Способ электрошлаковой выплавки стального слитка

СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ВЫПЛАВКИ СТАЛЬНОГО СЛИТКА, включающий поочередный переплав электродов в кристаллизаторе с коэффициентом заполнения менее 0,5, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества слитка, переплав оставшейся длины предыдущего электрода, определяемой из выражения мм, ведут со скоростью, в 1,3 - 1,6 раза превышающей среднюю скорость переплава, а начальный переплав последующего электрода длиной, определяемой из выражения мм, осуществляют со скоростью 0,5-0,7 средней скорости переплава, где D_эл - диаметр электрода, мм.

Изобретение относится к металлургии и предназначено для применения при получении стальных слитков поочередным переплавом расходуемых электродов в кристаллизаторе при коэффициенте заполнения менее 0,5.
Известен способ электрошлакового переплава металлов и сплавов, включающий наплавление слитка в водоохлаждаемом кристаллизаторе поочередным переплавом двух или более электродов и перегрев шлаковой ванны перед сменой электродов на 20-200^оС.
Известен также способ электрошлаковой выплавки слитка, включающий поочередное расплавление электродов в кристаллизаторе, перегрев шлаковой ванны и дополнительное введение шлаковой смеси перед перегревом в количестве, равном 1/3-1/6 ее первоначальной массы.
При коэффициенте заполнения менее 0,5 из-за увеличенной площади зеркала шлаковой ванны перегрева последней практически не происходит и увеличение тепловой емкости шлаковой ванны перед сменой электродов идет только за счет увеличения массы шлака, что не позволяет повысить уровень механических свойств металла слитка в зоне смены электродов (ударная вязкость на 5-10% меньше в зоне смены электродов, чем по остальной длине слитка).
Целью изобретения является улучшение качества слитка.
Для этого в способе электрошлаковой выплавки стального слитка, включающем поочередный переплав электродов в кристаллизаторе с коэффициентом заполнения менее 0,5, переплав оставшейся длины предыдущего электрода, определяемой из выражения мм, ведут со скоростью, в 1,3-1,6 раза превышающей среднюю скорость переплава, а начальный переплав последующего электрода длиной, определяемой из выражения , мм, осуществляют со скоростью 0,5-0,7 средней скорости переплава, где D_эл - диаметр электрода, мм.
Переплав , мм, оставшейся длины предыдущего электрода с повышенной скоростью позволяет увеличить глубину жидкой металлической ванны, что обеспечивает необходимый запас теплоемкости для подавления процесса формирования гарнисажного пояска на границе шлак-металл-кристаллизатор.
Начальный переплав , мм, длины последующего электрода с пониженной скоростью позволяет, во-первых, увеличить время на расплавление образовавшегося гарнисажного слоя на указанной границе, во-вторых, препятствует преждевременному поступлению металла электрода в металлическую ванну и заливке жидким металлом нерасплавившегося гарнисажного слоя с образованием впоследствии гарнисажного пояска на слитке.
Опробование предлагаемого способа проводили при выплавке конического слитка высотой 2,6 м в стационарном кристаллизаторе сечением 460/380 мм путем электрошлакового переплава составного по длине электрода из двух частей размерами: нижняя часть (первый электрод) 240 мм, длина 5500 мм, верхняя (второй электрод) 240 мм, длина 2500 мм, сваренных между собой по периметру торцов с помощью металлических пластин размерами 120х90х8 мм. В качестве заготовок электрода использовали отработавшие ресурс дорны пильгерстанов из стали 24Х2М1Ф. Переплав вели под флюсом АНФ-35 в количестве 60 кг.
При переплаве оставшейся длины первого электрода, равной 275-550 мм, при токе 8-9 кА и напряжении 62-68 В увеличивали скорость переплава, в 1,3-1,6 раза превышающую среднюю скорость переплава, путем увеличения тока до 10 кА и напряжения до 70 В. После сплавления указанной длины первого электрода печь отключали, поднимали электрод до верхнего среза кристаллизатора, перекрывали кристаллизатор, срезали газокислородной горелкой "огарок", убирали его и осуществляли переплав второго электрода. Время перерыва процесса при смене электрода составляло 4-5 мин.
Начальный переплав указанной длины второго электрода вели при токе 4,5-6 кА и напряжении 68-75 В, чем обеспечивали пониженную скорость переплава этого участка электрода, составляющую 0,5-0,7 средней скорости переплава. Затем изменяли ток и напряжение до значений 8 кА и 60-62 В и вели переплав второго электрода до периода выведения усадочной раковины. Кроме того, были выплавлены слитки из составных электродов с технологическими параметрами, выходящими за заявляемые пределы, а также слитки - по технологии аналогов.
Из полученных слитков на радиально-ковочной машине ковали заготовки 255 мм. От поковок отрезали темплеты для контроля макроструктуры из зоны, соответствующей перерыву процесса. После этого из темплетов вырезали образцы для определения механических свойств по ГОСТ 1497-84, подвергавшиеся термообработке (нормализации при 1050^оС, нормализации при 950^оС, отпуску при 650^оС).
Результаты опробования приведены в таблице.
Результаты опробования показывают, что применение данного способа (варианты 1-3) позволяет повысить ударную вязкость и исключить наличие гарнисажного пояска на поверхности слитков, что повышает качество металла слитков.
Проведение способа в вариантах, предусматривающих переплав частей электродов, а также скорости их переплава, выходящие за заявляемые пределы, приводит к снижению ударной вязкости (варианты 4-15, 17-19, 21 и 22) с наличием гарнисажного пояска (варианты 4, 5, 8, 14-22), осевой пористости, приводящей к браку слитков (варианты 6, 9-13). Кроме того, наблюдается неустойчивый (дуговой) режим переплава начала последующего (второго) электрода, приводящий к появлению азота в металле и наличию нитридных неметаллических включений (варианты 10, 14, 19 и 21), что снижает качество металла слитков.
Использование: получение слитков электрошлаковым переплавом. Сущность изобретения: способ предусматривает поочередный электрошлаковый переплав электродов в кристаллизаторе с коэффициентом заполнения менее 0,5. При этом переплав оставшейся длины предыдущего электрода, определяемой из выражения (6,6-13,2) 10⁴/D_эл, мм, ведут со скоростью, в 1,3-1,6 раза превышающей среднюю скорость переплава. Начальный переплав последующего электрода длиной, равной (2,4-4,8) 10⁴/D_эл, мм, осуществляют со скоростью 0,5 - 0,7 средней скорости переплава. Способ обеспечивает лучшую "подпитку" центральной зоны кристаллизующегося металла в период замены электродов, создает необходимый запас теплоемкости для подавления процесса формирования гарнисажного пояса и увеличивает время на расплавление образовавшегося гарнисажного слоя, а также препятствует преждевременному поступлению металла электрода в металлическую ванну и заливке жидким металлом нерасплавившегося гарнисажного слоя с образованием пояска на слитке. 1 табл.