» » Электрохимическое модифицирование и легирование металла при электрошлаковом переплаве
18.12.2014

В электрошлаковом процессе сочетаются два основных фактора, необходимые для получения металла высокого качества: последовательная, вертикально направленная кристаллизация металла и возможность рафинирования металла путем обработки его расплавленным шлаком.
Интенсивные исследования закономерностей электрошлакового переплава позволили выяснить влияние электрических параметров на устойчивость и производительность процесса; установлены закономерности рафинирования металла и особенности перехода элементов через границу раздела металл — шлак в зависимости от полярности тока.
Исследование электрохимических процессов при ЭШП проводил Митчел. Его работы, интересные по постановке и экспериментальному осуществлению, показывают определяющую роль электродной поляризации в развитии реакций на границе раздела металл—шлак. Однако он сужает круг возможных электродных процессов, не учитывая катодное растворение серы и кислорода, а также анодное окисление кислорода и фтора.
Нельзя согласиться с его утверждением о том, что капля металла при переходе через шлак является незаряженной, поскольку в работах установлено наличие заряда на капле при ее электрокапиллярном движении.
Отличительными особенностями электролиза при электрошлаковом переплаве являются высокие температуры процесса (1873—2273 К); большие плотности тока па электродах, позволяющие осуществлять разряд на катоде почти всех катионов, присутствующих во флюсе; наличие трех стадий процесса с различной поверхностью реагирования. Поскольку в рассматриваемом процессе катод и анод представляют собой жидкие металлы почти одного химического состава, это приводит к протеканию взаимообратимых электродных реакций.
Рассмотрим, вначале в самом общем случае, возможные варианты электрохимических реакций на границах раздела металл — шлак при различных полярностях электродов.
При переплаве на постоянном токе обратной полярности катодом является металлическая ванна над слитком, а анодом — жидкий металл на конце переплавляемого электрода. В этом случае на катоде протекают реакции восстановления катионов
Электрохимическое модифицирование и легирование металла при электрошлаковом переплаве

и катодного растворения серы и кислорода
Электрохимическое модифицирование и легирование металла при электрошлаковом переплаве

Компенсирующие анодные процессы на конусе расходуемого электрода будут складываться из анодного растворения компонентов сплава
Электрохимическое модифицирование и легирование металла при электрошлаковом переплаве

а также из анодного окисления анионов кислорода и фтора
Электрохимическое модифицирование и легирование металла при электрошлаковом переплаве

При переплаве на постоянном токе прямой полярности качественно электродные процессы будут такими же, как и в случае обратной полярности, только катодные процессы протекают на конусе электрода, а анодные — на жидкой ванне. Здесь имеет место анодное растворение элемента, восстановленного до этого на конусе электрода. Однако большее влияние на результаты электролиза оказывает время и поверхность контакта конуса расходуемого электрода и металлической ванны с жидким шлаком.
При переплаве электродов на постоянном токе прямой полярности, когда катодом является расплавляемый металл на конусе электрода, из шлака восстанавливается лишь немногим меньше осаждаемого элемента, чем на постоянном токе обратной полярности. По-видимому, во время пленочного точения и образования капли взаимное движение металла и шлака приводит к непрерывному обновлению реакционной границы металл—шлак. Интенсивное перемешивание металла устраняет диффузионные затруднения, а площадь взаимодействия металла и шлака значительно возрастает. Это подтверждает процесс переплава в системе с изолированным кристаллизатором, в котором Sмв>Sкон лишь в 2 раза. В данном случае большее количество элемента восстанавливается при переплаве постоянным током прямой полярности.