ПОВЕДЕНИЕ КАЛЬЦИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Верещагин С.О.(МЧМ – 07вм)

В процессе электрошлакового переплава металлический кальций, растворенный в расплаве фтористого кальция проявляет высокую рафинировочную способность. Как известно из литературных источников: экспериментально доказана эффективность удаления таких примесей как: кислород, сера, азот, фосфор, мышьяк, сурьма, олово при добавлении металлического кальция в шлак при ЭШП. При этом существенных изменений концентраций металлов: цинка, алюминия, никеля, хрома, марганца, а также углерода и кремния не наблюдается, что дает возможность получать высококачественные и особочистые металлы и сплавы с однородной структурой выплавляемого слитка.

Применение металлического кальция в процессах камерного электрошлакового переплава способствует рафинированию металла, но с другой стороны вносит ряд изменений в протекание тепловых процессов, что делает актуальным изучение изменения температурного поля, физики процесса и самого механизма поведения кальция в плавильном пространстве на различных стадиях переплава.

Наличие камеры обусловлено температурой кипения металлического кальция (1480°С), что при температуре процесса переплава (1600-2000°С) приводит к испарению металлического кальция.

Механизм поведения металлического кальция при электрошлаковом переплаве предположительно следующий: при использовании технологии твердого старта, происходит мгновенное расплавление металлического кальция и взаимодействие его с фтористым кальцием. В дальнейшем происходит испарение избыточного кальция, что способствует стабильному горению дуги, и как следствие расплавлению флюса. После полного расплавления шлака, начинается его перегрев, вследствие чего может наблюдаться испарение металлического кальция. Кальций будет испаряться до тех пор, пока не наступит равновесие активности кальция в шлаке и в газовой фазе. В процессе испарения, пары кальция конденсируются на стенках водоохлаждаемого кристаллизатора и на электроде, с образованием так называемой «короны». Её образование начинается на уровне, где парциальное давление чистого кальция равно парциальному давлению кальция в растворе фтористого кальция.

При установившемся процессе кальций расходуется на рафинирование переплавляемого металла, что приводит к снижению его активности, а как следствие парциального давления над расплавом. Металлический кальций начинает вновь переходить из атмосферы в расплав.

На границе электрод – шлак (место наибольшей концентрации тепловыделения) постоянно появляется вероятность вскипания металлического кальция, из-за чего нарушается режим сопротивления и может возникнуть электропробой. Дуговой разряд выдувает пары кальция в атмосферу печи, где они вновь конденсируясь образуют с парами и брызгами шлака корону на стенках кристаллизатора и электроде, которая в результате подплавления частично отдает кальций в реакционную зону. Таким образом, наблюдается циклический механизм перемещения кальция в зоне переплава.

Электропробои негативно сказываются на стабильности электрического режима, что приводит к ухудшению качества выплавляемого слитка. Явления электропробоя напрямую зависят от концентрации металлического кальция в шлаке.

Таким образом, для получения слитков высокого качества, необходимо поддерживать концентрации кальция в шлаке близкими к равновесным. Содержание металлического кальция также влияет на стабильность электрических параметров ведения плавки, что ставит задачу установления возможной зависимости параметров процесса от содержания металлического кальция в расплаве.

Рис.1 – Поведение кальция при камерном электрошлаковом переплаве

____________________

*Руководитель – профессор кафедры Электрометаллургия Рябцев А.Д.