автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Особенности плавления и кристаллизации металла при ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода

На правах рукописи

ПЯТЫГИН Дмитрий Александрович

ОСОБЕННОСТИ ПЛАВЛЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛА ПРИ ЭШП НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ С ВРАЩЕНИЕМ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА

Специальность 05.16.02 —"Металлургия черных, цветных и редких металлов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 2006

Работа выполнена на кафедре общей металлургии Южно-Уральского государственного университета.

Научный руководитель — доктор технических наук,

доцент

Чуманов Илья Валерьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Вдовнн Константин Николаевич

Ведущее предприятие - ОАО "ЗМЗ" (Златоустовский

металлургический завод)

Защита состоится « б » декабря 2006 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.298.01 в Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, Г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76., корпус 1,ауд. 911.

Факс: 8(351)267-91-23, Е-таП: dap@2b-susu.ni

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан « 3 » , ноября 2006 года.

кандидат технических наук, доцент

Грибанов Виктор Павлович

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук, профессор

Мнрзаев Д. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время во всём мире уделяется внимание снижению себестоимости выпускаемой продукции при увеличении её качества и наращивании объёмов производства. Наиболее перспективными способами повышения качества металла и улучшения их физико-механических свойств являются переплавные процессы, в частности электрошлаковый переплав (ЭШП). Ему подвергаются почти все основные классы сталей, в том числе и ответственного назначения. ЭШП предполагает активное управление процессом в направлении получения металла с минимальной концентрацией неметаллических включений определенной морфологии и дисперсности, повышения служебных свойств металла и, как следствие, повышения физико-механических свойств металлопродукции. Однако низкая энергетическая эффективность процесса, высокая стоимость электроэнергии (порядка «30% от себестоимости тонны электрошлакового металла приходится на электроэнергию) и используемых при переплаве флюсов не позволяет сделать электрошлаковый металл дешевым.

Снизить расход потребляемой электроэнергии при ЭШП возможно за счет ведения переплава на постоянном токе. Однако постоянный ток при ЭШП не нашел массового применения. Основными недостатками ЭШП на постоянном токе называют: высокую стоимость выпрямительного оборудования, отсутствие стабильности электрических параметров на протяжении всего переплава, относительно высокую загрязненность выплавленного. металла неметаллическими включениями и появление кристаллизационных дефектов (пятнистая ликвация, изменение угла наклона столбчатых кристаллов в продольном сечении слитка, послойная кристаллизация) возникающих вследствие неконтролируемого движения шлаковой и жидкой металлической ванны.

В связи с выше изложенным, становится понятным актуальность проведенной работы, целью которой является изучение воздействия постоянного тока и центробежных сил при электрошлаковом переплаве расходуемых электродов на процессы плавления, транспортировки, кристаллизации металла и выявление параметров, позволяющих повысить технико-экономические показатели переплава и качество получаемого металла.

Работа выполнялась при финансовой поддержке: №01.20.0308443, тема «Исследование влияния скорости вращения расходуемых электродов на массовую скорость их плавления с целью создания системы автоматического бесступенчатого регулирования скоростью переплава при переплавных процессах», 2002 г.; МД-101.2003.08, тема «Изучение влияния центробежных сил при электрошлаковом переплаве на постоянном токе на макро- микроструктуру и механические свойства литого и деформированного металла», 2003 г.; грант для молодых учёных Челябинской области, тема «Разработка технологии электрошлакового переплава на постоянном источнике тока и исследование качества металла)) в 2003 г.; Ха 02.444.11,7148, тема «Изучение процесса управления макро- и микроструктурой при получении новых материалов методом ЭШП на постоянном токе в поле действия внешнего воздействия», 2005 г.

Данная работа является продолжением работ Вачугова Г\А. и Чуманова В.И. Большое влияние на постановку проблемы и помошь в ее решении оказали работы авторов Истомина С.А, и Миронова Ю.В.

Цель работы

Изучение воздействия постоянного тока и центробежных сил при электрошлаковом переплаве расходуемых электродов на процессы плавления, кристаллизации металла и выявление параметров, позволяющих повысить технико-экономические показатели переплава и качество получаемого металла.

Задачи работы

В ходе выполнения работы необходимо решить следующие задачи.

1. Обосновать применение постоянного тока при ЭШП.

2. Решить задачи количественной и качественной оценки электромагнитных сил при ЭШП на постоянном токе, для конкретных технологических параметров.

3. Комплексно изучить изменения характера плавления, кристаллизации металла при электрошлаковом переплаве на постоянном токе с внешним воздействием (вращение расходуемого электрода вокруг своей оси).

4. Изучить качество экспериментального металла в литом и деформированном состоянии полученного ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода.

Научная иовизна

Впервые осуществлен комплекс теоретических и экспериментальных исследований элекгрошлакового переплава на постоянном токе с вращением расходуемого электрода вокруг собственной оси - процессов плавления, транспортировки и кристаллизации металла, энергетической эффективности процесса и качества переплавленного металла.

1.Показано, что при электрошлаковом переплаве на постоянном токе без вращения электрода тепловой центр смещен относительно оси кристаллизатора вследствие действия на жидкий металл электромагнитных сил. Аналитическая оценка пондеромоторных сил, действующих на каплю электродного металла, ванну жидкого металла и шлака, подтвердила их негативное влияние на структуру формируемого слитка.

2. Подтверждено, что изменение скорости вращения расходуемого электрода при ЭШП на постоянном токе влияет на процессы плавления и кристаллизации металла так же, как и при ЭШП на переменном токе.

3. Показано позитивное влияние рассредоточения места падения капель электродного металла в жидкую металлическую ванну на ее форму и глубину, и, как следствие, на направление роста кристаллов. По мере приближения места падения капель ближе к стенкам кристаллизатора фронт кристаллизации становится более плоским, что обеспечивает рост кристаллов в осевом направлении. При этом увеличивается плотность слитка, уменьшается расстояние между осями 1-го и П-го порядка.

4. Установлено, что при ЭШП на постоянном токе с вращением электрода рафинирующая способность процесса увеличивается, поскольку плёнка на торце электрода более равномерна, а толщина её меньше. Кроме того, в случае вра-

щения электрода отрывающиеся под действием центробежных сил капли металла имеют меньший размер и проходят более длинный путь в шлаке, что также способствует более полному удалению включений в шлак.

Практическая ценность

Сформулированные положения о влиянии электромагнитных и центробежных сил, возникающих при ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода, и предложенные на этой основе технологические решения позволили:

- предложить способ электрошлаковой плавки с вращением расходуемых электродов, в результате чего удаётся:

• экономить до 15% рабочего флюса,

• снизить расход электроэнергии на 38%,

• повысить производительность на 26% без увеличения подводимой мощности;

- предложить способ компенсирования влияния электромагнитных сил на жидкую металлическую ванну;

- опытным путем в зависимости от подводимой мощности определить величину центробежных сил способных стабилизировать ванну жидкого металла;

- предложить рекомендации по определению оптимальной скорости вращения расходуемого электрода с учётом технологических параметров;

- повысить рафинирующую способность ЭШП на постоянном токе и стабилизировать металлическую ванну относительно оси слитка.

На защиту выносятся:

1) качественная и количественная оценка электромагнитных сил в зоне плавления элекгрода;

2) технологические особенности электрошлакового переплава на постоянном токе с вращением расходуемого электрода вокруг своей оси;

3} результаты комплексного исследования качества опытного металла, полученного ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены: на Международной конференции «От булата до современных композиционных материалов», Курган, КГУ, 1999 г.; на Х1-й и Х11-Й Международных конференциях «Современные проблемы электрометаллургии стали» (Челябинск, 2001 г. и 2004 г.); на Международной научно-практической конференции «Автоматизированный печной агрегат — основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века» (Москва, МИСиС, 2002 г.); на IV Международной научно-технической конференции, посвященной 120-летию академика И.П. Бардина «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, ЧТУ, 2003 г.); на Международной научной конференции «Современные проблемы теории и практики производства качественной стали» (Мариуполь, ПДГУ, 2004 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 печатных работы.

Структу ра и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 137 страниц машинописного текста, 35 рисунков, список литературы 72 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обоснована актуальность выбора темы диссертации. Показано, что разработка и внедрение новых технологий должны базироваться на активном управлении процессом ЭШП в направлении повышения тепловой эффективности, снижение расхода электроэнергии и улучшения качества получаемого металла.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выполнен литературный обзор, в котором проанализированы теоретические и экспериментальные работы различных авторов, связанные с вопросом применения постоянного тока при элекгро шлаковом переплаве. На основе анализа литературных источников показано, что:

1. В настоящее время достаточно остро стоит вопрос использования недогруженных мощностей вакуумно-дуговых печей (ВДП), так как задачи, которые выполняли данные установки, успешно решаются методами внепечной обработки стали. Наиболее рационально представляется не демонтировать их, а реконструировать в электрошлаковые установки постоянного тока. Это позволит решить проблему дорогостоящего выпрямительного оборудования для печей ЭШП на постоянном токе. При реконструкции можно оставить вакуум-камеру, что позволит вести электрошлаковый процесс в контролируемой атмосфере или при низком вакууме.

2. При использовании постоянного тока в цепи электрошлаковой установки отсутствует реактивное сопротивление и связанные с этим потери энергии. Устраняется необходимость в дополнительном управлении переплавом для компенсации реактанца по мере расплавления электрода, т.к. укорочение электрода по мере его расплавления связано лишь с уменьшением активного сопротивления короткой сети.

3. При ЭШП на постоянном токе происходит электролиз шлака, вследствие этого на катоде и аноде наблюдаются при электродные падения потенциалов, определяемые напряжением разложения электролита и поляризационными перенапряжениями. Вследствие электролиза компоненты флюса диссоциируют на положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. С увеличением количества крупных сложных анионов уменьшается подвижность катионов, а сопротивление шлаковой ванны и количество выделяемого током тепла увеличивается, что позволяет ожидать изменение тепловой эффективности, рафинирующей способности процесса и возможности восстановления легирующих элементов.

4. Электрохимические процессы вызывают появление катодных и анодных поляризационных перенапряжений, которые зависят от плотностей тока на электроде и поверхности жидкой металлической ванны. Диффузионные торможения в шлаке приводят к повышению призлектродного сопротивления, что приводит к перераспределению в шлаковой ванне джоулевых источников теп-

лоты таким образом, что основное тепло выделяется в тонком слое у поверхности элекгрода, тем самым интенсифицируя процесс плавления,

5. В зависимости от полярности тока существует возможность снижения концентрации кислорода (обратная полярность) или водорода (прямая полярность). Однако отмечается, что вне зависимости от полярности тока рафинирующая способность процесса по неметаллическим включениям снижается.

6. В условиях электрошлакового переплава на постоянном токе возникающие магнитные поля, поляризационные эффекты в шлаковой ванне, внеосевой тепло- и массоперенос приводят к неконтролируемому, индивидуальному, интенсивному вращению шлаковой и жидкой металлической ванны в течение всего переплава. Данное обстоятельство приводит к значительному искажению структуры формируемого слитка (изменение угла наклона кристаллов в продольном сечении слитка), тем самым, исключая одно из основных достоинств электрошлакового металла — однородную структуру.

7. Стабилизировать жидкую шлаковую и металлическую ванну относительно оси слитка и повысить рафинирующую способность процесса возможно за счет применения внешнего воздействия на них. Среди рассмотренных методов, на наш взгляд наиболее перспективным является способ электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода вокруг своей оси.

В связи с выше изложенным, ставятся следующие основные задачи исследования.

1. Теоретически и экспериментально изучить поведение жидкой металлической ванны, а именно фронта кристаллизации, при электрошлаковом процессе на постоянном токе.

2. Разработать аналитические зависимости, учитывающие влияние внешнего воздействия на положение фронта кристаллизации при ЭШП на постоянном токе, обеспечивающего внеосевой тепло- и массоперенос и наилучшие условия рафинирования металла.

3. Разработать схему модернизации полупромышленной установки А-550 для ведения переплава, как на переменном, так и на постоянном токе, с возможностью вращения расходуемого электрода с различной скоростью.

4. Экспериментально исследовать влияние вращения расходуемого электрода на различные характеристики электро шлакового процесса на постоянном токе, в том числе: производительность, расход электроэнергии, стабильность процесса, влияние разогрева электрода на производительность и т.д.

5. Изучить влияние постоянного тока и вращения расходуемого электрода с различной скоростью на качество получаемого металла, как в литом, так и в деформированном состоянии.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ЭШП НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

При электрошлаковом переплаве на постоянном токе электромагнитные силы действующие на жидкий металл и шлак значительно сказываются на характере плавления электрода и состояния шлаковой и металлической ванн во время процесса.

Эффект воздействия электромагнитных сил связан как с несимметричностью то ко подводов, так и с наличием вблизи кристаллизатора несимметрично расположенных ферромагнитных масс, о чем свидетельствует опыт работы печей вакуум но-дугового переплава. При одностороннем подводе тока к поддону и электроду последний оплавляется в большей мере со стороны противоположной подводу тока (рис. 1,а) и как следствие этого смещение центра тепло- и массопсреноса. Согласно модели Томмани и Край, ток при ЭШП разделяется на две составляющие: горизонтальную и вертикальную (рис. 1,6).

Рис. 1. Схема воздействия электромагнитных сил и распределение тока при ЭШП на постоянном токе

Горизонтальная ветвь тока протекает через шлаковую ванну, замыкается на кристаллизатор и поддон печи. Вертикальная ветвь тока протекает через шлаковую и жидкую металлическую ванну, затем через слиток и замыкается на поддон печи. Между токами действует электромагнитная сила — сила Ампера. Данные токи и электромагнитные силы оказывают значительное влияние на формируемую структуру получаемых слитков. Они вызывают неконтролируемое движение ванны жидкого металла и шлака и, как следствие, появление таких кристаллизационных дефектов как пятнистая ликвация, изменение угла наклона столбчатых кристаллов в продольном сечении слитка. Об этом свидетельствуют экспериментальные плавки с фиксацией жидкой металлической ванны, проведенные на кафедре «Общая металлургия» (рис. 2). Для компенсирования действия электромагнитных необходимо произвести их качественную и количественную оценку. В реальной практике электрошлакового процесса обеспечить идеальную геометрию электрода (кривизна, разноутолщенность и т.п.) достаточно сложно, что, в свою очередь, исключает идеальную центровку. Предположим, что на ванну с металлом действует магнитная сила только в том случае когда, ось электрода смещена относительно оси кристаллизатора на некоторую величину Ь (рис. 3) и ток с электрода на ванну идет струйкой, а не рассеивается определенным образом как это происходит в действительности. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки, а направление напряженности магнитного поля тока определяется по правилу буравчика (рис. 3,а). Тогда напряженность магнитного поля в произвольной точке на струйке тока определится:

и =

Ih

J л-r2

Сила Ампера рассчитывается по формуле:

F¿ = ВII sin а

(1) (2)

СТАЛЬ МАРКИ ЗОХМА (0,,-МО мм,0«,«9О мм) nocí о-чи itbíii ídk

СТАЛЬ МАРКИ 30X13 (0,1-40 MM.0U-9O мм ) нипошшым юк

28 мм

СТАЛЬ МАРКИ 411X < 0u=HU мм,0,=161> мм ) переменным ток

53 мм

4? мм

Рис. 2. Форма ванны жидкого металла и направленность кристаллов Проинтегрировав, получим: с1(р

> w-i1) u>

¡Í -Jr^-I? sinp - L cos <p ~ £) Тогда полная сила Ампера, действующая на всю ванну:

г- Jft2 + (^jrf — Lz sin1 (p - Zr eos

FAn„w*2KAB-A\*-,V , ,--;-;~d<P,

o - L sin <p - L eos g>

где A --f ^ ; a - --.

(3)

(4)

16xhr2E

(t)

Точка приложения полной силы Ампера определяется из условия:

= jFAco&vdp,

(5)

д_ ЪгАВ А 2Г ~ Р Р ^

Ап&н О

-£соз <р

а) 6)

Рис. 3. Модель электро шлакового переплава на постоянном токе а — схема определения напряженности магнитного поля; б — схема действия электромагнитных сил в шлаковой ванне

С помощью расчетов на ПВЭМ была произведена качественная и количественная оценка электродинамической обстановки в ванне жидкого металла (рис. 4) для конкретных параметров переплава.

3---¿-.г

- 3," НАТО*

•(Л Нймапн

, вдвяв

> Г*П.*ПИ 12 I,«»*™

* К^-ШМ?*«*

4 )>Ш1и7*<

я» «я

РНДГ*Т)*ЛН»»'

Рис. 4. Количественная и качественная оценка электромагнитных сил в ванне жидкого металла

Для качественной и количественной опенки электромагнитных сил задавали электрические (сила тока, напряжение, полярность) н технологические (геометрические размеры электрода, шлаковой и металлической ванн, материал и геометрия кристаллизатора, марка стали и флюса, магнитная проницаемость) параметры переплава. В ходе проведённых исследований получены значения сил, действующих на ванну жидкого металла: пондеромоторная сила /= 88,471 Н, вращающий момент М = 15,273 Н*м, магнитодвижущая сила Я1- 17,817 А.

Рациональные условия для получения плоской ванны жидкого металла и максимальных значений производительности и рафинирующей способности процесса, будут достигнуты при обеспечении равномерной толщины плёнки по всей оплавляемой поверхности, что возможно при наличии плоского оплавляемого торца. Оценим минимальную скорость вращения электрода, при которой может реализоваться указанное выше условие, т.е. завершение трансформации конической формы торца электрода в плоскую.

Примем, что в произвольный момент времени высота конуса равна Л, а длина его образующей равна /, Пусть также радиус г = Лэл цилиндрической части остается постоянным.

С уменьшением величины И изменение кинетической энергии вращения конической части запишется в виде:

<1Е к = / 20 )й> 2 Я Лр <Яг , (7)

где Др=рм -Дц кг/м3; рм - плотность жидкого металла, кг/м3; рш - плотность шлака, кг/м3; со— угловая скорость вращения электрода, рад /с.

С уменьшением поверхности конуса изменение поверхностной энергии конической части электрода запишется в виде:

¿Еп -яА^а^М, (8)

где и мш - удельная поверхностная энергия границы раздела металл-шлак, Дж/м*.

Положим, что изменение поверхностной энергии равно изменению кинетической энергии

(1/20)й)2Й^Др (А„ - Л)-сгнш (/0 -О. (9)

где /то, /0 - соответственно высота конической части и длина образующей при <у=0.

Если величина скорости со такова, что торец расходуемого электрода при вращении становится плоским, то Л = 0 и / = Нэп- Тогда, с учётом того, что 'о = (¿о3 + лэп )1/2 , из соотношения (9) получим:

„ ^ = 20 + - (10) ЛI

Оценим величину 1ц из равенства силы поверхностного натяжения, действующей на контур круга радиуса Л эл. и веса слоя (капли) жидкого металла на поверхности конуса при <я = 0. Имеем

где £ - ускорение свободного падения, м/с1.

Выражая А0, из соотношения (11) и подставляя (10) получим

^ _ /ДрУдэг„)+ - 1

1. Осуществлена количественная и качественная оценка электромагнитных сил, действующих на ванну жидкого металла и шлака при ЭП1П на постоянном токе.

2. Произведен расчет скорости вращения расходуемого электрода вокруг своей оси на основе оценки направления электромагнитного поля и значения пондеромоторных сил. Вращение электрода следует вести в направлении, обратном направлению магнитного поля.

3. Основываясь на процессе изменения формы торца расходуемого электрода и производительности процесса, сделан расчёт рациональной скорости вращения электрода при которой обеспечивается радиальное течение жидкого металла с оплавляемой поверхности, наилучшие условия рафинирования и максимальная производительность при заданных технологических параметрах.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭШП НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ И КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА

С целью проверки полученных аналитических выражений, позволяющих расчетным путем определить оптимальную скорость вращения расходуемого электрода, были проведены экспериментальные плавки на полупромышленной печи А-550. Переплаву подвергались электроды из стали марки 40Х (080 мм), 30X13 и ЗОХМА (040 мм). Переплав вели на переменном и на постоянном токе обратной полярности, без вращения и с вращением электрода с различной скоростью, Технологические параметры переплава представлены в табл. 1.

. Таблица 1

Технологические параметры опытных плавок ._

№ плавки Марка стали Род тока Кол-во оборотов, об/мин Диаметр кр металл изатора, мм Диаметр электрода, мм

1 2 3 4 5 6

01 ЗОХМА Пост. 0 90 40

02 30ХМА Пост. 60 90 40

03 ЗОХМА Пост. 90 90 40

04 ЗОХМА Пост. 120 90 40

05 4 0Х Перем. 0 160 80

06 4 0Х Перем. 60 160 80

07 4 0Х Пост. 0 160 80

08 4 0Х Пост. 70 160 80

10 30X13 Пост. 0 90 40

(П) (12)

1 2 3 4 5 6

и 30X13 Пост. 90 90 40

12 30X13 Пост. 120 90 40

13 30ХМА Перем. 0 90 40

14 30ХМА Перем. 120 90 40

15 ЗОХМА Пост. 0 90 40

16 ЗОХМА Пост. 60 90 40

17 ЗОХМА Пост. 90 90 40

18 ЗОХМА Пост. 120 90 40

Плавки с фиксированием жидкой металлической ванны {рис. 5) показали, что при ЭШП на постоянном токе глубина жидкой металлической ванны уменьшается (53 мм — плавка № 05 против 45 мм - плавка №07 без вращения расходуемого электрода и 44 мм - плавка №06 против 34 мм - плавка № 08 при вращении расходуемого электрода со скоростью 60 об/мин), но при этом ось ванны смешена относительно оси слитка. Проведенные опытные плавки показали, что рассчитанная оптимальная скорость вращения 90 об/мин для электрода 040 мм, позволяет стабилизировать ванну жидкого металла относительно оси слитка и получить плоскую форму, и как следствие осевую направлен!юсть кристаллов. Плавка № 04 показывает, что превышение скорости вращения выше 90 об/мин приводит к тому, что в центральной части образуется выпуклость.

Столь марки ЗОХМА ( 0^=40 мм, 0Ч,=9О мм )

1 ^ШРЯРй

I 17 мм

02 Ш^лШгУл

12 мм

2Х мм

16 ММ

04

Сталь марки 40Х {0„=8О мм, 0^=160 мм )

53 мм

44 мм

34мм

45 мм

07 ГШТПМШШИ ИИ1111IIIII 1 08

Рис. 5 Форма жидкой металлической ванны в зависимости от скорости вращения расходуемого электрода

Для более четкого выявления влияния рода тока и технологии вращения расходуемого электрода на технологические параметры переплава (расход электроэнергии, производительность) и качество полученного металла (кри-

сталлическое строение, содержание неметаллических включений) проведены сравнительные плавки №10-18,

Исследование технологических параметров зафиксированных при проведении опытных плавок и свойств выплавленного, металла показало следующее.

1. Формы торцов электродов свидетельствуют о том, что при увеличении скорости вращения торец электрода приобретает плоскую форму, что обеспечивает преимущественно радиальное течение металла и, как следствие, наименьшую толщину пленки жидкого металла в центре переплавляемого электрода. При увеличении скорости вращения электрода выше оптимальной (<у=90 об/мин), на торце электрода образуется лунка.

2. Использование постоянного тока при переплаве стали марки 30ХМА-Ш приводит к увеличению массовой скорости переплава на « 26% (8,43 кг/ч плавка № 13 против 11,42 кг/ч плавка № 15), В случае использования вращения расходуемого электрода со скоростью &?=120 об/мин ещё на « 22% (11,24 кг/ч плавка Jfe 15 против 14,40 кг/ч плавка № 18), Данные по удельному расходу электроэнергии свидетельствуют, что применение постоянного тока уменьшает расход электроэнергии на я 3% (1680 кВт-ч/кг плавка № 13 против 1638,65 кВт*ч/кг плавка № 15), а в случае использования вращения расходуемого электрода со скоростью <у=120 об/мин ещё на« 51 % (1638,65 кВт-ч/кг плавка Л» 15 против 803,71 кВт ч/кг плавка № 18).

3. Исследование макроструктуры опытных слитков показало, что при применении вращения расходуемого электрода зона столбчатых кристаллов имеет очень тонкое и плотное строение кристаллов почти вертикальной направленности. Это подтверждает замер расстояния между осями I и 11-го порядка. Полученные данные свидетельствуют, что при применении постоянного тока расстояние между осями 1-го порядка резко увеличивается к Vi радиуса слитка, а затем резко снижается к центру слитка. При применении вращения расходуемого электрода расстояние между осями выравнивается по сечению слитка (плавка №10 4M),119 мм, плавка №11 Л/=0,055 мм, плавка №12 Л/=0,039 мм, где AI — изменение расстояния между осями), а так же происходит уменьшение расстояния между осями (плавка №10 /=0,234 мм, плавка №11 /=0,131 мм, плавка №12 /=0,147 мм). Аналогичные результаты получены и при оценке расстояния между осями И-го порядка, расстояние между осями выравнивается по сечению слитка — плавка №10 Л/=0,085 мм, плавка №11 Л1=0,078 мм, плавка №12 Л/=0,092 мм, расстояния между осями - плавка №10 /=0,167 мм, плавка №11 /=0,180 мм, плавка №12 /=0,192 мм). Скорость вращения, обеспечивающая оптимальные технологические показатели (скорость наплавления, расход эл/эн) и качество макро- и микроструктуры, составила 90 об/мин.

4. Изучение распределения элементов в слитке, полученном методом ЭШП на постоянном токе с вращением электрода, показало, что применение опытной технологии приводит к некоторому увеличению угара легирующих элементов. Содержание марганца и кремния уменьшается во всех плавках, причем с увеличением скорости вращения электрода до 120 об/мин угар марганца и кремния максимальный. Это можно объяснить большей реакционной поверхностью.

Значительных изменений в содержании серы не отмечено. Данное обстоятельство можно объяснить тем, что начальное содержание серы достаточно низкое в электродном металле,

5. Исследование изменения содержания неметаллических включений в зависимости от технологии электрошлакового переплава показало (рис. б), что применение постоянного тока содержание неметаллических включений увеличивает несущественно. Ожидаемое увеличение содержания неметаллических включений при применении постоянного тока, не произошло, по-видимому, в результате малых размеров электрошлаковой установки. Применение вращения расходуемого электрода позволяет снижать содержание неметаллических включений и более равномерно распределять их по сечению слитка. Рафинирующая способность процесса с вращением расходуемого электрода увеличивается, поскольку плёнка на торце электрода более равномерна (плоский торец электрода), а толщина её меньше, в том числе в осевой области переплавляемого электрода, где загрязнённость неметаллическими включениями максимальна. Кроме того, в случае вращения электрода, отрывающиеся под действием центробежных сил капли металла имеют меньший размер н проходят более длинный путь в шлаке, что также способствует более полному удалению включений в шлак. И чем больше скорость вращения, тем меньше содержание неметаллических включений, причем почти полностью удаляются включения крупного размера. Однако следует отметить, что при превышении скорости вращения выше оптимальной достаточно резко возрастает содержание неметаллических включений мелкого размера.

%

0,06 0,04 0,03 0,0«

Оксизы

30Х1Э-Ш

Сульфиды

шт «00

4(10

200

— 1Л.Л&10 1Л.ЛШ

1—

У 7.'

р /

Ц г

А ) к

(

%

0,0 35 0,015 0,015

0,6!

1,15

Э0ХЛ1А-Ш Оксиды

0,000

1,88 ии',* Ю'1

№

з

5

0,06 С.01 0,02

0,00 ; О ОЛМ Г,ПК 2,Ш "им',*!«'

Рис. б. Содержание неметаллических включений в зависимости от схемы переплава

6. Анализ механических свойств показал, что металл, выплавленный по всем схемам переплава, удовлетворяет требованиям ГОСТа. Следует отметить,

что с увеличением скорости вращения электрода присутствует увеличение пластических свойств и снижение прочностных свойств металла.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАЗРАБОТАННОЙ

ТЕХНОЛОГИИ

Отказ от использования печей ВДП связан, во-первых, с переходом на новые технологии производства и обработки стали и появлением возможности получения аналогичных материалов по качеству, чистоте и механическим свойствам методами ковшевой металлургии, которые при том же уровне качества позволяют получать металл с меньшей себестоимостью. Во-вторых, сокращение объемов производства высококачественных сталей и сплавов обусловлено объективными условиями современного отечественного машиностроения. Металлургические предприятия по сути вынуждены поддерживать на своем балансе оборудование, не использующееся в производственном процессе, но требующее определенных затрат на содержание. В дальнейшем, даже при возникновении потребности в таких металлургических процессах, придется затратить существенные суммы на расконсервацию данного оборудования и приведение его в работоспособное состояние. Однако такой вариант развития событий маловероятен. Скорее всего, такие производственные участки будут подлежать демонтажу и ликвидации, мероприятия также весьма затратные.

Таким образом, целесообразным был бы вариант реконструкции подобного производства, обеспечивающий сохранение дорогостоящего оборудования и имеющихся производственных площадей. Так, печи ВДП, располагающиеся в Электросталеплавильном цехе № 3 (ЭСПЦ № 3) ОАО «ЗМЗ» и в полной мере не задействованные в течение ряда лет, возможно, переоборудовать в печи электрошлакового переплава (ЭШП), работающие на постоянном токе, сохранив при этом дорогостоящее оборудование и реализовав достоинства применения постоянного тока. Данное мероприятие потребует за собой дополнительные расходы по демонтажу части оборудования (табл. 2) и установке нового (табл. 3). Расчеты приведены на 01.01.06.

Таблица 2

Затраты на демонтаж устаревшего оборудования, тыс. руб._

Наименование Первона- Остаточ- Затраты Стоимость Капи-

конструкта вного чальная ная стои- на де- металлокон- тальные

узла стоимость мость монтаж струкций вложения

Поддон печи ВДП 160 96 16 - 112

Система гляделок 320 192 32 - 224

АСУ 1280 640 384 — 1024

Маслостанция 480 256 64 32 288

Итого 2240 1184 . 496 32 1648

На основе проведенных расчетов, общая величина капитальных вложений составляет 3 млн. 908 тыс. руб.

Перевод печей ВДП в печи ЭШП на постоянном токе, с использованием технологии вращения расходуемого электрода может позволить задействовать

простаивающее оборудование. Проведенные исследования и опытные плавки на лабораторном оборудовании показали достаточно высокую экономическую эффективность предлагаемой технологии. Результаты расчетов технико-экономических показателей предлагаемой технологии в сравнении с существующими вариантами приведены в табл. 4.

Таблица 3

Затраты на приобретение и монтаж нового оборудования тыс. руб.

Наименование оборудования Общая стоимость

Сферический поддон 240

Фильтр ЭГА-1-30-9-6-3 83,2

Система аргонопровода 64

АСУ 1600

Защита пульта управления 16

Итого 2259,2

При стоимости 1000 кВт/час - 1062 руб. затраты на электроэнергию при выплавке 1 т стали составят на установке ЭШП стандартной комплектации 1784,16 руб., а при выплавке на установке ВДП- 1278,65 руб.

При использовании вращения электрода затраты на электроэнергию могут быть снижены до уровня 1042 кВт/т или соответственно 1106,60 рубУт. Таким образом, при производстве 1 т стали с использованием вращающегося электрода на установках ВДП, переоборудованных в установки ЭШП, работающими на постоянном токе, экономия по электроэнергии составит 677,56,88 руб. С учетом всего объема производства за год (приблизительно 2 тыс. т.) годовая экономия по потреблению электроэнергии составит более 1300 тыс. руб.

Таблица 4

Технико-экономические показатели производства стали марки 30ХГСА

Параметр Металл ЭШП Металл ВДП Предлагаемая технология

Вес слитка, кг 2170 2710 2170

Форма кристаллизатора Квадрат, 390 Круг, 510 Квадрат, 390

Продолжительность плавки, мин 450 590 324

Расход электроэнергии на плавку, кВт/час 3646 3263 2260

Расход электроэнергии на 1 т, кВт/час 1680 1204 1042

Скорость наплав ления, кг/ми и 4,8 5,06 6,7

Кроме того, повышение скорости переплава позволяет увеличить объемы производства стали на 28 %, что составит величину порядка 760 т в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Изучен процесс ЭШП на постоянном токе, дано научное обоснование и экспериментально подтверждено влияние пондеромоторных сил на ванну жидкого металла и, как следствие, положение и форму фронта кристаллизации. По-

казано, что при ЭШП на постоянном токе снижается расход электроэнергии при одновременном увеличении производительности процесса.

2. Аналитическая оценка пондеромоторных сил действующих на каплю электродного металла, ванну жидкого металла и шлака подтвердила негативное влияние на структуру формируемого слитка (пятнистая ликвация, изменение угла наклона столбчатых кристаллов в продольном сечении слитка, послойная кристаллизация) и позволила сформулировать гипотезу о возможности управлением формой фронта кристаллизации посредством внешнего воздействия (вращение расходуемого электрода).

3. Установлено смещение центра тяжести ванны жидкого металла, относительно оси кристаллизатора, в зависимости от скорости вращения расходуемого электрода для конкретных технологических параметров переплава. На основании полученной зависимости составлена программа для качественной и количественной оценки пондеромоторных сил, действующих на электродный металл н ванну жидкого металла, позволяющая получить рациональные режимы скорости вращения расходуемого электрода для стабилизации формы и положения фронта ванны жидкого металла,

4. Разработана и реализована электрическая схема перевода полупромышленной электрошлаковой установки А-550 с переменного на постоянный ток.

5. Экспериментальные исследования электрошлакового переплава на постоянном токе с внешним воздействием подтвердили позитивное влияние рассредоточения места падения капель электродного металла в жидкую металлическую ванну на форму ванны, направление роста кристаллов, расстояние осей дендритов, процессы рафинирования при кристаллизации от растворимых и взвешенных примесей.

6. Сформулированные положения об электрошлаковом переплаве на постоянном токе с вращением расходуемого электрода позволили рекомендовать технологические параметры электрошлаковой плавки с вращением расходуемых электродов, в результате чего удаётся сэкономить до 15% рабочего флюса, снизить расход электроэнергии на 38%, повысить производительность на 26% без увеличения подводимой мощности.

7. Исследовано качество опытного металла и сопоставлено с обычными плавками. Установлено, что предложенный способ позволяет получать металл по качеству структуры, содержанию неметаллических включений и физико-механических свойств не хуже, чем при действующей технологии.

8. Установлено, что рафинирующую способность процесса с вращением расходуемого электрода увеличивается, поскольку плёнка на торце электрода более равномерна (плоский торец электрода), а толщина её меньше, в том числе в осевой области переплавляемого электрода, где загрязнённость неметаллическими включениями максимальна. Кроме того, в случае вращения электрода, отрывающиеся под действием центробежных сил капли металла имеют меньший размер и проходят более длинный путь в шлаке, что также способствует более полному удалению включений в шлак.

9. В процессе работы был получен патент на способ получения расходуемых электродов для ЭШП (Пат. №2233895 Российская Федерация. Способ по-

лучения расходуемых электродов / Чуманов В.И., Чуманов ИЗ., Вотинов В.В., Пятыгин Д.А. опубл. 2004, Бюл. №22.) и получена приоритетная справка на способ ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода (Пат РФ Способ электрошлакового переплава. Регистрационный №2006126937, дата поступления 24.07.2006 г.)

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Особенности электрошлакового процесса на постоянном токе в поле действия центробежных сил / И.В. Чуманов, Г.П. Вяткин, В .И. Чуманов, Д.А. Пятыгин // От булата до современных материалов: Тез. докл. Международной научно-технической конференции. -Курган: КГУ, 1999. - С. 16-18.

2. Чуманов И.В., Чуманов В.И., Пятыгин Д.А. Исследование поведения неметаллических включений при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода в поле действия центробежных сил // Фундаментальные проблемы металлургии: Тез. докл. 2-й межвузовской научно-технической конференции. - Екатеринбург: УГТУ, 2000. - С. 62-64.

3. Чуманов И.В., Ротцин В.Е., Пятыгин Д.А. Особенности электрошлакового процесса на постоянном токе с вращением электрода // Современные проблемы электрометаллургии стали: Материалы XI Международной конференции. - Челябинск: ЮУрГУ, 2001.- С.117-118.

4. Чуманов И.В., Рощин В.Е„ Пятыгин Д.А. Повышение эффективности электрошлакового переплава//Электрометаллургия. — 2001. — №12. — С. 30-33.

5. Чуманов И.В., Рощин В.Е., Пятыгин Д.А. Особенности электрошлакового процесса на постоянном токе с вращением электрода // Электрометаллургия, -2002.-Ш. - С. 45-46.

6. Чуманов И.В., Пятыгин ДА. Изучение влияния центробежных сил на изменение фронта кристаллизации при электрошлаковом переплаве на постоянном токе // Фундаментальные проблемы металлургии: Сб. материалов Третьей межвузовской научно-технической конференции. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. №5(20). - 2003. - С.37-39.

7. Чуманов И.В., Пятыгин Д.А. Макро-, микростроение и механические свойства электрошлакового металла // Физические свойства металлов и сплавов: Сб. тезисов докладов. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2003. -С. 117-121.

8. Чуманов И.В., Пятыгин Д.А. Особенности электрошлакового переплава на постоянном токе в поле действия центробежных сил // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: сб. материалов IV Международной научно-технической конференции, посвящённой 120-летию академика Бардина. — Череповец: ЧТУ, 2003. — С. 40-43.

9. Чуманов И.В,, Пятыгин Д.А., Потапов В.И. Математическое моделирование электромагнитного перемешивания жвдкометаллической ванны // Вестник ЮУрГУ. Серия "Металлургия". -2003. - Вып. 3.-2(18). - С. 40-42.

10. Чуманов И.В,, Пятыгин Д.А., Потапов В.И. О оптимальной скорости вращения расходуемого электрода при электрошлаковой переплаве // Материа-

яы и технологии: Межгосударственный сборник научных трудов. - Магнитогорск: МГТУ. 2004. - С. 165-168.

11. Чуманов И.В., Чуманов В.И., Пятыгин Д.А. Исследование качества электрошлакового металла выплавленного на постоянном токе с вращением расходуемого электрода // Современные проблемы теории и практики производства качественной стали: Материалы Международной научной конференции. Мариуполь: ПДГУ, 2004. - С. 86-88.

12. Чуманов ИВ., Пятыгин Д.А. Электрошлаковый переплав на постоянном токе с вращением расходуемого электрода // Современные проблемы электрометаллургии стали: Материалы XII Международной конференции. — Челябинск: ЮУрГУ, 2004.- С. 161-162.

13. Чуманов ИВ., Пятыгин Д.А. Особенности электрошлакового переплава на постоянном токе с вращением расходуемого электрода // Известия вузов. Черная металлургия. - 2006. - №3. - С. 22-25.

14. Чуманов И.В.} Пятыгин Д.А. Удаление неметаллических включений при ЭШП на постоянном токе // Известия вузов. Черная металлургия. - 2006. -№7. - С. 25-26.

Пятыгин Дмитрий Александрович

ОСОБЕННОСТИ ПЛАВЛЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛА ПРИ ЭШП НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ С ВРАЩЕНИЕМ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА

Специальность 05.16.02— "Металлургия черных, цветных и редких металлов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

_Издательство Южно-Уральского государственного университета_

Подписано в печать 27.10.2006. Формат 60x84 1/16. Печать трафаретная.

_Уся.печ.л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 350/107._

УОП Издательства. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И.Ленина, 76.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Электрошлаковые установки, работающие на постоянном токе

1.2. Влияние рода тока на технологические параметры ЭШП

1.2.1. Электрохимия процесса

1.2.2. Распределение тока и КПД установки

1.2.3. Параметры металлической ванны

1.2.4. Рафинирование металла

1.2.5. Массо-и теплоперенос

1.3. Управление структурой электрошлакового слитка за счет внешнего воздействия на шлаковую и металлическую ванну

Наиболее перспективными способами повышения качества металла и улучшение их физико-механических свойств являются переплавные процессы, в частности электрошлаковый переплав (ЭШП). Высокая температура металла, развитая поверхность взаимодействия, применение шлаков различных композиций обеспечивают получение качественного металла и способствуют более равномерному распределению физико-механических свойств в продольном и поперечном направлении. Электрошлаковому переплаву подвергаются почти все основные классы сталей, в том числе и ответственного назначения. В производстве крупных и сверхкрупных слитков с ЭШП не может конкурировать ни один металлургический передел.

Электрошлаковый переплав предполагает активное управление процессом в направлении повышения степени рафинирования исходного металла, получение металла с минимальной концентрацией неметаллических включений определенной морфологии и дисперсности, повышение служебных свойств металла и, как следствие, повышение надежности металлопродукции. Решение этой задачи, в условиях рыночной экономики, необходимо совмещать с решением другой важной задачи - снижением себестоимости самого электрошлакового металла.

Энергетически затраты электрошлакового процесса находятся в пределах 1200-2000 кВт-ч/т, тогда как теоретическая затраты составляют около 400 кВт-ч/т [1]. Большая часть подводимой энергии теряется в результате теплопроводности через боковые поверхности шлаковой ванны и передается охлаждающей воде, а также в результате излучения с поверхности шлаковой ванны. Низкая энергетическая эффективность процесса, высокая стоимость электроэнергии (порядка «30% от себестоимости тонны электрошлакового металла приходится на электроэнергию) и используемых при переплаве флюсов не позволяет сделать электрошлаковый металл дешевым [2,3]. Поиск новых технологических приёмов, которые позволили бы повысить энергетическую эффективность процесса без дополнительных затрат и снижения качества получаемого металла, представляется весьма актуальным.

Современные электрошлаковые установки, как правило, работают на переменном токе. В то же время известно, что использование постоянного тока при производстве электростали значительно снижает расход потребляемой электроэнергии. Как показывает практика, снижение расхода электроэнергии на производство тонны металла может достигать 20% и более [1,2,4,5]. Однако, постоянный ток применяют относительно редко и к нему относятся с некоторым недоверием. Вообще существуют значительные опасения применимости и полезности ЭШП на постоянном токе, несмотря на преимущества, которые он может дать [4]. Основными недостатками ЭШП на постоянном токе называют: высокая стоимость выпрямительного оборудования, отсутствие стабильности электрических параметров на протяжении всего переплава, относительно высокая загрязненность получаемого металла неметаллическими включениями и появление таких кристаллизационных дефектов как пятнистая ликвация, изменение угла наклона столбчатых кристаллов в продольном сечении слитка, послойная кристаллизация, возникающие вследствие неконтролируемого движения шлаковой и жидкой металлической ванны.

В то же время в ряде работ [1,4,5] отмечают нехарактерные для ЭШП на переменном токе процессы, а именно, снижение концентрации газов и достаточно активный переход элементов содержащихся в рабочем флюсе в формируемую заготовку.

Целью настоящей работы является поиск решений, позволяющих, сохранив преимущества постоянного тока при электрошлаковом процессе, обеспечить качество получаемого металла на уровне металла производимого по действующей технологии. Для реализации поставленной цели необходимо оценить величину пондеромоторных сил, вызывающих неконтролируемое движение жидкой металлической ванны по сечению слитка и найти способы их подавления; рассчитать силы, позволяющие стабилизировать жидкую металлическую ванну относительно оси слитка; определить технологические параметры, обеспечивающие максимальную рафинирующую способность процесса для конкретных условий ЭШП; разработать технологию получения отливок методом ЭШП на постоянном токе с управлением процессом кристаллизации для устранения изменения угла наклона кристаллов в продольном сечении слитка возникающего вследствие действия пондеромоторных сил; провести опытный переплав; провести сравнительный технико-экономический анализ использования переменного и постоянного тока при ЭШП, оценить влияние изменения технологии на качество получаемого металла.

Работа выполнена на кафедре "Общая металлургия" филиала ГОУ ВПО Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте. Данная работа является продолжением работ Вачугова Г.А. и Чуманова В.И. Большое влияние на постановку проблемы и помощь в ее решении оказали работы авторов Истомина С.А. и Миронова Ю.В.

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Изучен процесс ЭШП на постоянном токе, дано научное обоснование и экспериментально подтверждено влияние пондеромоторных сил на ванну жидкого металла и, как следствие, положение и форму фронта кристаллизации. Показано, что при ЭШП на постоянном токе снижается расход электроэнергии при одновременном увеличении производительности процесса.

2. Аналитическая оценка пондеромоторных сил действующих на каплю электродного металла, ванну жидкого металла и шлака подтвердила негативное влияние на структуру формируемого слитка (пятнистая ликвация, изменение угла наклона столбчатых кристаллов в продольном сечении слитка, послойная кристаллизация) и позволила сформулировать гипотезу о возможности управлением формой фронта кристаллизации посредством внешнего воздействия (вращение расходуемого электрода).

3. Установлено смещение центра тяжести ванны жидкого металла, относительно оси кристаллизатора, в зависимости от скорости вращения расходуемого электрода для конкретных технологических параметров переплава. На основании полученной зависимости составлена программа для качественной и количественной оценки пондеромоторных сил, действующих на электродный металл и ванну жидкого металла, позволяющая получить рациональные режимы скорости вращения расходуемого электрода для стабилизации формы и положения фронта ванны жидкого металла.

4. Разработана и реализована электрическая схема перевода полупромышленной электрошлаковой установки А-550 с переменного на постоянный ток.

5. Экспериментальные исследования электрошлакового переплава на постоянном токе с внешним воздействием подтвердили позитивное влияние рассредоточения места падения капель электродного металла в жидкую металлическую ванну на форму ванны, направление роста кристаллов, расстояние осей дендритов, процессы рафинирования при кристаллизации от растворимых и взвешенных примесей.

6. Сформулированные положения об электрошлаковом переплаве на постоянном токе с вращением расходуемого электрода позволили рекомендовать технологические параметры электрошлаковой плавки с вращением расходуемых электродов, в результате чего удаётся сэкономить до 15% рабочего флюса, снизить расход электроэнергии на 38%), повысить производительность на 26% без увеличения подводимой мощности.

7. Исследовано качество опытного металла и сопоставлено с обычными плавками. Установлено, что предложенный способ позволяет получать металл по качеству структуры, содержанию неметаллических включений и физико-механических свойств не хуже, чем при действующей технологии.

8. Установлено, что рафинирующую способность процесса с вращением расходуемого электрода увеличивается, поскольку плёнка на торце электрода более равномерна (плоский торец электрода), а толщина её меньше, в том числе в осевой области переплавляемого электрода, где загрязнённость неметаллическими включениями максимальна. Кроме того, в случае вращения электрода, отрывающиеся под действием центробежных сил капли металла имеют меньший размер и проходят более длинный путь в шлаке, что также способствует более полному удалению включений в шлак.

9. В процессе работы был получен патент на способ получения расходуемых электродов для ЭШП (Пат. №2233895 Российская Федерация. Способ получения расходуемых электродов / Чуманов В.И., Чуманов И.В., Вотинов В.В., Пятыгин Д.А. опубл. 2004, Бюл. №22.) и получена приоритетная справка на способ ЭШП на постоянном токе с вращением расходуемого электрода (Пат РФ Способ электрошлакового переплава. Регистрационный №2006126937, дата поступления 24.07.2006 г.)

1. Роберте Р. Технология ЭШП, обеспечивающая максимальную скорость плавки при минимальном расходе электроэнергии. // Электрошлаковый переплав. вып. 4. Наукова думка. Киев. - 1971. - С. 106-109.

2. Электрошлаковый металл. / Под. ред. Б.Е. Патона., Б.И. Медовара. Наукова думка. Киев. - 1981. - 680 с.

3. Электрометаллургия стали и ферросплавов: Учебник для вузов. Д.Я. Пово-лоцкий, В.Е. Рощин, Н.В. Мальков, 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия. 1995.-592 с.

4. Дьюснап П., Шлаттер Р. Электрошлаковый переплав легированных сталей на постоянном токе. // Электрошлаковый переплав, вып. 4. Наукова думка. Киев.-1977.-С. 76-96.

5. Глебов А.Г., Машкевич Е.И. Электрошлаковый переплав М.: Металлургия. 1985.—450 с.

6. Миронов Ю.В. Влияние рода тока на процессы в электрошлаковых установках./ Электрометаллургия. №4. - 2002. - С. 25-32.

7. Электрошлаковые печи /Патон Б.Е., Медовар Б.И., Ступак J1.M. и др. Киев: Наукова думка. 1976. - 414 с.

8. Дакуорт У., Хоил Д. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия. 1973.192 с.

9. Лепинских Б.М., Истомин С.А. Электрохимическое легирование и модифицирование металла. М.: Наука 1984. - 145 с.

10. Митчелл А., Шекели Дж, Элиот Дж.Ф. Математическое моделирование процесса ЭШП / Электрошлаковый переплав, вып. 2, Наукова думка, Киев, -1974.-С. 19-47.

11. Миронов Ю.М., Миронова А.Н. Химия и химические технологии. Чебоксары: Изд-во Чувашского гос. ун-та, 1970. Вып. 1. С. 11-18.

12. Бармин Д.Н. Кинетика электродных реакций при электрошлаковых процессах на постоянном токе. //Республиканская научно-техническая конференция. Екатеринбург: УГУ, - 1993. - с. 56.

13. Электрические промышленные печи. Дуговые и установки спецнагрева / под. ред. А.Д. Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1981. 296 с.

14. Хаукинс Р.Дж., Суинден Д.Дж., Поклингтон Дж. Лабораторные опыты и контроль химического состава металла ЭШП в промышленных условиях. / Электрошлаковый переплав, вып. 2, Наукова думка, Киев, 1974. - С. 45-76.

15. Суцумото Т., Сугихара Т. Качество стали ЭШП. / Электрошлаковый переплав. вып. 3, Наукова думка, Киев, 1975. - С. 128-134.

16. Истомин С.А. Электрохимическое легирование, модифицирование и рафинирование сталей при электрошлаковом переплаве. Дис. .док. тех. кан. Екатеринбург, 1992, с. 571.

17. Чучмарев С.К., Есин О.А., Бармин JI.H. О влиянии электрического тока на поведение водорода, растворенного в жидком металле. / Известие вузов. Чёрная металлургия. 1958. №5. С. 59-64.

18. Рощин В.Е., Мальков Н.В., Поволоцкий Д.Я., Гимадеев Ш.Н., Бирюков П.П. Трансформация неметаллических включений в металле расходуемых электродов при рафинирующих переплавах/ Известие вузов. Чёрная металлургия. 1978. №12. С. 37-41.

19. Каджиока X., Ямагучи К., Сато Н., Сежима К., Сакагучи С. Влияние различных параметров переплава на качество слитков ЭШП/ Электрошлаковый переплав, вып. 3, Наукова думка, Киев, 1975. - С. 118-128.

20. Митчелл А., Джексон P.O., Балэнтайн А.С. Тепло- и массоперенос в системе электрод шлак - слиток. / Электрошлаковый переплав, вып. 3, Наукова думка, Киев, - 1975. - С. 29-38.

21. Роусон Дж.Д., Доусон Д.И., Кирхем Н. Движение шлака и металла в процессе ЭШП / Электрошлаковый переплав, вып. 3, Наукова думка, Киев, -1975.-С. 70-89.

22. Дудко Д.А., Рублёвский И.Н. Влияние вибрации электрода на капельный перенос электродного металла при электрошлаковом процессе //Автоматическая сварка. 1959. - № 1. - С. 25 - 29.

23. Топилин В.В. Некоторые вопросы кристаллизации электрошлаковых слитков и качества никелевых сплавов, высокомарганцевых сталей и сплавов //В кн.: Новое в металлургии сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1967. - С. 71 -76.

24. Применение ультразвука при ЭШП сталей и сплавов. /В.П. Курелькин, М.М. Клюев, С.И. Филипов и др. //В кн.: Сборник трудов 3~й Всесоюзной конференции по ЭШП. Киев: Наук, думка, 1968. - С. 47 - 51.

25. Воздействие ультразвуковых колебаний на капельный перенос металла при электрошлаковом переплаве / В.П. Куделькин, М.М. Клюев, С.И. Филиппов и др. //Известия вузов. Чёрная металлургия. 1969. -№ 3. - С. 54 - 59.

26. Куделькин В. П., Клюев М. М., Филиппов С. И. и др. Воздействие ультразвуковыми колебаниями на кристаллизацию при электрошлаковом переплаве // Известия вузов. Черная металлургия. 1969. -№11. - с. 64 - 70.

27. Клюев М.М., Волков С.Е. Электрошлаковый переплав. М., Металлургия. 1984, 208 с.

28. А.С. (СССР) № 470179 Способ электрошлакового переплава (Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, А.Н. Казимиров и др.). Опубликовано: Спецэлектрометаллургия, 1976 г., вып. 31, с. 98.

29. Новая технология электрошлаковой выплавки листовых слитков. Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, А.Н. Казимиров и др. Специальная металлургия, 1976, вып. 31. с. 98.

30. Бутаков Б. И., Грабовый В.Н., Петриченко В.Н. и др. Особенности обработки ударными импульсами сталей и сплавов, наплавляемых в водоохлаж-даемом кристаллизаторе. В кн.: Новое в теории и практике электрогидравлического эффекта. Киев, 1983, с. 102 - 108.

31. Дудко Д. А., Корнеев Д. И., Сидорук В. С. Новый способ электрошлаковой сварки с сопутствующей обработкой кристаллизующегося металла импульсами тока. Киев, 1984.

32. Клюев М.М., Никулин А.А. Скорость движения и время нагрева металлической капли в шлаке при ЭШП. Бюлл. ЦНИЧМ и ГЭИЧМ. 1970., № 4, С. 3234.

33. Управление кристаллизацией крупных электрошлаковых слитков./ Б.Е. Па-тон, Б.И. Медовар, Ю.Г. Емельяненко и др. В кн.: Вопросы специальной электрометаллургии. Москва-Киев, 1973.-С. 85-87.

34. Патент РФ № 274798 "Способ получения слитка" Патон Б.Е., Медовар Б.И., Латаш Ю.В. и др. (подан 15.01.69.)

35. Патент РФ № 337000 "Способ электрошлакового переплава" Медовар Б.И., Чекотило Л.В., Анненко О.Я. и др. (подан 14.12.70)

36. Принудительное оплавление расходуемых электродов при электрошлаковом переплаве. / Патон Б.Е., Медовар Б.И., Кумыш И.И. и др. Специальная металлургия. 1974. вып. 25. С. 5-7.

37. А.С. (СССР) № 415987 Способ электрошлаковой выплавки слитков электрошлаковым переплавом. / Патон Б.Е., Медовар Б.И., Кумыш И.И. и др. (не публ.)

38. К вопросу электромагнитного воздействия на кристаллизацию слитка при ЭШП. / Медовар Б.И., Ступак Л.Н., Мохиан В.Н. и др. Специальная металлургия, 1970, вып. 4, С 16-20.

39. Патент РФ № 439184 "Способ электрошлакового переплава" Бондаренко О.П., Медовар Б.И., Баглай В.М. и др. (подан 10.07.72.)

40. Патент РФ № 422281 "Установка для электрошлакового переплава" Бондаренко О.П., Медовар Б.И., Баглай В.М. и др. (подан 10.07.72.)

41. Дудко Д.А., Рублевский И.Н. Электромагнитное перемешивание шлаковой и металлической ванны при электрошлаковом процессе/ Автоматическая сварка. №9 (90). - 1960. - С. 12-16.

42. Томмас Ф., Кнэл Ф., Вайнгертнер Е. Действие магнитного поля при вакуум-но-дуговом и электрошлаковом переплаве. / Электрошлаковый переплав, вып. 4, Наукова думка, Киев, 1977. - С. 293-304.

43. Патент РФ № 196065 "Устройство для электрошлакового переплава" Патон Б.Е., Медовар Б.И., Бондаренко О.П. и др. (подан 24.04.66)

44. Применение соленоида постоянного тока при ЭШП. / Ю.И. Заболуев, Б.И. Машкевич, Г.М. Бродский и др. Специальная электрометаллургия. 1976, вып. 29, С. 44-49.

45. Гельфгат Ю.М., Лиебаусис О.М., Щербини Э.В. Жидкие металлы под действие электромагнитных сил. / Рига.: Знание, 1976, - 350 с.

46. А.С. (СССР) № 309956 Способ электрошлакового переплава. Вачугов Г.А., Хасин Г.А., Чехомов О.М. и др. Опубликовано: Специальная электрометаллургия, 1982, вып. 44, С 7-8.

47. Улучшение макроструктуры стали ШХ15 выплавленной в дуговой вакуумной печи. / Окороков Г.Н., Бояршинов В.Я., Шамиль Ю.П. и др. Сталь, М. -№ 1.- 1963.-С. 30-34.

48. Остроумов Т.А. Физико-математические основы магнитного перемешивания расплавов. //Металлургиздат.-М.-1960.

49. Sarapulov F., Sidorov О., Timofeev V. Industrion MND-Devicees and mathematical Simulation. //FIFTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON UEES.-2001.-P.165-174.

50. Тимофеев B.H. Анализ трёхмерного электромагнитного поля индукционных устройств. //Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий. Екатеринбург: - 2000. - №8 - С.271-275.

51. Христинич P.M., Тимофеев В.Н. Работа индукционной машины с жидкоме-таллическим ротором в знакопеременных режимах //Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий. Екатеринбург: - 2002. - №6 - С.271-275.

52. Потапов В.И., Бугаев М.С. Моделирование на ЦВМ динамики теплообмена вакуумного дугового переплава. //ИФЖ. 1980. - Т.39 - №4 - С.758-759.

53. Потапов В.И. Математическое моделирование теплофизических процессов при вакуумном дуговом переплаве. //Тез. Доклада второй всероссийской ФАМ конференции. Красноярск: ИВМ СО РАН. - 2003. - С.90-91.

54. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М. Наука, 1984 - 789с.

55. Вачугов Г.А., Хлынов В.В., Хасин Г.А. / Сталь, 1967, №6. С. 514-516.

56. А.С. 699800 (СССР) Установка электрошлакового переплава. Чуманов В.И., Помещиков А.Г., Завьялов В.Г. и др.). (не публ.).

57. Челмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. -286 с.

58. Розенберг В.М. Шалимов А.В. Заводская лаборатория. 1970 №6. -С. 23-28.

59. Мовчан Б.А. Границы кристаллов в литых металлах и сплавах. Киев.: Техника, 1970 150 с.

60. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Металлургия, 1969. 211 с.

61. Уманский Я.С. Ренгенография металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1979.- 114 с.

62. Дьяконов В.М., Вачугов Г.А. Влияние вращения переплавляемого электрода на процесс удаления неметаллических включений // Спец. Электрометаллургия.- 1976. №29. С. 21-25.

63. Дьяконов В.М., Вачугов Г.А. Математическое моделирование процесса удаления неметаллических включений из жидкой пленки металла при электрошлаковом переплаве // Спец. Электрометаллургия. 1976. №4. С. 71-74.

64. Чуманов В.И., Белозеров Б.П., Чуманов И.В. Математическая модель переплава вращающегося электрода // Известие вузов. Чёрная металлургия. 1991. №12. С. 74-75.

65. Чуманов В.И., Чуманов И.В. Влияние условий периферийного капельного переноса при ЭШП на структуру и свойства стали // Совершенствование машиностроительных материалов, конструкций машин и методов обработки деталей.- Челябинск: ЧГТУ. 1995. С.3-11.

66. Салтыков С.А. Заводская лаборатория, №11, 1949.

67. Салтыков С.А. Стериометрическая металлография. Металлургиздат, 1972.

68. Чуманов В.И., Белозёров Б.П., Чуманов И.В. Кинетическая модель переплава вращающегося электрода // Известие вузов. Чёрная металлургия. 1994. №8. С. 57-60.

69. Чуманов И.В., Рощин В.Е. Особенности моделирования электрошлакового переплава на прозрачных моделях // Известие вузов. Чёрная металлургия. 1998. №8. С. 30-35.

70. Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И. Нержавеющая сталь. М., Металлургия, 1973.-319 с.

71. Справочник "Металловедение и термическая обработка" // под. ред. акад. Бернштейна Н.А., ктн Рахштад А.Г. М.Металлургиздат1956 г. - 1204 с.