ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ КАПЕЛЬ ЭЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛЛА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПОЛОЙ ЗАГОТОВКИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Аннотация

В статье исследуется метод электрошлакового переплава (ЭШП) по одноэлектродной схеме с прошивающим дорном для производства полых заготовок. Основная проблема данной технологии – зарастание головки дорна каплями электродного металла, нарушающее формирование отверстия заданной геометрии. Для её решения предложено вращение расходуемого электрода вокруг собственной оси, обеспечивающее перераспределение потока жидкого металла за счёт центробежных сил. Экспериментальная часть выполнена методом физического моделирования с использованием сплава Вуда (имитация металла) и глицерина (шлаковая ванна), что обеспечило соответствие критериев подобия реальному процессу. Установлено, что при скорости вращения 290–340 об/мин центробежные силы переводят течение металла в радиальное направление, трансформируя оплавляемую поверхность электрода из конической в плоскую. Это исключает контакт капель с дорном, направляя металл в зону между дорном и кристаллизатором. Одновременно наблюдается инверсия шлаковых потоков (с нисходящих на восходящие) и смещение электронного потока подэлектродной зоны, снижающее тепловую нагрузку на дорн. Эксперимент подтвердил аналитическую зависимость для расчёта оптимальной скорости вращения, учитывающую геометрию системы. Показано, что вращение уменьшает массу капель более чем в два раза при умеренных скоростях, однако чрезмерное увеличение оборотов (500 об/мин) ведёт к формированию вогнутой поверхности электрода и росту объёма капель. Результаты доказывают возможность управления тепловым центром шлаковой ванны, что делает одноэлектродную схему ЭШП конкурентоспособной с многоэлектродными аналогами. Технология позволяет снизить затраты на производство электродов, сохраняя качество заготовок, и открывает перспективы для промышленного внедрения.