Помощь студентам в учебе
Повышение эффективности электрошлакового переплава путем вращения расходуемого электрода
|
АННОТАЦИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ПРИНЦИПЫ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА 6
1.1 Преимущества электрошлакового переплава 6
Е2 Требования к электроснабжению 7
ЕЗ Электроды для электрошлакового переплава 8
1.4 Подготовка электрода для электрошлакового переплава 8
1.5 Цели и задачи электрошлакового переплава 10
1.6 Улучшение качества 10
1.7 Тепловой баланс и форма ванны жидкого металла при ЭШП 12
1.8 Скорость роста слитка и скорость кристаллизации при ЭШП 13
1.9 Плавление расходуемого электрода при ЭШП 14
2. ПЕРЕПЛАВ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ 15
2.1 Переплав на переменном токе 16
2.2 Сравнение работы установок ЭШП на переменном и постоянном токе... 17
2.3 Методика электрошлакового переплава 18
2.4 Получение отливок переменного сечения и полых заготовок 19
2.5 Особенности удаления неметаллических включений 23
2.6 Гидродинамика течения металла на торце электрода 25
2.7 Влияние скорости подачи электрода 27
2.8 Влияние глубины шлаковой ванны 28
2.9 Способы управления структурой электрошлакового металла 29
2.10 Повышение эффективности ЭШП путем вращения электрода 30
3. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМА ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА 32
3.1 Чертеж механизма вращения расходуемого электрода 34
3.2 Сборка механизма вращения 35
3.3 Механизм вращения в сборе на установке А-550 44
3.4 Система управления скоростью механизма вращения 46
3.5 Управление механизмом вращения 48
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 50
5. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА 54
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ПРИНЦИПЫ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА 6
1.1 Преимущества электрошлакового переплава 6
Е2 Требования к электроснабжению 7
ЕЗ Электроды для электрошлакового переплава 8
1.4 Подготовка электрода для электрошлакового переплава 8
1.5 Цели и задачи электрошлакового переплава 10
1.6 Улучшение качества 10
1.7 Тепловой баланс и форма ванны жидкого металла при ЭШП 12
1.8 Скорость роста слитка и скорость кристаллизации при ЭШП 13
1.9 Плавление расходуемого электрода при ЭШП 14
2. ПЕРЕПЛАВ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ 15
2.1 Переплав на переменном токе 16
2.2 Сравнение работы установок ЭШП на переменном и постоянном токе... 17
2.3 Методика электрошлакового переплава 18
2.4 Получение отливок переменного сечения и полых заготовок 19
2.5 Особенности удаления неметаллических включений 23
2.6 Гидродинамика течения металла на торце электрода 25
2.7 Влияние скорости подачи электрода 27
2.8 Влияние глубины шлаковой ванны 28
2.9 Способы управления структурой электрошлакового металла 29
2.10 Повышение эффективности ЭШП путем вращения электрода 30
3. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМА ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА 32
3.1 Чертеж механизма вращения расходуемого электрода 34
3.2 Сборка механизма вращения 35
3.3 Механизм вращения в сборе на установке А-550 44
3.4 Система управления скоростью механизма вращения 46
3.5 Управление механизмом вращения 48
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 50
5. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА 54
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
Электрошлаковый переплав (ЭШП) сталей и сплавов является активным металлургическим процессом, в результате которого переплавляемый металл в значительной степени очищается от вредных примесей, газов и неметаллических включений. Сравнительно небольшой объем жидкой металлической ванны и направленная кристаллизация при ЭШП обеспечивают получение плотной и однородной структуры металла. Электрошлаковый переплав значительно улучшает качество сталей и сплавов практически всех групп. Электрошлаковый металл используют для изготовления деталей и узлов самого ответственного назначения. ЭШПболее дешевый способ, чем ВДП и ЭЛЛ. Для его осуществления не требуется вакуумного оборудования, переплав ведется в обычной атмосфере, реже с защитой металла аргоном. По качеству структуры слитка ее однородности ЭШП не уступает ВДП и ЭЛП. Применение ЭШП при производстве многих сталей оказалось очень эффективным. Сам процесс ЭШП был открыт почти что случайно. Рождение новой технологии связано с событием, которое произошло в 1949 году. Инженеры патоновцы участвовали в монтаже кожуха разрушенной во время войны домны завода "Запорожсталь". Однажды при автоматической дуговой сварке под флюсом вертикальных швов горение дуги вдруг прервалось. Но, к удивлению всех присутствовавших, приборы продолжали показывать: в сварочной цепи идет ток. Значит, сварка не прекратилась!? Но тогда оставалось предположить, что электрический ток, проходя через жидкий флюс-шлак, нагревает его настолько, что выделяемого джоулевого тепла достаточно для плавления металла. Так был открыт бездуговой сварочный процесс, получивший вскоре название электрошлаковой сварки (ЭШС). Но самое интересное ожидало потоновцев впереди, когда были проведены всесторонние исследования различных свойств сварочного шва. Оказалось, что электрошлаковый металл буквально по всем показателям уникален. Никогда раньше не наблюдали такого замечательного сочетания прочности и пластичности, чистоты и плотности макро- и микроструктуры литого металла, химической однородности, изотропности практически всех его свойств.
Возникает вопрос: а не сохранятся ли все эти высокие характеристики, если отделить электрошлаковый сварной шов от соединяемых им кромок, если вместо шва получить слиток, т.е. совершать уже не электрошлаковую сварку, а электрошлаковый переплав. В 1952 г. такие опыты были проведены, и они полностью подтвердили это предположение. Прошло несколько лет, и в мае 1958 г. в том же городе Запорожье, где родилась электрошлаковая сварка, на электрометаллургическом заводе "Днепроспецсталь" построили и ввели в промышленную эксплуатацию первую в мире печь ЭШП.
Известно, что металл, полученный методом электрошлаковой плавки (ЭШП), обладает повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с металлом обычной выплавки и разливки. Это обусловлено, прежде всего, двумя факторами - рафинированием в специально подобранном шлаке и условиями кристаллизации металла. Следует заметить, что из-за необходимости двукратного металлургического передела стоимость металла ЭШП почти в два раза выше
стоимости металла электродуговой плавки, который благодаря современным технологиям внепечного рафинирования, может быть очень чистым по всем вредным примесям и не уступать по этим показателям металлу ЭШП. Такое стремительное совершенствование сталеплавильного производства, повлекло за собой относительное сокращение сортамента слитков, получаемых методом ЭШП. Существенным недостатком ЭШП является низкая производительность процесса и сравнительно высокий удельный расход электроэнергии. Расход электроэнергии при производстве электрошлаковых слитков более чем в три раза превышает расход электроэнергии, при выплавке стали в электродуговых печах.
Отмеченные недостатки сдерживают использование процесса ЭШП, прежде всего для получения слитков, подлежащих дальнейшему металлургическому переделу. В тоже время электрошлаковая технология обладает достаточной гибкостью, что позволяет использовать её для получения отливок, близких по своей форме и размерам к готовым деталям, осуществлять восстановление изношенных поверхностей. Не случайно более 50% электрошлаковых установок сосредоточено на машиностроительных предприятиях. Как в любом промышленном процессе, в ЭШП делаются попытки оптимизировать наиболее важные параметры. В связи с наличием тесной взаимозависимости между металлургией процесса и свойствами переплавляемого слитка подобная оптимизация должна быть ограничена определенными пределами.
Видно, что подобный компромисс позволяет одновременно иметь низкое содержание водорода в слитке, удовлетворять требования однородности первичной структуры и высокого качества поверхности слитка. Условия этого компромисса меняются в зависимости от размера слитка, типа стали и характера последующей обработки.
При производстве небольших слитков обычно преимущественно отдается неподвижным кристаллизаторам и плавке без смены электродов. Для повышения производительности используют подвижные кристаллизаторы. При производстве Слитков большой длины необходимо менять электроды, а также использовать скользящие кристаллизаторы, чтобы избежать растрескивания во время переплава.
Возникает вопрос: а не сохранятся ли все эти высокие характеристики, если отделить электрошлаковый сварной шов от соединяемых им кромок, если вместо шва получить слиток, т.е. совершать уже не электрошлаковую сварку, а электрошлаковый переплав. В 1952 г. такие опыты были проведены, и они полностью подтвердили это предположение. Прошло несколько лет, и в мае 1958 г. в том же городе Запорожье, где родилась электрошлаковая сварка, на электрометаллургическом заводе "Днепроспецсталь" построили и ввели в промышленную эксплуатацию первую в мире печь ЭШП.
Известно, что металл, полученный методом электрошлаковой плавки (ЭШП), обладает повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с металлом обычной выплавки и разливки. Это обусловлено, прежде всего, двумя факторами - рафинированием в специально подобранном шлаке и условиями кристаллизации металла. Следует заметить, что из-за необходимости двукратного металлургического передела стоимость металла ЭШП почти в два раза выше
стоимости металла электродуговой плавки, который благодаря современным технологиям внепечного рафинирования, может быть очень чистым по всем вредным примесям и не уступать по этим показателям металлу ЭШП. Такое стремительное совершенствование сталеплавильного производства, повлекло за собой относительное сокращение сортамента слитков, получаемых методом ЭШП. Существенным недостатком ЭШП является низкая производительность процесса и сравнительно высокий удельный расход электроэнергии. Расход электроэнергии при производстве электрошлаковых слитков более чем в три раза превышает расход электроэнергии, при выплавке стали в электродуговых печах.
Отмеченные недостатки сдерживают использование процесса ЭШП, прежде всего для получения слитков, подлежащих дальнейшему металлургическому переделу. В тоже время электрошлаковая технология обладает достаточной гибкостью, что позволяет использовать её для получения отливок, близких по своей форме и размерам к готовым деталям, осуществлять восстановление изношенных поверхностей. Не случайно более 50% электрошлаковых установок сосредоточено на машиностроительных предприятиях. Как в любом промышленном процессе, в ЭШП делаются попытки оптимизировать наиболее важные параметры. В связи с наличием тесной взаимозависимости между металлургией процесса и свойствами переплавляемого слитка подобная оптимизация должна быть ограничена определенными пределами.
Видно, что подобный компромисс позволяет одновременно иметь низкое содержание водорода в слитке, удовлетворять требования однородности первичной структуры и высокого качества поверхности слитка. Условия этого компромисса меняются в зависимости от размера слитка, типа стали и характера последующей обработки.
При производстве небольших слитков обычно преимущественно отдается неподвижным кристаллизаторам и плавке без смены электродов. Для повышения производительности используют подвижные кристаллизаторы. При производстве Слитков большой длины необходимо менять электроды, а также использовать скользящие кристаллизаторы, чтобы избежать растрескивания во время переплава.
В ходе данной работы была выполнена задача, разработать механизм вращения для полу промышленной установки А-550, которая находиться в лаборатории ЮУрГУ.
Изученные выше особенностей электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода или электродов, разработка теоретических положений, позволяет определить новые эффективные направления его использования управления и автоматизация процессом плавлениящереплав электродов на постоянном токещолучения отливок переменного сечения и полых заготовокщспользования многокомпонентных флюсовуправления карбидной неоднородностью.
При вращении механизма расходуемого электрода можно так сказать обеспечить более эффективное и равномерное удаление неметаллических включений. Далее наличие центробежных сил, которые возрастают с увеличением угловой скорости обеспечивает периферический отрыв капель жидкого металла. Это позволяет получать малые слитки.
При переплаве на постоянном токе можно увеличить производительность процесса на 15%. Потери энергии не так остры, как в случае с переменным током, особенно при сложных схемах выплавки.
Главной задачей электрошлакового переплава является повышение стойкости и надёжности инструмента из штамповых и быстрорежущих сталей связаных с необходимостью получения более однородной микроструктуры и свойств, а также улучшения пластичности и снижения анизотропии.
Изученные выше особенностей электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода или электродов, разработка теоретических положений, позволяет определить новые эффективные направления его использования управления и автоматизация процессом плавлениящереплав электродов на постоянном токещолучения отливок переменного сечения и полых заготовокщспользования многокомпонентных флюсовуправления карбидной неоднородностью.
При вращении механизма расходуемого электрода можно так сказать обеспечить более эффективное и равномерное удаление неметаллических включений. Далее наличие центробежных сил, которые возрастают с увеличением угловой скорости обеспечивает периферический отрыв капель жидкого металла. Это позволяет получать малые слитки.
При переплаве на постоянном токе можно увеличить производительность процесса на 15%. Потери энергии не так остры, как в случае с переменным током, особенно при сложных схемах выплавки.
Главной задачей электрошлакового переплава является повышение стойкости и надёжности инструмента из штамповых и быстрорежущих сталей связаных с необходимостью получения более однородной микроструктуры и свойств, а также улучшения пластичности и снижения анизотропии.
