Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Общая характеристика ЭЛП. Формирование электронного пучка. Конструкция установок ЭЛП. Технология ЭЛП.

Ответ

Электронно-лучевая плавка является весьма удобным способом получения слитков тугоплавких и химически высокоактивных металлов. Здесь используются такие особенности электронно-лучевой плавки, как высокая удельная поверхностная мощность в рабочем пятне пучка и наличие вакуума, препятствующего поглощению газов в ходе плавки. Областью применения электронно-лучевого переплава является производство особо чистых сталей и выплавка слитков и фасонных отливок из химически активных и тугоплавких металлов.

Процесс плавки изображен на рис.2.2 где показано взаимное расположение электронной пушки, переплавляемой заготовки и кристаллизатора. Часть модности пучка расходуется для нагрева переплавляемого металла на торце заготовки до температуры плавления. Расплавляясь, материал в виде капель перетекает в ванну расплава в кристаллизаторе. Скорость плавки пропорциональна мощности пучка, приходящейся на расплавляемую заготовку. Другая часть мощностипучка подводятся в кристаллизатор. Она должна быть достаточной для того, чтобы материал в ванне находился в расплавленном состоянии вплоть до стенки кристаллизатора. Это дает возможность получать слитки с гладкой боковой поверхностью. Если кроме формирования такого слитка требуется проводить еще и рафинирование расплава, то мощность, подводимую в кристаллизатор, следует увеличить.

Электронно-лучевая плавка может сочетаться с литьем. Для этого необходимым элементом является литейный тигель, в котором материал расплавляют и поддерживают жидким в достаточном количестве. Литейный тигель может быть футерованным илимедным водоохлаждаемым. Керамическая футеровка тиглей и изложниц допустима только тогда, когда реакции материала футеровки с расплавом не происходят или когда они не наносят вреда качеству продукта.

Перспективы развития электронно-лучевой плавки обусловлены потребностями ядерной, аэрокосмической техники, электроники и химической технологии в особо чистых материалах, сохраняющих прочностные свойства при высоких температурах или обладающих высокой химической стойкостью.

В настоящее время в мире насчитывается несколько сотен электронно-лучевых плавильных установок, работающих в промышленности.

Электронно-лучевая плавка занимает прочные позиции в производстве слитков из ниобия и тантала. В металлургии титана и других высокоактивных и тугоплавких металлов, а также кремния, повышается значение электронно-лучевой плавки как способа переработки возвратных отходов производства.

Рис. 2.2 - Принцип электронно-лучевого переплава: 1 - электронная пушка; 2 - электронный пучок, направляемый на расплавляемый штабик 5 и ванну расплавленного металла 7; 3 - откачка вакуума; 4 - плавильная камера; 6 - капли переплавляемого металла; 8 - выплавляемый слиток; 9 - водоохлахдаемый кристаллизатор; 10 - устройство вытяжки слитка; 11 - смотровые окна.

Печи для производства ферросплавов.

Ответ

Производство ферросплавов.

Получение ферросплавов на специализированных заводах чёрной металлургии. Наиболее распространён электротермический (электропечной) способ получения ферросплавов (т. н. электроферросплавов); по виду восстановителя он разделяется на углевосстановительный, которым получают углеродистые ферросплавы (5–8% С) и все кремнистые сплавы, и металлотермический (к нему условно относят и силикотермический), которым получают сплавы с пониженным содержанием углерода (0,01–2,5% С).

Углевосстановительным процессом, осуществляемым главным образом в руднотермических печах мощностью 16,5–72 Мва, получают ферросилиций, кристаллический кремний, силикоалюминий, силикокальций, ферросиликокальций, силикомарганец, силикохром, углеродистый ферромарганец и феррохром, феррофосфор, комплексные сплавы на кремнистой основе, а также низкофосфористый марганцевый шлак; производство доменных ферросплавов очень незначительно по масштабам и постоянно сокращается (бедный ферросилиций и ферромарганец), т.к. они больше загрязнены примесями и стоят дороже электроферросплавов.

Низкоуглеродистые (рафинированные) ферросплавы получают в дуговых (рафинировочных) электропечах мощностью 2,5–5,5 Мва металлотермическим способом. Силикотермическим – низко- и безуглеродистые сплавы марганца и хрома, феррованадий (в шихту добавляют алюминий), ферровольфрам (в шихту добавляют коксик), силикоцирконий, алюминотермическим – металлический хром, безуглеродистый феррохром, феррониобий, ферробор, силикоцирконий, различные лигатуры с редкими и редкоземельными металлами.

Типы ферросплавных печей. Конструкция ферросплавных печей

Ферросплавные печи могут быть:

по назначению — восстановительными или рафинировочными;

по конструкции — открытыми, полузакрытыми и герметизированными, которые часто объеди­няют общим названием — закрытые печи с дожиганием газа под сводом;

по виду ванны — со стационарными и с вращающимися ваннами;

по форме ванны печи — круглые, прямоугольные, треугольные и овальные;

по способу выдачи из печи сплава и шлака — неподвижные, наклоняющиеся (быстро и удобно выпускать сплав) и печи с выкатными ваннами.

Печи для рафинировочных процессов, предназначенные для выплавки рудоизвесткового расплава, рафинированных феррохрома и ферромарганца, ферровольфрама и др., по конструк­ции близки к электросталеплавильным дуговым печам, поэтому рассмотрим устройство рудовос­становительных печей для производства ферросплавов. В промышленности используются ферро­сплавные печи:

по виду питающей сети — однофазные и трехфазные; ведутся работы по использованию пе­чей, работающих на токе пониженной частоты и на постоянном. Однофазные печи в настоя­щее время имеют ограниченное применение;

по расположению электродов (трехфазные печи) — в одну линию (прямоугольные печи) или в большинстве случаев с расположением электродов по вершинам треугольника (круглые или треугольные печи);

по количеству электродов — 1 (однофазные печи) и 3 (трехфазные). Печи большой мощности изготавливают и с шестью электродами.

Наиболее широко распространены в ферросплавной промышленности круглые трехфаз­ные печи. В круглой печи, электроды которой расположены по треугольнику, тепло концентрирует­ся достаточно хорошо для того, чтобы образующиеся под каждым электродом плавильные тигли соединялись между собой. Такие печи имеют минимальную теплоотдающую поверхность и обес­печивают лучшее использование тепла. При хорошей конструкции короткой сети и наличии уста­новок искусственной компенсации реактивной мощности такие печи могут иметь высокий коэффи­циент мощности, превышающий 0,95, даже для печей мощностью 40-100 MBA.

Рисунок 7. Прямоугольная закрытая шести­электродная печь: 1 - механизм перепуска электродов; 2 - механизм перемещения электродов; 3 - короткая сеть; 4 - кольцо зажима электродов; 5 - электрод; 6 - загру­зочная воронка; 7 - свод; 8 - футеровка ванны печи; 9 - кожух печи; 10 - фундамент печи.

Прямоугольные трехэлектродные печи имеют сравнительно низкий cos j печной установ­ки, для них характерно появление «дикой» и «мертвой» фаз, поэтому в настоящее время такие печи для производства ферросплавов не строят Прямоугольные шестиэлектродные печи с тремя однофазными трансформаторами (рис 7), представляющие собой по существу три однофазных печи с общей ванной в значительной степени свободны от этих недостатков и имеют ряд досто­инств, в частности при их использовании облегчается загрузка шихты, легче регулируется рас­стояние между электродами в зависимости от электрического сопротивления применяемой шихты.