CC BY
49
УДК 669.1.004.86
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ РАСХОДУЕМЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ЭШП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАЛЛ ИЗО ВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ И ЖИДКОЙ ЛИГАТУРЫ
И. В. Чуманов, ЕЛ. Ворона
Высокая себестоимость металла, получаемого в результате электрошлакового переплава (ЭШП), обусловлена значительными затратами при получении расходуемых электродов, которые составляют 65...85% от общей себестоимости выплавляемого слитка. В свою очередь затраты на производство электродов во многом определяются способом их изготовления.
В настоящее время на металлургических заводах применяют четыре способа производства электродов для ЭШП: прокатка на крупносортных станах, литье на машинах непрерывного литья заготовки, литье в специальные изложницы и ковка на молотах. Преобладающим способом изготовления электродов для ЭШП является их прокатка. В последнее время все большее распространение получает отливка электродов на МНЛЗ (УПНРС или МПНЛЗ) и в специальные изложницы, в т. ч. керамические. Указанные способы существенно отличаются между собой своими техническими возможностями и уровнем экономических показателей.
Литые электроды имеют наименьшую себестоимость. Причем для относительно дешевых марок наименьшие текущие затраты, несмотря на сравнительно больший расход металла, чем при отливке на МНЛЗ, обеспечивает разливка электродов в специальные изложницы. Это связано более низкими расходами по переделу, чем при отливке на МНЛЗ.
Наибольшую себестоимость имеют кованые электроды, что объясняется самыми высокими (по сравнению с другими способами) расходами по переделу в кузнечных цехах. Наименьших удельных капитальных затрат требует отливка электродов в специальные изложницы (в среднем на 30...35 % ниже, чем для катаных), далее идет разливка на МНЛЗ, затем прокатка и ковка.
В представленной таблице показаны средние затраты на производство расходуемых электродов разными по разным технологиям, в процентном соотношение. Как видно, наименьшие затраты отмечаются при отливке электродов в специальные изложницы, для более дорогих марок сталей - предпочтительна разливка на МНЛЗ. Однако следует заметить, что в реальных производственных условиях техникоэкономические показатели отливки электродов на МНЛЗ несколько хуже приведенных в таблице.
Электроды больших сечений, диаметром 500 мм и более, практически невозможно изготовлять методом прокатки. Поэтому основным способом изготовления расходуемых электродов больших размеров могут быть лишь разливка на МНЛЗ и в специзложницы [1].
С экономической точки зрения, перспективным является дальнейшее развитие способов получения расходуемых электродов методом литья в специальные изложницы. Использование метал-лизованных окатышей (с их преимуществами первородного сырья) в этом случае еще в большей степени позволит снизить себестоимость конечной металлопродукции.
Одним из путей снижения себестоимости электрошлакового металла является формирование расходуемых электродов с использованием метал-лизованных окатышей (МО). Это исключает из технологической схемы производства металла ЭШП такие трудоемкие операции по изготовлению электродов, как ковка и прокатка.
На основании проведенного анализа преимуществ и недостатков различных технологических вариантов осуществления процесса ЭШП МО были разработаны следующие варианты получения расходуемых электродов с использованием МО для последующего электрошлакового переплава.
Приведенные затраты в изготовлении расходуемых электродов, %
Вид электродов Марка стали
ШХ15 38ХМЮА 40ХНМА 12Х2Н4А ЭИ961 Х18Н10Т
Катаные 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Кованые 120,40 115,02 113,33 109,96 107,81 105,51
Литые в специзложницы 80,40 82,33 83,14 85,85 87,71 90,84
Литые на МНЛЗ (УПНРС) 83,50 83,39 84,57 87,18 87,92 90,62
* Работа выполнена при поддержке Гранта Президента РФ МД-2610.2008.8.
Чуманов И.В., Ворона Е.А.
1. Пропитка окатышей в металлической оболочке погружением в жидкую лигатуру.
Металлизованные окатыши первоначально подаются в стальную оболочку, выполненную в виде металлической сетки с диаметром ячейки, меньшим диаметра МО. Сформированный таким образом расходуемый электрод подогревают и погружают в жидкий расплав (рисунок, а) [2]. Полученный по данной технологической схеме электрод обладает достаточно равномерным распределением металлизованных окатышей по сечению и плотной их упаковкой.
Недостаткам данного способа является, сложность прогнозирования химического состава гото-
вого слитка ЭШП, а также невозможность получения расходуемых электродов диаметром более чем 200 мм, ввиду их недостаточной механической прочности.
2. Пропитка окатышей методом сифонной подачи лигатуры.
Подогретые металлизованные окатыши предварительно подаются в специзложницу и пропитываются лигатурой, подаваемой снизу под давлением. В качестве специзложницы используются сифонные трубки, изготовленные с использованием отработанного флюса процесса ЭШП МО, набранные по типу центровой в металлическом кожухе (рисунок, б) [3].
/& /У/ /// /// а/У ,
а)
10
Г% К * $
ц Л7 ЯШ у Р»
-; ^ лИве <4
Щ % » > шЩШ д
Ян
в)
Способы получения расходуемых электродов для ЭШП с использованием металлизованных окатышей и жидкой лигатуры: 1 - инвентарная головка; 2 - промежуточный ковш; 3 - жидкая лигатура; 4 - металлизованные окатыши; 5 - формообразующая сетка; 6 - литниковая система; 7 - керамическая изложница; 8 - металлический кожух; 9 - поддон; 10 - дозирующее устройство
Предварительная засыпка подогретых МО в изложницу и подача снизу жидкого металла под давлением позволяет добиться более равномерного распределения окатышей в объеме металлической матрицы. Использование жидкого металла в качестве жидкой металлической составляющей, позволяет обеспечить заданный химический состав получаемого расходуемого электрода, а также является основным связующим веществом. Подача жидкого металла под давлением, обеспечивает полное заполнение изложницы металлом на заданную высоту.
Недостатком данного способа является то, что предварительный подогрев МО (=800 °С) приводит к их вторичному окислению, что весьма негативно сказывается при последующем электрошла-ковом переплаве. Подача жидкого металла снизу в изложницу под давлением приводит к выдавливанию верхних слоев МО и требует наличие сверху специальных приспособлений. Наконец, отметим достаточно высокий расход лигатуры, что весьма значимо при производстве средне- и высоколегированных марок сталей.
3. Порционная подача окатышей и лигатуры в специзложницу.
Предварительно подогретые МО подаются в специзложницу одновременно с жидким металлом порциями (рисунок, в) [4].
Использование в процессе заливки расходуемого электрода порционной подачи МО вместе с жидким металлом, в зависимости от насыпной массы МО, позволяет обеспечить более равномерное распределение окатышей в объеме расходуемого электрода и снизить температуру их предварительного подогрева.
К недостаткам данного способа можно отнести то, что подача составляющих порциями приводит к значительному увеличению времени, затрачиваемого на получение готового расходуемого электрода, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях.
4. Одновременная подача окатышей и лигатуры в специзложницу.
Предварительно подогретые меташгазованные окатыши подаются в специзложницу одновременно с лигатурой в определенном соотношении и с определенной скоростью (рисунок, г) [5].
При получении расходуемых электродов по предлагаемому способу, необходимо с достаточной точностью определить соотношение металли-зованных окатышей и жидкой лигатуры, а также их скорости одновременной подачи, для обеспечения равномерного распределения компонентов по сечению и химической однородности слитка.
На основании проведенного анализа различных способов получения расходуемых электродов можно сделать вывод, что наиболее предпочтительным является способ одновременной подачи окатышей и лигатуры в специзложницу (способ № 4).
Для осуществления данного способа была
разработана математическая модель теплофизических процессов, протекающих в элементарной ячейке «металлизованный окатыш - расплав» [6].
При разработке математической модели исходили из следующих предпосылок:
1. Теплофизические параметры окатыша: теплопроводность, теплоемкость, плотность на протяжении всего процесса, остаются величинами постоянными.
2. Геометрической формой окатышей является сферическое тело.
3. Диффузией расплава в поры скелета в начале погружения МО в расплав жидкого металла следует пренебречь.
4. Поток тепла, обусловленный теплопроводностью скелета МО твердой корки, в расплаве определяет теплообмен между этими средами.
5. Каждый МО в расплаве окружает сферическое тело, заполненное жидким расплавом металла, с центром, совпадающим с центром окатыша, т. е. образуется многослойная ячейка правильной формы.
С помощью математической модели теплофизических процессов ячейки «металлизованный окатыш - расплав» были определены следующие технологические параметры формирования расходуемого электрода для электрошлакового переплава, с использованием МО:
а) температура жидкого расплава 1640.. .1660 °С;
б) температура предварительного подогрева МО200...500 °С;
в) соотношение МО и жидкого расплава от 1,5 : 1,0 до 2,5 : 1,0;
г) скорость совместной подачи МО и жидкого металла соответственно 3...5 кг/с и 1...2 кг/с.
В работе [7], изучены опытные отливки: определен химический состав, металлической и оксидной составляющей окатыша, лигатуры, металла пограничной зоны и неметаллических включений, где предварительный анализ качества полученного электрода показал хорошую пропитку и удовлетворительную поверхность наряду с достаточной механической прочностью.
Литература
1. Иванов, И.Н. Экономика производства расходуемых электродов для электрошлакового переплава / И.Н. Иванов, Л.Ф. Воробьева, Г.В. Бергауз // Проблемы спецэлектрометаллургми. - 1976. -№ 4. - С. 69-71.
2. Пат. № 2297462 Российская федерация, МПК7 С22В 9/18. Способ получения расходуемых электродов / В.И. Чуманов, В.И. Потапов, И.В. Чу-манов, В.В. Вотинов. - № 2005131403, заявл. 10.10.2005; опубл. 20.04.2007, Бюл. №11.
3. Пат. № 2260065 Российская федерация, МПК7. С22В 9/18. Способ получения расходуемых электродов / В.И. Чуманов, И.В. Чуманов, В.В. Вотинов, Д.А. Пятыгин. - № 2004129609, заявл. 08.10.2004; опубл. 10.09.2006, Бюл. №25.
4. Пат. № 2314355 Российская федерация, МПК7. С22В 9/18. Способ получения расходуемых электродов / И.В. Чуманов, Д.А. Пятыгин, Е.А. Ворона, В.И. Чуманов. - № 2006137501, заявл. 23.10.2006; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1.
5. Пат. № 2233895 Российская федерация, МПК7. С22В 9/18. Способ получения расходуемых электродов / В.И. Чуманов, И.В. Чуманов, ДА. Пятыгин, В.В. Вотинов. — № 2003108193, заявл. 24.03.2003; опубл. 10.08.2004, Бюл. №22.
6. Ворона, Е.А. Теплофизические процессы, протекающие при формировании расходуемого
электрода для ЭШП с использованием металлизованных окатышей / Е.А. Ворона, И.В. Чуманов,
B.И. Потапов // Современные проблемы электрометаллургии стали: материалы XIII Международной конф. - Челябинск: ЮУрГУ, 2007. —
C. 95-96.
7. Чуманов, И.В. К вопросу получения расходуемых электродов для электрошпакового переплава с использованием металлизованных окатышей / И.В. Чуманов, Д.А. Пятыгин, Е.А. Ворона // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». — 2008. — Вып. 10. -№9(109). - С. 14-15.
