Файл: Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 64

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
64,7
П р и м е ч а н и е . Числитель — резуль­ таты, полученные при прямой полярно­ сти; знаменатель — при обратной.
1,36
9,0
59,8
88,5
1,27
8 ,0
44,5
76,0
6,5
1,33
59,2
Сила тока, кА
Скорость плавления, г/с
Отношение
скоростей
плавления
Таблица 4
Влияние полярности дуги на скорость плавления стали 12Х2Н4А
в кристаллизаторе диаметром 320 мм

электроде, по-видимо­ му, расходуется на ис­ парение металла в зо­ не катодных пятен, а также на излучение, направленное преиму­ щественно на жидкую ванну.

Интересную возмо­ жность дополнитель­ ной оценки действи­ тельного распределе­ ния энергии дуги пред­ ставляет собой сравне­ ние скоростей плавле­ ния металла при пря­ мой и обратной поляр­ ности тока. Взятое при одной и той же силе тока отношение скоро­

стей плавления при разной полярности можно, по-види­ мому, рассматривать как отношение количества энер­ гии, получаемой катодом, и анодом. Это отношение, опре­ деленное при трех значениях силы тока, характеризуется относительным постоянством (табл. 4) и совпадает с данными [32]. Как и в предыдущем расчете, для катода получаем порядка 56—58%, а для анода 42—44%•

ТЕМПЕРАТУРА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Расплавленный металл удерживается на нижнем тор­ це электрода силами поверхностного натяжения в тече­ ние нескольких секунд. Этого времени достаточно для

сообщения металлу значительного

перегрева,

однако

в действительности температура его

остается

близкой

к точке ликвидус, так как весь избыток тепла

расходу­

ется на плавление электрода, а малая толщина расплав­ ленного слоя (около 1—2 мм) [33] исключает возникно­ вение в ней большого перепада температур.

Близость температуры металла, стекающего с элект­ рода, к точке плавления была установлена в специаль­ ных опытах [34]. В лабораторной вакуумной печп с кри­ сталлизатором диаметром 130 мм переплавляли элект­

роды из стали ШХ15 и сплава ХН77ТЮР.

В верхнюю

3*

35

 

 

 

 

 

часть

кристаллизатора устанав­

 

 

 

 

 

ливали графитовую втулку с от­

 

 

 

 

 

верстием, диаметр которого был

 

 

 

 

 

примерно равен диаметру элект­

 

 

 

 

 

рода (рис. 10). Дуга горела меж­

 

 

 

 

 

ду втулкой и электродом, а жид­

 

 

 

 

 

кий металл стекал в кристалли­

 

 

 

 

 

затор. При этом способе перепла­

 

 

 

 

 

ва исключалось воздействие дуги

 

 

 

 

 

на поверхность ванны. В кристал­

 

 

 

 

 

лизатор снизу было введено нес­

 

 

 

 

 

колько

термопар,

позволяющих

 

 

 

 

 

фиксировать температуру жидко­

 

 

 

 

 

го металла в разных

точках

по

 

 

 

 

 

высоте слитка. Результаты заме­

 

 

 

 

 

ров (табл. 5) свидетельствуют о

 

 

 

 

 

том, что в этом случае температу­

 

 

 

 

 

ра металла обеих марок незави­

 

 

 

 

 

симо от силы тока по существу не

 

 

 

 

 

отличается от точки ликвидус.

 

 

 

 

 

 

Следовательно

причиной наб­

 

 

 

 

 

людаемого перегрева

ванны

над

Рис. 10.

Схема

вакуумной

точкой плавления является не на­

грев металла

иа

 

электроде,

как

дуговой

плавки

«с вынесен­

 

ной

дугой» [34]:

 

полагали некоторые авторы [35],

1 — расходуемый

электрод;

а выделение энергии в анодной

2 — графитовая

втулка;

3 —

кристаллизатор;

4 — чехол

области дуги на поверхности ван­

термопары;

5 — поддон;

6 —

ны и излучение

катодных пятен.

фланец;

7 — термоэлектроды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 5

 

 

 

Температура жидкой ванны

[34]

 

 

 

 

 

при ВДП с вынесенной дугой

 

 

 

 

 

 

 

Температура,

°С, по

 

 

Марка

Условный

Сила

 

зонам слитка

 

 

Температура

стали

 

 

номер

тока,

 

 

 

 

 

 

ликвидус

 

 

 

плавки

кА

низ

середина

 

верх

сплава,

°С

ШХ15

 

1

1.7

1440

1440

 

 

 

—

1440

 

 

 

 

2

1.7

1440

1440

 

 

1450

 

 

 

 

3

1,7

1450

1450

 

 

 

 

ХН77ТЮР

4

1,7

1390

1400

 

 

1400

1380

 

 

 

 

5

1,7

1380

1400

 

 

1380

 

 

 

 

6

2,0

1380

1380

 

 

1380

 

 

36

Как уже указывалось, в результате перераспределе­ ния тепла жидкая ванна получает около половины энер­ гии дуги. Она расходуется на компенсацию потерь тепла с зеркала ванны, а также на перегрев жидкого металла.

Исследование температурного поля слитка пли хотя бы его жидкой части в условиях вакуумной дуговой плавки сопряжено с преодолением значительных техни­ ческих трудностей, поэтому не всегда дает падежные и воспроизводимые результаты.

Авторы [35], предпринимая попытку такого исследо­ вания, исходили, по-видимому, из представления, что должна существовать некоторая стабильная температу­ ра жидкой ванны. Поэтому они вводили в металл термо­ пару погружения и продолжали наплавлять слиток до тех пор, пока, по крайней мере, в течение 1 мин стрелка показывающего прибора не фиксировала одной и той же температуры, которую и принимали за температуру ван­ ны. Полученный таким образом перегрев был незначи­ тельным — на уровне 35-—50° С и очень слабо зависел от силы тока. Однако, учитывая заведомую неоднородность

температурного поля ванны (перегрев

на поверхности

и температура кристаллизации

у границы

раздела с

твердой фазой), этот метод и не мог дать иных

резуль­

татов. По существу была зафиксирована

температура

той области ванны, где градиент

ее

был

сравнительно

невысок, а это возможно лишь вблизи

точки

ликвидус.

По-другому решалась та же

задача

в работе [36].

Предварительными исследованиями

было

установлено,

что измерять температуру поверхностных

слоев

ванны

под током невозможно, так как под влиянием

электро­

магнитного поля дуги в термопарной

 

проволоке

наво­

дится значительная э. д. с. В связи с этим приняли сле­ дующую методику измерения. Перед окончанием плавки термопару с помощью специального устройства (рис. 11) опускали в зазоре между электродом и стенкой кристал­ лизатора до уровня ванны, прогревали в течение не­ скольких минут вблизи дуги, а затем опускали в жидкий металл и вводили под электрод. Глубину погружения регулировали, изменяя угол наклона чехла термопары.

После

дополнительной

выдержки под

током (100—

120 с)

печь выключали,

и в этот момент

на диаграмме

самопишущего прибора скачком устанавливалась дейст­ вительная температура металла. После этого термопара фиксировала кривую охлаждения слитка в месте ее рас­

37

 

 

 

 

 

 

 

положения. На этой кри­

 

 

 

 

 

 

 

вой при достаточном за­

 

 

 

 

 

 

 

глублении

в ванну после

 

 

 

 

 

 

 

снятия перегрева появля­

 

 

 

 

 

 

 

лась площадка ликвидус.

 

 

 

 

 

 

 

Она

служила

контроль­

 

 

 

 

 

 

 

ной точкой, подтвержда­

 

 

 

 

 

 

 

вшей правильность изме­

 

 

 

 

 

 

 

рений. Так, измеренная

 

 

 

 

 

 

 

этим

путем температура

 

 

 

 

 

 

 

начала

 

затвердевания

 

 

 

 

 

 

 

стали

 

ШХ15

составила

 

 

 

 

 

 

 

1440—1450° С,

а

сплава

 

 

 

 

 

 

 

ХІТ77ТЮР 1380° С. Полу­

 

 

 

 

 

 

 

ченную в момент выклю­

 

 

 

 

 

 

 

чения

 

печи температуру

 

 

 

 

 

 

 

металла относили к точке

 

 

 

 

 

 

 

расположения

спая тер­

 

 

 

 

 

 

 

мопары, определявшейся

 

 

 

 

 

 

 

после

 

остывания

слитка

Рис. И. Устройство для измерения

по остатку алундового че­

температуры

жидкой

ванны

хла в металле.

 

 

при

ВДП:

 

 

 

/ — кристаллизатор;

2 — слиток; 3—

Провели серию опытов

алундовый чехол; 4 — молибденовый

при

 

переплаве

стали

переходник; 5 — расходуемый элек­

 

трод;

6 — кронштейн;

7 — трубка;

ШХ15 в кристаллизаторе

8 — термоэлектроды;

9 — вакуумное

уплотнение; 10 — тросик;

 

11 — стер­

диаметром 280 мм при ра­

жень;

12— шток;

13 — вакуумное

зных значениях силы то­

 

уплотнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка. Наряду с замерами в

 

 

 

 

 

 

 

поверхностном слое в от­

 

 

 

 

 

 

 

дельных

случаях

погру­

 

 

 

 

 

 

 

жали

термопару

на глу­

 

 

 

 

 

 

 

бину до 50 мм. Это позво­

 

 

 

 

 

 

 

лило

оценить распределе­

 

 

 

 

 

 

 

ние температуры в ванне.

 

 

 

 

 

 

 

Оказалось, что значитель­

 

 

 

 

 

 

 

ный перегрев

над точкой

 

 

 

 

 

 

 

плавления

наблюдается

Расстояниепоглубине ванны, сп

только

в

непосредствен­

Рис. 12. Распределение температу­

ной близости

от

поверх­

ности,

а по мере

заглуб­

ры по глубине ванны при ВДП

стали

ШХ15 в

кристаллизаторе диа­

ления

термопары

темпе­

метром 280 мм при разной силе то­

ка (К — точки

относятся

к темпе­

ратура быстро снижается,

 

ратуре

ликвидус)

 

[36]:

причем

на

расстоянии

/ — 6,0

кА; 2 — 5,6

кА;

3 — 5,0 кА;

40—50 мм перегрев неза-

 

4 —4,2

кА;

5 — 3,3

кА

38

вііснмо от силы тока (в исследованных пределах, т. е. до 6 кА в кристаллизаторе диаметром 280 мм) не превышал

60°С (рис. 12).

Характер изменения температуры показывает, что по мерс приближения к фронту затвердевания ее гради­ ент уменьшается и что с повышением тока значение гра­ диента у фронта в осевой зоне слитка, несмотря на рост температуры поверхности, становится меньше. При силе

тока 5—6 кА

температурный градиент, по-видимому,

близок к нулю,

что подтверждает и рассматриваемый

в гл. 5 характер структуры слитка.

Таким образом, значительная доля сообщаемого ме­

таллу перегрева снимается в поверхностном слое жид­

кой вампы. Наиболее вероятной причиной этого является то, что слиток в верхней своей части находится в контак­ те со стенкой кристаллизатора, обеспечивающем срав­ нительно быстрый отвод тепла '. В результате рост глу­ бины ванны с увеличением силы тока ведет к уменьше­ нию температурного градиента у фронта затвердевания в осевой зоне слитка.

В другой серии опытов 21 ставилась задача выявить влияние на перегрев поверхностного слоя размера кри­ сталлизатора, силы тока и температуры плавления пере­ плавляемого металла. Провели замеры температуры при переплаве стали ШХ15, жаропрочного сплава ХН77ТЮР в кристаллизаторах диаметром 130, 280 и 380 мм. Абсо­ лютные значения температуры (табл. 6) растут с увели­ чением силы тока, а при заданной силе тока — с умень­ шением диаметра слитка. Для стали ШХ15 при прочих равных условиях они выше, чем для ХН77ТЮР. Это дает основание сопоставлять степень перегрева металла над точкой плавления, которая, согласно предложенной Л. Н. Белянчиковым3 формуле, является экспоненциальной

функцией

обратной

величины линейной плотности

тока D J I :

 

 

 

 

At = А(тях ехр (— ßDK//).

(Ю)

1 Далее

будет показано,

что зона быстрого

снижения темпера­

туры примерно совпадает с высотой этого контактирующего пояска.

2 Работа проведена на ЗМЗ и в Челябинском НИИМ А. П. Ка­ рякиным.

3 Беляичиков Л. Н. Исследование технологических параметров

вакуумной дуговой плавки сплавов на железной основе. Автореф. канд. дне. М„ 1962.

39

Смотрите также файлы