Публикации: АСУТП Теория и технология Научные работы Главная

Современная электрометаллургия. 2003. №1. С. 3—4.

Об электропроводности флюсов системы CaF2-Ca

А.Д. Рябцев, А.А. Троянский, В.Ю. Мастепан, М.В. Самборский

Донецкий национальный технический университет
г. Донецк, Украина

Предложена новая методика измерения электропроводности металлсодержащих шлаков, используемых для ЭШП в печах камерного типа. Определены значения электропроводности шлака системы CaF2-Ca.

Ключевые слова: электропроводность, методика измерения, флюс CaF2-Ca, камерная печь ЭШП

Характер плавления различных металлов и сплавов при электрошлаковом переплаве под металлсодержащими флюсами (например CaF2-Ca) значительно отличается от такового при ЭШП под стандартными промышленными флюсами [1]. Наличие металлического компонента в шлаке приводит к изменению электрического режима плавки, что в свою очередь влияет на скорость плавления расходуемого электрода, энергетику процесса и формирование выплавляемого слитка. Вероятно, это связано, прежде всего, с изменением электропроводности флюса. Эта характеристика его является одной из главных, определяющих основные технологические свойства. Она влияет на тепловой режим шлаковой ванны и устойчивость электрошлакового процесса. Имеющиеся сведения об электропроводности промышленных флюсов ЭШП весьма ограничены [2-8], а значения электропроводности металлсодержащих флюсов, в частности системы CaF2-Ca, в литературе отсутствуют. Освоение и отработка технологии ЭШП в камерной печи на флюсах системы CaF2-Ca требует определения этого важнейшего физического свойства шлака.

Анализ существующих методов измерения электропроводности шлаковых расплавов свидетельствует о невозможности их использования для определения этого параметра кальцийсодержащих флюсов. Связано это с тем, что металлический кальций характеризуется высокой химической активностью, в том числе и по отношению к большинству материалов, из которых изготавливают тигли, и большим парциальным давлением паров при реальных температурах электрошлакового процесса. В открытых металлургических установках происходит практически мгновенное его испарению и окисление. Поэтому возникла необходимость разработать специальную методику определения электропроводности металлсодержащих флюсов на фторидной основе во время реального процесса ЭШП в камерной печи.

В Донецком национальном техническом университете разработана и опробована методика замера электропроводности, в основе которой лежит вольт-амперная схема с двухэлектродной ячейкой. Использование при этом промышленной печи ЭШП усложняет калибровку измерительной ячейки, но обеспечивает условия измерения максимально приближенные к реальным. Основное отличие предложенной методики от стандартных в том, что в процессе замеров фиксируется только разность потенциалов на датчике электропроводности. Значение же электропроводности рассчитывается непосредственно по вольт-амперной характеристике генератора, полученной экспериментальным путем.

Электропроводность шлаков измеряли в процессе электрошлакового переплава в камерной печи [9] электродов из стали Ст. 50 диаметром 50 мм, длинной 700 мм в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе диаметром 110 мм в атмосфере аргона и на воздухе. Напряжение и силу тока переплава поддерживали постоянными соответственно 40 В и 2 кА, масса шлака составляла 1400 г. Флюс системы CaF2-Ca получали смешиванием фтористого и металлического кальция в различных пропорциях. Шлаковую ванну наводили «твердым стартом».

Для замеров электропроводности изготовили щуп (рис. 1) длиной 200 мм и диаметром 15 мм, состоящий из металлических электродов (а), помещенных в керамическую соломку (б), запрессованную в трубку из кварцевого стекла (в). Расстояние между электродами одинаковое по всей длине щупа и составляет 4 мм. Температуру шлака замеряли термопарой ВР-5/20. В качестве источника питания датчика электропроводности использовали генератор высокочастотных синусоидальных сигналов ГЗ-33. При частоте сигналов 20 кГц обеспечиваются минимальные искажения, вносимые электрическим током переплава. Показания фиксировали селективным милливольтметром В6-4.

Рис. 1 Общий вид расположения датчиков на электроде в печи ЭШП
1 – датчик температуры; 2 – датчик электропроводности;

Щуп и термопару закрепляли на расходуемом электроде, на расстоянии 200 мм от нижнего его торца. Дополнительные щуп и термопару располагали на расстоянии 400 мм от нижнего торца электрода. При ЭШП на воздухе для дублирования замеров использовали погружные щупы.

После наведения шлаковой ванны и формирования донной части слитка постоянно контролировали температуру и электропроводность. Моментом контакта щупа со шлаком считали появление тока в измерительной цепи при замыкании электродов через шлак.

Градуировку измерительной ячейки проводили при ЭШП на стандартных флюсов АНФ-1П и АНФ-6, электропроводность которых известна.Постоянная измерительной ячейки определена значением 6.

Результаты измерений электропроводности эталонных флюсов АНФ-1П и АНФ-6 по предложенной методике, сопоставимы с данными, ранее опубликованными в работах [2-5, 8]. Это дает основания использовать предлагаемую методику для определения электропроводности шлака системы CaF2-Ca.

Значения электропроводности известных и опытных флюсов приведены на рис. 2 и 3. Как видно, добавки металлического кальция во фторид кальция приводят к увеличению электропроводности флюсов, при этом существенной зависимости электропроводности от массы добавок металлического кальция в шлак не установлено. Это, по-видимому, связано с предельным значением растворимости металлического кальция в своем фториде, которое не зависит от его исходного содержания во флюсе, а определяется температурой шлака и внешним давлением [10, 11].

Рис. 2. Значения электропроводности промышленных флюсов ЭШП
1-3 – полученные авторами; 4-8 – литературные данные;

Рис. 3. Значения электропроводности кальцийсодержащих флюсов

Таким образом, предложенная методика может использоваться для измерения электропроводности различных шлаковых систем в процессе электрошлакового переплава в камерной печи.

  1. Использование информационно-измерительной системы для исследования процесса ЭШП / А.А. Троянский, А.Д. Рябцев, М.В. Самборский, В.Ю. Мастепан // Металл и литье Украины. — 2002. — №7. — С. 25-26.

  2. Латаш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав. — М.: Металлургия, 1970. — 240 с.

  3. Атлас шлаков. Справ. изд/ Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1985. —  208 с.

  4. Лопаев Б.Е., Плышевский А.А., Степанов В.В. Об электропроводности расплавленных флюсов для электрошлакового переплава и подогрева  // Автоматическая сварка. — 1966. — №1. — С. 27-29.

  5. Колиснык В.Н. Измерение электропроводности флюсов в интервале температур 1300-2300 0С  // Автоматическая сварка. — 1964. —  №4. —С. 10-13.

  6. Никитин Б.М., Чуйко Н.М. О роли электрического сопротивления шлака в дуговых электросталеплавильных печах // Изв. вузов. Черная металлургия. — 1963. — №8. — С. 60-67.

  7. Евсеев П.П. Физические свойства промышленных шлаков системы CaO-Al2O3-CaF2 // Автомат. сварка. — 1967. — №11. — С. 42-45.

  8. Жмойдин Г.И. Электропроводность фторсодержащих расплавов // Изв. АН СССР. Металлы. — 1970. — №3. — С. 69-74.

  9. Рябцев А.Д. Установка для электрошлакового переплава высокореакционных металлов и сплавов под активными кальцийсодержащими флюсами в контролируемой атмосфере или вакууме // Сб. науч. тр. ДонГТУ. Металлургия. Вып. 14. — Донецк: ДонГТУ, 1999. — С. 58-60.

  10. Рябцев А.Д. Разработка технологии глубокого рафинирования хрома и сплавов на его основе методом ЭШП под активными флюсами: Автореф. дис. … канд. техн. наук.: 051602/ Донецкий политехнический ин-т. — Донецк, 1987. — 24 с.

  11. Термодинамические свойства металлического компонента в металлсодержащих фторидных флюсах / С.В. Терехов, Е.Л. Корзун, В.Н. Радченко,  Ю.М. Мухин, Е.Л. Иванов // Металлы. — 1990. — №3. — С. 40-43.

© А.Д. Рябцев, А.А. Троянский, В.Ю. Мастепан, М.В. Самборский, 2003

Вверх