Техника - молодёжи 1984-12, страница 13

Группа московских ученых и производственников за разработку и внедрение новой технологии ваку-умно-дугового переплава металлов (ВДП| с охлаждением слитка гелием удостоена Государственной премии СССР за 1983 год. О сути процесса, позволяющего получать металлы повышенной чистоты, рассказывает наш корреспондент.

ВЛАДИМИР ЯНЧЕНКО

К 4-й СТР. ОБЛОЖКИ

повысить при улучшении теплооб-менных процессов в зоне «стенка кристаллизатора — зазор — слиток». На качество переплавляемого металла, как известно, очень влияют условия кристаллизации — температурный градиент, протяженность и форма двухфазной зоны (то есть ВЖМ), время затвердевания металла. Они, в свою очередь, зависят от режима теплоотдачи.

Во время переплава тепло от верхней части слитка отводится через контактный поясок жидкого металла. Общая площадь контакта слитка с кристаллизатором очень мала. Так что теплообмен между ними практически осуществляется за счет излучения. Но в условиях вакуума зазор между стенками кристаллизатора и поверхностью слитка является хорошим изолятором. Он-то и препятствует интенсивному теплообмену и охлаждению металла.

Ученые решили ввести в зазор между слитком и кристаллизатором вещество, обладающее высокой теплопроводностью. В качестве «проводника» как нельзя лучше подходит гелий. Он не только обладает высокой теплопроводностью, но и взрывобезопасен, не взаимодействует с переплавляемыми металлами. С помощью этого газа можно регулировать интенсивность охлаждения слитка, что, в свою очередь, оказывает влияние яа глубину и форму ВЖМ, скорость кристаллизации.

Именно подача гелия в зазор позволила кардинально изменить весь технологический процесс традиционного ВДП. Нагнетая его в полость между металлом и кристаллизатором под давлением от 0,06 до 160 кПа, исследователи увеличили коэффициент теплоотдачи в 2,6—3 раза в верхней части и в 1,6—1,7 раза в нижней части слитка. Благодаря этому производительность вакуумной переплавной печи резко возросла.

Указанный предел рабочего давления гелия выбран не случайно. При дальнейшем его повышении интенсивность охлаждения слитка не меняется. Для получения металла высокого качества необходимо варьировать давление газа по заданной программе, которая выполняется с помощью внедренной уже системы автоматического регулирования. Она позволяет увеличить производительность печи на 10— 25%, значительно снизить расход электроэнергии. Экономический эффект от внедрения системы в пересчете на одну печь составляет 10— 20 тыс. руб. в год.

При увеличении давления охлаждающий газ может пройти через зону контакта поверхностей слитка и кристаллизатора. Получается так называемый эффект сверхдавления. Поэтому гелий непрерывно откачивается насосами.

Заданный режим горения дуги и высокая рафинирующая способность переплава при сверхдавлении практически не изменяются. Больше того, этот эффект в новой технологии представлен как один из ее элементов. Регулируя скорость подачи гелия в зазор и откачки его из камеры, можно обеспечить высокую интенсивность охлаждения слитка в искусственно создаваемой «проточной атмосфере».

В ряде случаев для получения высококачественного металла необходимо сравнительно высокое (порядка сотен Па) давление газа в камере печи, так как оно способно подавлять испарение некоторых примесей, специально вводимых в металл. Еще больше можно повысить интенсивность охлаждения слитка, если одновременно с введением в зазор гелия поменять полярность дуги. И еще один нюанс: точность регулировки скорости кристаллизации металла, интенсивность его охлаждения повышаются не только за счет изменения давления гелия, но и благодаря тому, что в зазор вводится в ряде случаев смесь газов различной теплопроводности.

Можно было бы продолжить перечень особенностей новой технологии, которые дают возможность активизировать процесс получения высококачественных сталей и сплавов. Но даже приведенных примеров достаточно, чтобы убедиться в больших преимуществах усовершенствованного метода ВДП.

Какая же практическая отдача от применения прогрессивной технологии? Ее внедрение позволяет увеличить производительность вакуумной дуговой печи на 10— 25 %, повысить скорость переплава на 15—50%, снизить расход электроэнергии на 10—12%. Благодаря

высокой пластичности металла выход годного продукта увеличился на 2—10%. Это дает экономию до 200 руб. на каждой тонне выпускаемой стали.

При новой технологии глубина ВЖМ уменьшается на 5—30%, значительно улучшаются дисперсность и однородность кристаллической структуры слитков, их химический состав, снижаются пористость, количество дефектов микроструктуры и неметаллических включений. Наконец, усовершенствованный метод позволяет расширить сортамент и обеспечить производство новых сталей и сплавов, которые традиционным способом ВДП получить нельзя. Например, недавно впервые в СССР были выплавлены крупногабаритные слитки особого состава для дисков газовых турбин, предназначенных для насосных станций газопровода «Западная Сибирь — Европа» — важнейшего объекта одиннадцатой пятилетки.

Всего же внедрение новой технологии дало народному хозяйству страны экономический эффект на сумму более 75 млн. руб. Ее отдельные элементы защищены 16 авторскими свидетельствами на изобретения.

Итак, результаты эксперимента позволяют говорить о том, что метод ВДП с охлаждением слитка гелием — новое слово в электрометаллургии. Безусловно, сделан крупный шаг вперед. Но закончена ли на этом работа? По-видимому, нет. Напрашивается вопрос о разработке непрерывного процесса формирования слитка. А это возможно только в том случае, если найти способ незамедлительно заменять израсходованный электрод другим, предварительно разогретым. Кроме того, надо обеспечить постоянный вывод слитка из кристаллизатора в зону водяного охлаждения. А за пределами кристаллизатора он должен автоматически поступать на прокатку и далее на участок изготовления конечной продукции. Наконец, в процессе формирования слитка ему можно было бы сразу придавать контуры будущего изделия. Иными словами, непосредственно в печи получать например, шестерни, валки, трубы и т. п.

Ясно, что совершенствование метода ВДП, разработанного московскими учеными, расширение его технологических возможностей является одной из актуальнейших задач электрометаллургии. От ее решения в значительной степени зависят уешхи современного машиностроения, электронной и химической промышленности, атомной энергетики и других важнейших отраслей народного хозяйства страны.

11