Выбор состава шлака, технология подготовки и формирования шлаковой ванны при ЭШП

При электрошлаковом процессе, как уже отмечалось, тепло выделяется благодаря прохождению тока через шлак. Плотность тока при этом процессе обычно находится в пределах 0,1-0,5 А/мм². Чем меньше плотность тока, тем труднее навести шлаковую ванну в начале процесса, но тем легче поддерживать устойчивый электро­шлаковый процесс, так как при малой плотности тока процесс идет достаточно устойчиво в широком диапазоне значений токов и напря­жений. Учитывая особенности ЭШП, к шлаку предъявляются сле­дующие специфические требования.

1. Шлак должен быть несколько более легкоплавким, чем металл расходуемого электрода, что обеспечивает лучшее рафинирование от газов и неметаллических включений. В то же время для преду­преждения появления дуговых разрядов необходимо применять шлаки с относительно высокой температурой кипения, во всяком случае выше температуры плавления расходуемого электрода.

2. Важной характеристикой шлака является его электропровод­ность. При высокой проводимости шлака возможно выделение не­достаточного количества тепла для расплавления электрода, а также затрудняется в этом случае поддержание нормального электриче­ского режима без расплавления электрода.

3. Жидкий шлак при температурах плавления обеспечивает формирование качественного слитка. При большой вязкости шлака увеличивается прослойка теплоизоляции между слитком и кристал­лизатором, ухудшается теплопередача через кристаллизатор, а частицы шлака могут проникнуть глубоко в металл. Кроме того, при использовании жидких шлаков облегчается выделение газов из кристаллизующейся последней порции жидкого металла в головной части слитка. Если шлак тугоплавок, то возможно появление пори­стости в головной части слитка.

Кроме перечисленных технологических свойств, шлак ЭШП должен обладать и надлежащими металлургическими свойствами. При этом в зависимости от требований, предъявляемых к переплавляемому металлу, меняются и требования, предъявляемые к металлургическим свойствам шлака. Если ставится задача снижении содержания серы в металле, то шлаки должны быть основными, например, состоящими из СаО и А1₂О₃. В тех случаях, когда необходимо получить металл с минимальным содержанием углерода, шлаки могут быть окислительными, состоящими, например, из окислов железа и марганца. Для получения металла с минимальным содержанием неметаллических включений шлак должен хорошо растворять включения.

Шлаки при ЭШП наводят при помощи флюсов. Создание флюсов, сочетающих оптимальные технологические и металлургические свойства, задача весьма трудная. Особенно трудно подобрать шлак, который, отвечая основным технологическим и металлургическим требованиям, имел бы оптимальную электропроводность в жидком и твердом (в начале процесса) состоянии. Поэтому в начале процесса применяют электропроводный флюс. Институтом электросварки им. О. Е. Патона предложен флюс марки С-1, представляющие собой экзотермическую смесь из 17% калиевой селитры, 16,5% алюмомагниевого порошка и 66,5% наполнителя и предназначенный для запуска процесса. Расход флюса С-1 составляет примерно 0,5 кг на 1 т металла.

После того как процесс пойдет устойчиво, в кристаллизатор загружают рабочий флюс. Основой для большинства рабочих флю­сов, применяемых при ЭШП, является фтористый кальций. Наи­более широко применяется рабочий флюс марки АНФ-6, содержащий 25-30% А1₂О₃, 57-65% СаF₂, 4-5% СаО. Температура плавления этого флюса 1320-1340°С, расход составляет 3-4% от массы слитка. Этот шлак обеспечивает десульфурацию металла и применяют его для сталей и сплавов, не содержащих бор и титан. Флюс АНФ-1П содержит 95% СаF₂ и 5% СаО, температура плавления около 1400°С, может быть использован для переплава сталей, содержащих бор и титан.