности, равномерный обогрев зеркала металлической ванны) это придает ЭШП большую технологическую гибкость при выборе оптимальных параметров управления качеством слитка.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: