18.06.2019
Здесь всё основано на электропроводности воды. Напряжение подаётся электроды, погружённые в воду. Электрический ток идёт через...


17.06.2019
Экскурсия в крепостной комплекс Девин в Словакии является одной из самых популярных. Крепость Девин территориально расположена...


17.06.2019
Среди различных строительных материалов древесина занимает высокие позиции. Дома из бруса строят те, кто хочет получить тёплое...


15.06.2019
Функциональный кварцвиниловый пол считается прекрасной альтернативой покрытию из паркета, древесному массиву и иным уникальным...


15.06.2019
С целью предохранения разнообразных индустриальных объектов от коррозийных процессов и обеспечения их изысканного внешнего облика...


14.06.2019
В наше время при необходимости срочно пополнить свой электронный кошелек, банковскую карту или счет на телефоне любой человек...


Процессы азотирования при дуговом шлаковом переплаве

17.07.2018
К дуговому шлаковому переплаву (ДШП) проявляют все больший интерес исследователи и инженеры. В этом процессе в качестве источника теплоты используются одновременно плазма электрической дуги и жидкий шлак, причем можно повысить температуру на торце электрода, интенсифицировать ряд металлургических процессов и в то же время сохранить достаточный прогрев периферийной части ванны за счет жидкого шлака и создать хорошую шлаковую корку на поверхности слитка. Кроме того, у ДШП есть ряд преимуществ (по сравнению с ЭШП): меньший удельный расход электроэнергии; низкий расход дорогостоящего синтетического шлака; возможность обработки жидкого металла активным газом в процессе плавки; простота его осуществления на имеющемся оборудовании для ЭШП или ВДП (в первом случае потребуется лишь так называемый флюсовый затвор для изоляции дуги от контакта с воздухом, а во втором нужно отключить вакуумную систему). При этом достигается, как и в условиях ЭШП, превосходная поверхность, химическая и структурная однородность слитков.

Особого внимания заслуживает возможность при ДШП азотировать жидкий металл непосредственно из газовой фазы при полном исключении участия азотсодержащих ферросплавов или азотсодержащих неметаллических компонентов (вроде нитрида кремния) в технологии производства.

Необходимо отметить, что при использовании ДШП для выплавки высокоазотистых сталей эффективность азотирования может быть повышена путем уменьшения слоя шлака и создания открытого пространства на поверхности ванны под электродом.

В случае азотирования из газовой фазы при плазменно-дуговом переплаве (ПДП) для получения равновесной с внешним давлением концентрации азота в металле достаточно контакта плазмы электрической дуги примерно с 1/10 поверхности ванны.

При ДШП, как и при переплаве расходуемого плазмотрона (ПРП), можно организовать подачу азота непосредственно в зону электрической дуги через полость в электроде. Это позволит выдуть пары шлака и повысить парциальное давление азота в атмосфере дуги. Повышение давления также способствует увеличению концентрации азота в металле. Правильно подбирая электрические режимы и технологические параметры, плавку можно вести при давлении в несколько десятков атмосфер, так как и при таком давлении электрическая дуга достаточно устойчива.

Для анализа процессов поглощения азота при ДШП рассмотрим схему переплава, приведенную на рисунке.

На поверхности ванны металла имеется кольцевой слой шлака. Дуга, в основном, горит между расходуемым электродом и поверхностью металлической ванны. Частично ток может протекать через дуговой промежуток на шлак, который имеет достаточную электрическую проводимость в жидком состоянии, а со шлака на ванну.

На конце электрода имеется тонкий слой жидкого металла, который поглощает азот. В этом слое зарождаются капли, которые, достигнув определенного размера, отрываются и попадают прямо в металлическую ванну или в шлак.

Концентрация азота в пленке определяется парциальным давлением азота в газовой фазе с учетом общего давления в камере. Скорость поглощения азота пленкой приближается к скорости в условиях поглощения при плазменно-дуговом плавлении, так как с металлом контактирует активный газ. В основном это возбужденные молекулы.

По оси потока азота, который подается непосредственно в дугу, на поверхности ванны, где толщина газового диффузионного слоя приближается к нулю, с металлом могут контактировать и атомы азота. Ho в этом месте имеется интенсивный встречный поток паров металла, который препятствует контакту атомов азота с поверхностью ванны. Поэтому вероятней всего, что с металлической ванной будут контактировать возбужденные молекулы азота. Металл катода бомбардируется положительными ионами азота, часть из которых внедряется в металл и повышает концентрацию независимо от равновесия.

Зона десорбции — часть поверхности, которая контактирует с газом в основном в колебательном состоянии, — при ДШП покрыта шлаком. Шлак тормозит процессы десорбции и способствует повышению скорости поглощения азота. Также тормозит процессы десорбции высокая концентрация в шлаке азота и поверхностно-активных элементов, таких как кислород, сера, кремний. Подбирая состав шлака, можно получить скорость поглощения азота при ДШП не ниже, чем при ПДП.

Капли металла имеют ту же концентрацию азота, что и пленка жидкости на торце электрода. За время пролета дугового промежутка капли, хотя и контактируют с активной газовой фазой, дополнительно почти не поглощают азот, так как время взаимодействия очень мало. В шлаковой ванне время их нахождения больше, но диффузионные процессы заторможены, т. е. поглощением азота и в этом случае можно пренебречь. Поэтому в ванну поступает металл практически с той концентрацией азота, которая была в пленке на торце электрода. Азот из газовой фазы поступает в ванну и через поверхность адсорбции. При этом насыщается тонкий слой жидкого металла у поверхности. Дальнейшая массопередача азота в глубь ванны зависит от интенсивности макропотоков в жидкости.

При ДШП электрическая дуга (интенсивный осевой источник нагрева) способствует перемешиванию металла в ванне за счет макропотоков, выравнивает концентрацию азота в ванне и увеличивает градиент концентрации в пограничном диффузионном слое жидкого металла.

Схема нагрева металла и газообменные процессы при ДШП создают все условия для интенсивного насыщения металла азотом из газовой фазы.

ДШП заготовок из стали марки 08Х18Н10Т без азота в кристаллизаторе диаметром 200 мм при парциальном давлении азота 0,1 МПа и герметизации плавильного пространства с помощью флюсового затвора дает концентрацию азота в слитке 0,20 %, что близко к значению стандартной растворимости и содержанию азота при ПДП и ПРП. При переплаве заготовок из стали подобного состава (Х18Н9) в плазменнодуговых печах получали концентрацию азота 0,20 % для парциального давления азота в газовой фазе 0,1 МПа и 0,40 % — для 0,4 МПа.

Процесс дугового шлакового переплава несомненно весьма перспективен для получения слитков металла с высоким содержанием азота путем легирования металла непосредственно из газовой фазы.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: