Конструктивно-технологические особенности при плазменно-дуговой плавка » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Конструктивно-технологические особенности при плазменно-дуговой плавка

30.10.2020

Основное достоинство генераторов низкотемпературной плазмы состоит в том, что они по аналогии с электроннолучевыми пушками представляют собой независимые источники теплоты. Однако, как указывалось ранее, эффективное использование энергии пучка ускоренных электронов возможно лишь в достаточно глубоком вакууме. Это предопределяет необходимость герметичных камер и вакуумного оборудования при осуществлении любого технологического процесса с использованием электронно-лучевых пушек, в том числе и ЭЛП.

Возможности ПДП в этом аспекте значительно шире. Плазменная (сжатая) электрическая дуга устойчива в диапазоне давления окружающей атмосферы от 10в4 Па (100 мм рт. ст ) до (2—3)*10в5 Па (2—3 атм). Причем в качестве плазмообразующего может использоваться любой газ или их смесь, следовательно, атмосфера в печи может быть различной (нейтральная, восстановительная, окислительная). Известны также генераторы низкотемпературной плазмы, предназначенные для эксплуатации при существенно более низком давлении, чем указанное. Однако в связи с очень малым расходом плазмообразующего газа (около 5*10в-6 м3/c), с большим основанием их можно причислить к так называемым нерасходуемым электродам для осуществления дугового переплава в вакууме.

Технологические схемы ПДП, т. е. процесса, предназначенного для получения высококачественных слитков методом направленного затвердевания металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе, во многом сходны со схемами ЭЛП (рис. 118).

С помощью плазмотронов можно переплавлять как расходуемую заготовку, так и некомпактную шихту. Переплав может осуществляться либо непосредственно в кристаллизаторе, либо с использованием промежуточной емкости. Расходуемая заготовка может подаваться в зону плавления сбоку и сверху, соосно с кристаллизатором. Подача одной или нескольких заготовок сбоку дает возможность существенно уменьшить высоту печи ПДП, одновременно плавить заготовки различного химического состава и с различной скоростью, т. е. получать слитки сплавов из простых материалов. Однако одноплазмотронные печи ПДП (конструкция ИМЕТ им. А.А. Байкова АН России) не получили промышленного применении в связи с ограниченной мощностью, необходимостью использования сравнительно тонких, следовательно, более трудоемких и дорогих в изготовлении расходуемых заготовок, неоднородностью распределения температуры по поверхности металлической ванны, меньшей эффективностью использования теплоты, а также по ряду других причин.
Конструктивно-технологические особенности при плазменно-дуговой плавка

Несмотря на значительно большую высоту печей ПДП с вертикальной подачей заготовки (схема ИЭС им Е.О. Патона АН Украины), применение их предпочтительнее. Мощность таких агрегатов сравнительно просто увеличивается за счет использования соответствующего количества плазмотронов (обычно 3—6 шт.). При радиальном размещении плазмотронов вокруг кристаллизатора можно изменять расположение зон обогрева металлической ванны, добиваться большей однородности температурного поля ее поверхности в кристаллизаторе не только круглого, но и любого поперечного сечения. К расходуемой заготовке в этом случае предъявляются менее жесткие требования: ее поперечное сечение по форме может быть любым, а по габаритам — близким к размерам сечения кристаллизатора. При вертикальной подаче заготовки технологическая теплота процесса используется полнее, поскольку она экранирует излучение металлической ванны и плазменных дуг. Благоприятнее в этом случае и условия рафинирования металла на оплавляющемся торце.

Возможность раздельного изменения мощности плазмотронов и скорости плавления металла придает процессу ПДП большую технологическую гибкость. Независимый источник теплоты позволяет регулировать продолжительность пребывания металла в жидком состоянии, глубину и форму металлической ванны, следовательно, целенаправленно воздействовать на ход металлургических процессов и затвердевание металла.

К этому следует добавить, что возможности активного вмешательства в тепло- и массообменные процессы при ПДП расширяются за счет использования различных плазмообразующих газов, а также применения синтетических шлаков. Высокотемпературное взаимодействие металла с плазмой дугового разряда интенсифицирует химические реакции и позволяет добиваться результатов, недостижимых в условиях обычных сталеплавильных агрегатов. В частности, благодаря возможности легирования металла азотом из газовой фазы, ПДП обеспечивает получение высококачественных слитков азотсодержащих сталей без использования дорогостоящих азотированных ферросплавов. Дозированная подача синтетических шлаков на поверхность металлической ванны в ходе переплава способствует не только усилению рафинирующего эффекта, но и, что не менее важно, получению слитка, по качеству поверхности не уступающего слитку ЭШП.

Вместе с тем, несмотря на большую технологическую гибкость процесса ПДП, при переплаве расходуемой заготовки ему в общем трудно составить конкуренцию методам ВДП и ЭШП. Энергетическая эффективность ПДП ниже, оборудование для него сложнее конструктивно и в обслуживании, требуется применение дорогостоящих инертных газов.

Следует отметить, что использование плазмообразующих газов не только увеличивает расходы на переплав, но и усложняет оборудование ПДП. В печах сравнительно небольшой мощности расход газа невелик и его обычно не утилизируют после выхода из камеры. При этом требуется лишь дополнительное оборудование для осушения газа и очистки его от примесей перед подачей в плазмотроны. С увеличением мощности и количества последних расход газа возрастает и сбрасывать его в атмосферу невыгодно. Для многократного использования газа плазменно-дуговые печи оборудуют системами его рециркуляции, предусматривающими очистку газа от твердых и газообразных примесей, загрязняющих его в процессе переплава металла.

Кроме системы рециркуляции, печи ПДП оснащаются и вакуумным оборудованием, что необходимо не для поддержания низкого давления в камере печи при переплаве, как, например, при ВДП или ЭЛП, а лишь для предварительной откачки из нее воздуха перед заполнением плазмообразующим газом. Поэтому система вакуумирования печей ПДП сравнительно проста и изготовляется на основе форвакуумных насосов.

С учетом указанных особенностей каноническая схема ПДП получила ограниченное применение на заводах качественной металлургии. Вместе с тем независимость источника теплоты и возможность переплава металла при нормальном атмосферном или даже повышенном давлении указывают на целесообразность использования ПДП для получения слитка из некомпактной шихты. Причем если ЭЛП металлов и сплавов с высоким уровнем газонасыщенности пли большим содержанием элементов с высокой упругостью пара затруднителен, то ПДП такого рода шихты можно осуществлять без нарушения хода процесса и существенных потерь металла или легирующих за счет испарения.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: