Метод электронно-лучевого переплава.

Плавку в электронно-лучевых печах применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сплавов и сталей.

Источником теплоты в этих печах является энергия, выделяющаяся при торможении свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Получение электронов, их разгон, концентрация в

луч, направление луча в зону плавления осуществляются электронной пушкой. Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемых кристаллизаторах при остаточном давлении 1,33 Па. Вакуум внутри печи, большой перегрев и высокие скорости охлаждения слитка способствуют удалению газов и примесей, получению металла особо высокого качества. Однако при переплаве шихты, содержащей легко-испаряющиеся элементы, изменяется химический состав металла.

Вакуумно-дуговой переплав при­меняют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых пе­чах с расходуемым электродом (рис. 2.15). В зависимости от требований, предъяв­ляемых к получаемому металлу, расходуемый электрод изготовляют механиче­ской обработкой слитка, выплавленного в электропечах или установках ЭШП. Рас­ходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в кор­пус 1 печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давле­ния 0,00133 кПа.

При подаче напряжения между рас­ходуемым электродом - катодом 3 - и затравкой - анодом 8 - возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет ко­нец электрода; капли 4 жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазиру­ются, заполняют изложницу и затверде­вают, образуя слиток 7. Дуга горит между расходуемым электродом и жидким ме­таллом 5 в верхней части слитка на про­тяжении всей плавки. Сильное охлажде­ние слитка и разогрев дугой ванны метал­ла создают условия для направленного затвердевания, вследствие чего неметал­лические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, а усадочная рако­вина в слитке уменьшается. Слитки ВДП содержат мало газов, неметаллических включений, отличаются высокой равно­мерностью химического состава, повы­шенными механическими свойствами. Из них изготовляют ответственные детали турбин, двигателей, авиационных конст­рукций.

Электрошлаковый переплав применяют для выплавки высококачественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационных конструкций. Переплаву подвергают выплавленный в дуговой печи и прокатанный на круглые прутки металл. Источником теплоты при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая при прохождении через нее электрического тока. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8 (рис. 2.14). Выделяющаяся теплота нагревает шлаковую ванну 2 до температуры свыше 1700 °С и вызывает оплавление конца электрода.

Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую

ванну 4.

Перенос капель металла через основный шлак способствует их активному взаимодействию, удалению из металла серы_; неметаллических включений и растворенных газов. Металлическая ванна непрерывно пополняется путем расплавления электрода и под воздействием кристаллизатора постепенно формируется в слиток 6. Последовательная и направленная кристаллизация способствует получению плотного однородного слитка.

В результате ЭШП содержание ки­слорода в металле снижается в 1,5-2 раза, концентрация серы снижается в 2-3 раза, уменьшается содержание неметалличе­ских включений, они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством по­верхности благодаря наличию шлаковой корочки 5, высокими механическими и эксплуатационными свойствами стали и сплавов. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечений массой до 110 т.