Плавка и транспортировка металла
Как будет плавиться металл? Вагранки уже сейчас в значительной мере заменяют электропечами в литейных цехах и заводах. Эта замена будет продолжаться и в ближайшие годы.
Применение индукционных и электродуговых печей для плавки металлов позволит избежать загрязнений воздушного бассейна городов. Оно избавит литейщиков от необходимости сжигать в вагранках дорогой кокс, позволит выпускать из печей металл с более высокой температурой, даст возможность шире применять процессы модифицирования и легирования металла и тем самым повысить качество отливок.
Кроме индукционных, и электродуговых печей находят применение новые, еще более прогрессивные установки. Это установки электрошлакового переплава (ЭШП), плазменные и электронно-лучевые печи, печи плазменно-дугового и вакуумно-дугового переплава и установки для левитационной плавки металлов.
Литье под слоем шлака. В 1948 году в Запорожье во время сварки под слоем флюса кожуха доменной печи (при ее ремонте) горение электрической дуги внезапно прекратилось. А приборы показывали, что ток идет и сварка продолжается. Это было совершенно неожиданно. Был сделан вывод о том, что выделяющегося под действием тока джоулева тепла под слоем флюса достаточно, чтобы расплавлять металл. Так был открыт новый способ бездуговой электросварки — электрошлаковый.
Когда же был исследован металл сварного шва, то оказалось, что по качеству он был превосходным — в нем не было пор, рыхлот и трещин, газовых раковин и неметаллических включений.
Тогда и родилась идея: проплавлять под шлаком слиток. Идея оказалась весьма плодотворной. В 1958 году на заводе Днепроспецсталь в Запорожье была пущена в работу первая в мире печь электрошлакового переплава (ЭШП). Затем был построен целый цех ЭШП. Французские, японские, шведские и американские фирмы закупили в СССР лицензии на установки ЭШП.
Но печи ЭШП дают лишь слитки высококачественной стали, которые затем нужно обрабатывать давлением или резанием. А нельзя ли сразу получать таким путем готовые отливки? Ученые института электросварки им. Е. О. Патона решили и эту задачу. Капли растворяющегося металла от расходуемого электрода, пройдя через шлаковую ванну, попадают теперь прямо в кристаллизатор. А кристаллизатору придается форма отливки. Если раньше металл плавился в печи, затем переливался в ковш и после этого заливался в литейную форму, то теперь металл плавится прямо в литейной форме. Отпали операции заливки металла в ковш и в литейную форму.
Металл не входит в контакт ни со стенками ковша, ни с атмосферой. А шлак, через который проходят капли металла, и нагревает металл, и защищает его от атмосферы, и очищает от вредных примесей, газов и неметаллических включений.
Новый способ литья особенно ценен для отливки крупногабаритных деталей и изделий. Этим способом уже изготовлены корпуса атомных реакторов, сосуды, работающие под высоким давлением, валки прокатных станов, коленчатые валы дизелей. За внедрение этого способа в практику большой группе ученых и инженеров присуждена Государственная премия УССР.
Новому способу литья, несомненно, принадлежит большое будущее.
Рис. 27. Схема установки для электрошлакового переплава:
1 — расходуемый электрод; 2— водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 — жидкий шлак; 4 — переплавляемый слиток
На рис. 27 приведена схема установки для электрошлакового переплава. При подаче тока в установку исходный слиток 1, служащий анодом, расплавляется в слое заранее приготовленного жидкого шлака 3. Этот слиток называют расходуемым электродом. Капли металла проходят через слой жидкого шлака, находящегося внутри кристаллизатора 2, очищаются от газов и неметаллических включений и попадают на перемещаемый книзу поддон, где затвердевают, образуя слиток 4. Получаемый слиток отличается от исходного высокими механическими свойствами, плотностью, однородностью строения.