- •8.3 Выплавка стали в электропечах
- •8.3.1 Классификация электропечей
- •Дуговые печи
- •Дуговые печи косвенного нагрева (или с независимой дугой)
- •Дуговые печи прямого нагрева (или с зависимой дугой)
- •Основные требования к сверхмощным дуговым печам (сдп)
- •Дуговые печи с закрытой (шунтированной) дугой,
- •Печи сопротивления
- •Индукционные печи
- •Электродинамические явления в индукционной печи бжс
- •Конденсаторы с водомасляным охлаждением
- •Электронно-лучевые печи
- •Особенности устройства и технологии в сверхмощных дуговых печах
- •Особенности технологии выплавки специальных марок стали.
- •Технология переплава легированных отходов без окисления («чистый» переплав)
- •Физические процессы, идущие в охлаждающейся и кристаллизующейся стали
- •Заполнение формы жидкой сталью
- •Факторы, определяющие жидкотекучесть стали
- •Влияние поверхностных пленок на жидкотекучесть стали
- •Влияние газов, выделяющихся из металла
- •Влияние плотности, теплоемкости и теплопроводности жидкого металла
- •Влияние формы кристаллитов и скрытой теплоты
Факторы, определяющие жидкотекучесть стали
Влияние поверхностного натяжения жидкой стали. Поверхность жидкости обладает потенциальной энергией, стремящейся принять минимальное значение. Вследствие этого изолированная жидкость принимает сфероидальное состояние, характеризующееся минимальной поверхностью для данного объема.
Поверхностное натяжение металлов значительно меняется от присутствия НВ или образования поверхностных пленок из-за реакций окисления. Особенно сильно оно изменяется от колебания состава стали в отношении некоторых элементов (Cr, Si, и др.).
Жидкие металлы обладают большим поверхностным натяжением и тем больше, чем выше температура плавления.
Например, вода при +20 оС имеет σ = 81 дин/см;
медь − +11810 σ = 1103 дин/см
серый чугун − +73000 σ = 1150 дин/см
сталь 0,3 С − +1520 σ = 1500 дин/см
Жидкие металлы, не покрытые пленкой окислов, не смачивают стенки песчаной формы. Капля жидкого металла со стенками образует тупой угол α(cosα < 0).
В = cosα = (σв-т− σж-т) / σв-ж, (2.1‑13)
где σж-т, σв-ти σв-ж− являются поверхностными натяжениями на поверхности раздела: воздух (В), твердого (Т) и жидкого тела (Ж).
Это уравнение, выражающее условие равновесия трех сил, приводит к тому, что:
1. Если σж-т< σв-т, тоcosα < 0, угол α тупой, жидкость не смачивает твердое тело гидрофобно. Преобладает взаимное сцепление частиц жидкости;
2. Если σж-т> σв-т, тоcosα > 0, угол α – острый, жидкость смачивает твердое тело гидрофильно, т.е преобладает сцепление жидкость − твердое тело;
В = cosα = (σж-т− σв-т) / σв-ж (2.1‑14)
И в специальном случае, когда cosα = 1, α = 0, жидкость смачивает абсолютно.
При подъеме по вертикальной стенке формы жидкий металл контактирует с твердой поверхностью.
Твердые стенки песчаной формы являются гидрофобными, не смачиваемыми по отношению к жидким металлам. (Различная природа сродства между SiO2и металлом). Если же поверхность металла окислена и на ней имеется тонкая пленка окислов, то:
а) окислы, которые обладают металлическим характером и сильно растворимы (например, FеO), дают смачивание, т.е. металл втягивается в поры стенки;
б) окислы поливалентных металлов (и алюминиты, селиниты), мало растворимы в стали, противостоят смачиванию и металл проникает только в случае больших размеров.
Поэтому плохо раскисленная или окисленная сталь дает смачивание и пригарает к стенкам формы. Для того, чтобы несмачивающий форму металл мог продвигаться в канале, необходимо преодолеть противодавление сил поверхностного натяжения на выпуклом мениске металла (ρ = 2δ / rcosα, г/см2), т.е. необходим излишний металлостатический напор. В этом сказывается влияние поверхностного натяжения и смачивания на запоняемость формы, особенно малого сечения.
Очевидно, что получению четкого отпечатка отливки, ее очертаний будет способствовать смачивание, т.е. низкое поверхностное натяжение жидкости (чугун и цветные металлы дают лучшие очертания отливки).
Сталь, имеющая большое поверхностное натяжение σ и α, обладает худшей жидкотекучестью, чем чугун и т.д. Однако большое σ оказывает благотворное влияние на некоторые другие качества отливок (образованию кристаллов более округлой формы, а не дендритов с острыми углами, препятствует образованию газовых пузырей в жидком металле, в формировании НВ).