РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ВОДООХЛАЖДАЕМОГО
ТОКОПОДВОДЯЩЕГО
СЕКЦИОННОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА
В разделе 1 отмечалось, что прогрессивная идея, заложенная в конструкцию ТПК,
потребовала десятилетнего ее доведения до работоспособного состояния. Это было
связано как с выбором оптимальных размеров отдельных секций кристаллизатора и
электрической схемы подключения к ним напряжения, так и с обеспечением
долговечности всех элементов.
2.1. Оптимизация параметров электрошлакового процесса
и разработка многосекционной конструкции и
электрической схемы ТПК
Кристаллизатор, заявленный по авторскому свидетельству № 264427 [39],
представлял собой трехсекционное устройство, на наружной стороне которого при
необходимости располагался последовательно подключенный к сварочной цепи
соленоид.
В случае использования соленоида он был электрически связан с верхней
токопроводящей секцией кристаллизатора и с одной из клемм вторичной цепи
источника питания. Вторая клемма источника питания была соединена с поддоном
либо непосредственно с наплавляемой заготовкой (см. рис. 1.13). В конструкции
предусматривалась защита токопроводящей секции от электроэрозии, в частности с
помощью графитовой футеровки.
Первые опыты по определению работоспособности ТПК были проведены как на
постоянном, так и переменном токах. Было установлено, что процесс на постоянном
токе происходит только при прямой полярности (минус на токопроводящей секции) с
заметным разрушением (эрозия) стенки, через которую проходит ток наплавки.
Причем, даже на прямой полярности, процесс протекал лишь на флюсах с
определенной электропроводностью. В частности, на флюсах АН-8, АН-348А, АНФ-14
процесс стабилизировать не удавалось.
На переменном токе электрошлаковый процесс можно было осуществлять на флюсах
системы CaF2-CaO-MgO-SiO2-Al2O3. Но были и свои особенности, например,
присутствие во флюсах СаО серьезно нарушало стабильность процесса.
Большое значение для нормального ведения электрошлакового процесса имела
величина напряжения холостого хода. При низких ее значениях (менее 45 В) начать
процесс было затруднительно или невозможно.
Все попытки запустить данное устройство в длительную и стабильную работу путем
изменения электрического режима, состава флюсов, размеров токопроводящей и
промежуточной секций не давали положительных результатов. Расплавленный металл
скапливался в верхней части кристаллизатора, а имеющий пониженную температуру
шлак кристаллизовался почти по всей высоте кристаллизатора - от поддона до
промежуточной секции.
Это привело к необходимости поиска оптимальных размеров секций и электрической
схемы ТПК.
За основу выполняемых исследований было принято решение об использовании в
опытах переменного тока, как наиболее часто применяемого при электрошлаковых
процессах и не требующего для его получения специальных источников питания
повышенной электрической мощности.
Первоначально было предложено, помимо гладкоствольного кристаллизатора,
использовать кристаллизатор с уширенной верхней секцией, а подвод напряжения
осуществлять к этой секции и нижней формирующей (рис. 2.1). При этом
обеспечивался хороший разогрев шлака во всем его объеме. Но возникали трудности
с наведением шлаковой ванны и нормальным выполнением наплавки. Наличие двух
водоохлаждаемых электродов отрицательно сказывалось на стабильности
электрошлакового процесса из-за сильного охлаждения шлаковой ванны.
Рис. 2.1. Базовая схема трехсекционного ТПК с уширенной верхней секцией: 1 -
формирующая секция; 2 - изолирующая прокладка; 3 - промежуточная секция; 4 -
графитовая футеровка; 5 - токопроводящая секция; 6 - металлическая ванна; 7 -
шлаковая ванна; 8 - заготовка; 9 - поддон.
Главным недостатком такой схемы подключения являлось то, что интенсивно
разрушалась формирующая секция кристаллизатора. Выполнение ее тоже с защитной
футеровкой, как и верхней токопроводящей секции, значительно усложняло
конструкцию ТПК.
Были опробованы другие схемы подключения напряжения: промежуточная
секция-поддон, нижняя секция-поддон. Но все они не дали положительного
результата. Поэтому было решено для дальнейших экспериментов напряжение
подводить к заготовке (поддону).
На этом этапе исследований было установлено, что диаметр токопроводящей секции
может быть равным или превышать диаметры остальных секций. Причем при наплавке
слоя толщиной примерно 10…20 мм секция обязательно должна иметь уширение для
обеспечения нормального протекания электрошлакового процесса. Высоту секции
следует выбирать в пределах 50…70 мм. В этом случае сохраняется возможность
изменения объема шлаковой ванны и оптимизируется расход материалов на
изготовление секции.
Параллельно проводили исследования по созданию упрощенной (двухсекционной)
конструкции кристаллизатора.
Базовая модель такого кристаллизатора представлена на рис. 2.2. Ее
отличительной особенностью является отсутствие промежуточной секции и
использование в качестве токопроводящего элемента графитовой втулки,
изолированной по вертикальной поверхности и нижнему торцу от формирующей
секции.
Рис. 2.2. Базовая конструкция двухсекционного кристаллизатора: 1 - заготовка; 2
- стальное прижимное кольцо; 3 - медное токопроводящее кольцо; 4 - графитовая
секция; 5 - изоляционные прокладки; 6 - медная секция; 7 - коллектор; 8 -
индукционный датчик.
При такой схеме после заливки шлака в кристаллизатор начинается не шлаковый, а
дуговой процесс из-за быстрого разрушения изоляции как в случае применения
покрытия из слюды,
- Київ+380960830922