Elektrostruskové přetavování (ERS)

Proces přetavování

Proces elektrostruskového přetavování spočívá v postupném tavení spodní části odlitku nebo kovaných elektrod skrze vrstvu natavené strusky do vodou chlazené měděné formy.

Struska, což je většinou fluorid vápenatý s přídavkem vápence, magnezia, oxidu hlinitého a dalších oxidů, slouží několika účelům. V nataveném stavu struska je elektricky vodivá a při průchodu vysokých proudů mezi elektrodou a formou se chová jako odporový tepelný element. Struska se při stálém průchodu proudu přehřeje a způsobí ponor špičky elektrody do taveniny. Jakékoli přídavky v tomto nataveném kovu jsou rozpuštěny a stanou se součástí strusky. Tím je materiál vyčištěn a protéká skrze strusku na dno formy.

Po nějaké době se ve formě prostřednictvím kontrolovaného tuhnutí vytvoří čistý ingot. Z důvodu relativně nízké hustoty plave struska na povrchu roztaveného kovu na vrcholu ingotu. Tak chrání tekutý kov před oxidací, což se děje v běžném případě při tavení v atmosféře.

Při ukončování procesu je výkon postupně snižován. To redukuje objem tekutého kovu ve vrchní části ingotu. Zároveň je z elektrod přidáváno menší množství materiálu pro snížení procesu smršťování za tuhnutí. Výsledkem jsou bezchybné vrchy ingotů s vysokou výtěžností.

Řízené tuhnutí – základní parametr elektrostruskového přetavování

Hlavním důvodem pro zavedení moderního elektrostruskového přetavování je dosažení řízeného tuhnutí. Lití do pánví a vakuové indukční tavení mohou efektivně produkovat velké množství tekutého kovu vysoké čistoty a výborných chemických vlastností. Nalití tohoto materiálu do forem a jeho tuhnutí však často končí nepoužitelnými ingoty z důvodu rozdělování a smršťování materiálu během tuhnutí. Je to z důvodu nepřiměřeně dlouhého tuhnutí u ingotů industriální velikosti.

Při elektrostruskovém přetavování je nepoužitelný kov přetaven a chemicky homogenizován. Pak, kvůli řízení rychlosti tavení, je v jednom okamžiku na povrchu ingotu pouze relativně malá vrstva nataveného kovu, a proto je kov rychle ztuhlý. To zabraňuje efektu makroskopického oddělování. Navíc, vzhledem k tomu, že je na vrchní části roztavený kov, který je ochlazován (smršťuje se), nedochází utváření kazů při smršťování, pórovitosti a děrám. Výsledkem správně provedeného procesu je chemicky homogenní ingot s vysokou výtěžností.

Koaxiální elektrostruskové pece

Společnost Consarc elektrostruskové přetavování nevynalezla, ale v roce 1966 představila zcela jiný postup, který se dosud používá v leteckém průmyslu a dalších odvětvích.

Inženýři firmy Consarc zkombinovali "high fill ratio" elektrodu (elektrodu, jejíž průměr se blíží velikosti kelímku) se střídavou pecí, ve které jsou induktory uspořádány koaxiálně okolo tavící zóny. „High fill ratio“ elektroda přináší podstatné výhody včetně:

• Snížení spotřeby energie
• Zvýšení kvality ingotu
• Vylepšení povrchu ingotu

Koaxiální systém vodičů umožnil použití menších, efektivnějších zdrojů energie a snížení nežádoucího magnetického míchání taveniny. Navíc prakticky eliminoval rozptylové pole vířivých proudů, které ohřívaly okolní ocelové konstrukce a způsobovaly magnetickou interakci mezi sousedními tavbami, tedy charakteristiku všech dřívějších pecí pro elektrostruskové přetavování.

Uspořádání elektrostruskových pecí (statické / výměna elektrod / kombinace)

Většina dnes používaných elektrostruskových pecí má jednu hlavu a možnost dvou tavících stanic. Avšak firma Consarc dodává také výměnné elektrody se dvěma hlavami s možností tavení do středové prstencové formy / vyzvihovací stanice pro ingoty, nebo statické formy. Firma Consarc také dodala sestavu kombinovaných pecí s dvěma hlavami, výměnnou centrální elektrodou a vnějšími statickými tavícími stanicemi a tím poskytla možnost flexibilního přetavování pomocí širokého množství elektrod.

Principy koaxiální konstrukce jsou začleněny ve všech elektrostruskových pecích firmy Consarc.