弧长对重熔过程的影响 真空电弧重熔的主要作用
真空电弧重熔是当今冶炼优质特钢和**级合金的高精设备,在特种冶炼工艺中占据较其重要的地位,主要用于生产飞机制造工业中所需的高性能材料。真空自耗熔炼过程是自耗电极加热、熔化、凝固的连续过程。输入能量主要取决于电压与有效电流,保证一个稳定的、形状规则的熔池取决于熔化速率、电流、弧间隙等因素。
如今,真空自耗重熔炉的主要作用在于控制凝固过程,特别是偏析敏感的合金。为得到高度均质化、完全致密的钢锭,必须控制凝固过程。而凝固过程中的变量是影响凝固状态的重要因素。这些变量主要有:1)弧长;2)熔速;3)冷却速度;4)炉压;5)电极质量等。这些变量主要影响凝固过程中电流、热能的分布及流向。电极间隙还决定着熔速,从而间接地影响重熔精炼的效果,因此,保持恒定的电弧长度,对于连续、安全、稳定的熔炼以及获得质地均匀的重熔锭十分重要。当电极间隙恒定时,弧长可以认为与电极间隙正相关。电弧过长,电弧热量损失过大,金属熔池呆滞,表面有漂浮有杂质,“格架”被熔化,金属的玷污程度增加,并且容易发生边弧,造成事故。弧长过短,会造成电弧频繁短路而使熔池温度急剧变化,熔速随之波动大,喷溅现象严重。弧长正常时,熔池十分清晰活跃,熔池呈“水纹”状波动,并将漂浮的杂质逐渐推向结晶器壁,电极末端出现“唇边”。
因此,真空自耗重熔过程中保持合适弧长是能否获得较好凝固质量的关键。控制通过监视电极间隙指示器来驱动控制料杆的位置和速度,以达到理想的电弧间隙,现普遍采用平均电压控制和熔滴短路频率来控制。
电渣冶金炉新技术
1、优质大钢锭制备
随着动力设备的大型化及核dian站的建设,生产大于100~360 t的大钢锭已成当务之急。早在1971年德国萨尔钢厂Searshl GmbH建成FB45/165G低频电渣炉(2~10Hz),较da锭重165 t[6]。美国公司制造了4台92~100 t同轴电渣炉。1981年我国上海重型机器厂建成200 t级的三相双较串联电渣炉,较da锭重205 t[7]。目前显示生命力的技术是电渣中心填充及电渣热封**。
2、电渣中心填充技术MHKW[8,9]
电渣中心填充技术MHKW法是米德威尔—海宾斯托(Midvale-Heppenstall)和克洛伊克纳—威克(Klockner-Werhe)两家公司联合研究成功的生产大锭的新技术。重量**过100 t的铸锭,往往是用电弧炉或转炉钢经真空脱气,浇注成大锭。将铸锭加热到锻造温度,热冲空中心或掏孔,疏松、偏析区被去除。铸锭在400 ℃左右保温,在较小功率的电渣重熔下进行电渣填充,因空心锭代替了水冷铜模,故又称“电渣自熔模”。电渣填充过程是用固渣引燃,自耗电极利用电流通过渣池析出电阻热将自耗电极熔化,自熔模内壁熔化率相当充填金属的1/5。炼好后MHKW锭热送加热、锻造。填充过程要保持熔深均匀,输入功率必须递减。而且自熔模与填充金属有温差,避免同步收缩而产生显微裂纹,因此,自熔模的预热、保温至关重要。
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电渣炉在相对低的电流下重熔
这种解决办法,利用尽可能低的电流进行重熔。小直径的自耗电极,结合高渣阻的炉渣,提高了渣池的压降。因此,必要的重熔功率可在较低的熔化电流下得到。由于磁场储存的能量与电流的平方成正比,即使是适度电流的减少也大大地有助于此问题的解决。另外,因为涡流造成的在钢铁材料附近的损失也正比与电流的平方,同样的改善也适用于这里。用较低的电流也能减少液态金属搅拌的问题,尽管它不能完全消除。
这个部分解决的电气问题有的对操作和后步工艺产生了一些后果。小电极直径导致电极被远远长于钢锭(通常2-3倍长,取决于钢锭尺寸和要重熔的合金)。这通常会导致电极太长不容易浇注成一只电极,所以电极是铸造成几根而且电渣炉在重熔过程中要能够进行一次或多次电极的交换。为了尽量减少重熔过程的中断,可采用的做法是,尽量减少断电的时间。因此,要利用短结晶器进行重熔,结晶器的长度只满足容纳液态渣和金属就可以。减少结晶器的长度,目的是为了重熔完的电极能够从结晶器中抬出,新电极能够插入结晶器中。为了保持短结晶器的定位,以能够容纳熔融炉渣和金属熔体,要采用抽锭或者抬结晶器的方式重熔。这种交换电极和移动结晶器(或铸锭)类型的炉子的机械设备与使用一根电极进行生产的炉子需要更复杂的机械。因此,交换电极必须在30-120s内完成,即使在完成交换电极和复电过程中zui小的拖延和故障(操作、机械、电气或控制),就可能导致重熔过程的失败,或者部分注定报废。