ВЛИЯНИЕ ВРАЩЕНИЯ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ НА АНИЗОТРОПИЮ СВОЙСТВ ПОЛУЧАЕМОГО СЛИТКА

Представлено теоретическое обоснование влияния технологии электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода на физико-механические свойства формируемой отливки (заготовки). Технология электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода вокруг собственной оси ведет к образованию восходящего потока тепла в шлаковой ванне, делая гидродинамическую обстановку в кристаллизаторе более рациональной с точки зрения использовании образующегося тепла. При вращении расходуемого электрода на пленку жидкого металла, образующуюся на торце электрода, действуют центробежные силы, которые беспечивают радиальное течение капель расплавленного металла. Последующий отрыв происходит с внешнего периметра электрода. Таким образом, капли электродного металла попадают в металлическую ванну ближе к стенке кристаллизатора, выравнивая температурный фронт ванны. Уменьшение температурного градиента ванны по сечению приводит к более плоскому фронту кристаллизации. Исследуемая технология электрошлакового переплава с  вращением расходуемого электрода должна оказывать влияние на физико-механические свойства получаемого слитка (заготовки). С целью установления влияния вращения расходуемого электрода при электрошлаковом переплаве на свойства получаемого металла были проведены экспериментальные переплавы. Представлены данные об экспериментальных электрошлаковых переплавах электродов марки стали 20Х13 по различным технологиям на установке А-550. В ходе эксперимента устанавливалось влияние технологии вращения расходуемого электрода на условия процесса переплава, кристаллизации слитка, изменение механических и физических свойств. Проанализировано влияние способа переплава на свойства получаемого слитка. В качестве основного инструмента исследования использована обработка полученных данных о  микротвердости, плотности, размере дендритной ячейки экспериментальных образцов. Анализ результатов исследований слитков в поперечном направлении показал повышение равномерности микротвердости при реализации технологии электрошлакового переплава с  вращением расходуемого электрода по ходу плавки. Также показано, что применение технологии вращения уменьшает размер дендритной ячейки отливки и повышает плотность формируемой заготовки в сравнении с классической технологией без вращения электрода.

1. Медовар Б.И., Цыкуленко А.К., Богаченко А.Г. и др. Электрошлаковая технология за рубежом. – Киев: Наукова думка, 1982. – 320 с.

2. Клюев М.М., Волков С.Е. Электрошлаковый переплав. – М.: Металлургия, 1984. – 208 с.

3. Jardy J., Ablitzer D. and Wadier J.F. Magnetohydrodynamic and Thermal Behavior of Electroslag Remelting Slags // Metall. Trans. 1991. B, 22B. P. 111 – 120.

4. Paton B.E., Medovar L.B. Improving the electroslag remelting of steel and alloys// Steel in Translation. 2008. Vol. 38. P. 1028 – 1032.

5. Chumanov V.I., Chumanov I.V. Technology for electroslag remelting with rotation of the consumable electrode // Metallurgist. 2001. Vol. 45. No. 3-4. P. 125 – 128.

6. Paar A., Schneider R., Zeller P., Reiter G., Paul S., Siller I., Würzinger P. Influence of the polarity on the cleanliness level and the inclusion types in the ESR process // Proc. Int. Symp. Liquid Metal Processing & Casting, 22–25.09.2013, Austin, USA. – Hoboken: Wiley, 2013. P. 29 – 36.

7. Wang Q., Li G., He Z., Li B. A three-phase comprehensive mathematical model of desulfurization in electroslag remelting process // Appl. Therm. Eng. 2017. Vol. 114. P. 874 – 886.

8. Wang Q., Liu Y., Li G., Gao Y., He Z., Li B. Predicting transfer behavior of oxygen and sulfur in electroslag remelting process // Appl. Therm. Eng. 2018. Vol. 129. P. 378 – 388.

9. Kawakami M., Takenaka T., Ishikawa M. Electrode reactions in DC electroslag remelting of steel rod // Ironmak. Steelmak. 2002. Vol. 29. No. 4. P. 287 – 292.

10. Paar A., Schneider R., Zeller P., Reiter G., Paul S., Würzinger P. Effect of electrical parameters on type and content of non-metallic inclusions after electro-slag-remelting // Steel Research Int. 2014. Vol. 85. No. 4. P. 570 – 578.

11. Chang L.Z., Shi X.F., Yang H.S., Li Z.B. Effect of low-frequency AC power supply during electroslag remelting on qualities of alloy steel // J. Iron Steel Res. Int. 2009. Vol. 16. No. 4. P. 7 – 11.

12. Ayman F., Azza A., Hoda E.F., Mamdouh E. Behaviour of precipitates and inclusions during ESR of nitrogen alloyed and conventional AISI M41 high speed steels // Steel Grips. 2006. Vol. 4. No. 4. P. 298 – 304.

13. Дакуорт У.Э., Хойл Дж. Электрошлаковый переплав: научное издание / Пер. с англ. А.Б. Парцевского. – М.: Металлургия, 1973. – 192 с.

14. Karimi-Sibaki E., Kharicha A., Wu M., Ludwig A., Holzgruber H., Ofner B., Ramprecht M. A numerical study on the influence of the frequency of the applied AC current on the electroslag remelting process // Proc. Int. Symp. Liquid Metal Processing & Casting, 22–25.9.2013, Austin, USA. – Hoboken: Wiley, 2013. P. 13 – 19.

15. Chumanov I.V., Chumanov V.I. Control of the carbide structure of tool steel during electroslag remelting: Part I // Russian metallurgy (Metally). 2011. No. 6. P. 515 – 521.

16. Чуманов В.И., Белозёров Б.П., Чуманов И.В. Математическая модель переплава вращающегося электрода // Изв. вуз. Черная металлургия. 1991. № 12. С. 74, 75.

17. Chumanov I.V., Chumanov V.I. Increasing the efficiency of the electroslag process and improving the metal quality by rotating consumable electrode: Part I // Russian metallurgy (Metally). 2010. No.6. P. 499 – 504.

18. Чуманов И.В., Пятыгин Д.А. Особенности электрошлакового переплава на постоянном токе с вращением расходуемого электрода // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006. № 3. С. 22 – 25.

19. Лейбензон С.А. Электрошлаковый переплав и качество металла. – М.: Металлургия, 1965. – 64 с.