ПОВЕДІНКА КАЛЬЦІЮ ПРИ ЕЛЕКТРОШЛАКОВОМУ ПЕРЕПЛАВІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Верещагін С. О. (МЧМ – 07вм)

У процесі електрошлакового переплаву металевий кальцій, розчинений у розплаві фтористого кальцію проявляє високу рафинуючу здатність. Як відомо з літературних джерел: експериментально доведена ефективність видалення таких домішок як: кисень, сірка, азот, фосфор, миш'як, сурма, олово при додаванні металевого кальцію в шлаки при ЭШП. При цьому істотних змін концентрацій металів: цинку, алюмінію, нікелю, хрому, марганцю, а також вуглецю й кремнію не спостерігається, що дає можливість одержувати високоякісні й особливочисті метали й сплави з однорідною структурою виплавлюваного злитка.

Застосування металевого кальцію в процесах камерного електрошлакового переплаву сприяє рафінуванню металу, але з іншої сторони вносить ряд змін у протікання теплових процесів, що робить актуальним вивчення зміни температурного поля, фізики процесу й самого механізму поводження кальцію в плавильному просторі на різних стадіях переплаву.

Наявність камери обумовлена температурою кипіння металевого кальцію (1480°С), що при температурі процесу переплаву (1600-2000°С) приводить до випару металевого кальцію.

Механізм поводження металевого кальцію при електрошлаковому переплаву приблизно наступний: при використанні технології твердого старту, відбувається миттєве розплавлювання металевого кальцію й взаємодія його із фтористим кальцієм. Надалі відбувається випар надлишкового кальцію, що сприяє стабільному горінню дуги, і як наслідок розплавлюванню флюсу. Після повного розплавлювання шлаків, починається його перегрів, внаслідок чого може спостерігатися випар металевого кальцію. Кальцій буде випаровуватися доти, поки не наступить рівновага активності кальцію в шлаку й у газовій фазі. У процесі випару, пари кальцію конденсуються на стінках водоохлаждаемого кристалізатора й на електроді, з утворенням так називаної «корони». Її утворення починається на рівні, де парціальний тиск чистого кальцію дорівнює парціальному тиску кальцію в розчині фтористого кальцію.

При сталому процесі кальцій витрачається на рафінування металу, що переплавляє, що приводить до зниження його активності, а як наслідок парціального тиску над розплавом. Металевий кальцій починає знову переходити з атмосфери в розплав.

На границі електрод - шлаки (місце найбільшої концентрації тепловиділення) постійно з'являється ймовірність скипання металевого кальцію, через що порушується режим опору й може виникнути электропробій. Дуговий розряд видуває пари кальцію в атмосферу печі, де вони знову конденсуючись утворять із парами й бризами шлаків корону на стінках кристаллизатора й електроді, що у результаті підплавління частково віддає кальцій у реакційну зону. Таким чином, спостерігається циклічний механізм переміщення кальцію в зоні переплаву.

Електропробої негативно позначаються на стабільності електричного режиму, що приводить до погіршення якості виплавлюваного злитка. Явища электропробоя прямо залежать від концентрації металевого кальцію в шлаку.

Таким чином, для одержання злитків високої якості, необхідно підтримувати концентрації кальцію в шлаку близькими до рівноважного. Зміст металевого кальцію також впливає на стабільність електричних параметрів ведення плавки, що ставить завдання встановлення можливої залежності параметрів процесу від змісту металевого кальцію в розплаві.

Рис.1 - Поводження кальцію при камерному електрошлаковому переплаву

____________________

*Керівник - професор кафедри Електрометалургія Рябцев А.Д.