Процесс плавления в дуговой вакуумной печи

Преобразование электрической энергии в тепловую в ДВП проис­ходит в электрической дуге, горя­щей при пониженном давлении и обеспечивающей высокие темпера­туры как на электродах, так и в разрядном промежутке (рис. 6.1).

Дуговые вакуумные печи могут работать с нерасходуемыми и рас­ходуемыми электродами (рис. 6.2). В первом случае дуга горит под гра­фитовым или вольфрамовым стерж­нем. При этом металл, подвергае­мый расплавлению, засыпают в пла­вильное пространство порциями из специального бункера-дозатора. Не­смотря на некоторые преимущест­ва, связанные с возможностью пере­плава отходов, печи с нерасходуе­мыми электродами не получили широкого распространения из-за неизбежного во время плавки за­грязнения выплавляемого металла материалом электрода.

Основным видом ДВП являются печи с расходуемыми электродами, в которых производится вакуумно-дуговой переплав (ВДП) металла электрода заданного химического состава.

Рис 6.2 Дуговая вакуумная печь

а - с расходуемым электродом; 1 - вакуумная камера; 2 - расходуемый электрод; 3 - кристаллизатор; 4 - наплавляемый слиток; б – с не расходуемым электродом; 1 – питатель для подачи шихты; 2 – вакуумная камера; 3 – тугоплавкая насадка электрода; 4 кристаллизатор; 5 – наплавляемый слиток.

Плавка в ДВП для получения слитка разделяется на два основ­ных периода: горячий, когда печь на­ходится под током, и период вспо­могательных операций,

Период вспомогательных операций c очистки кристаллизатора и поддона (подготовка печи);

2) загрузки электрода в кристаллизатор и подсоединения кристаллизатора с элект. родом к камере лечи (загрузка печи);

3) откачки печи и проверки натекания; 4} выдержки слитка в кристаллизатор

ре поело его наплавлення (охлаждение);

5) выгрузки слитка.

Длительность вспомогательных опера­ций в значительной степени зависит от конструктивных особенностей печей. По ха­рактеру протекания процессов загрузки — вьігрузки печи разделяются на два типа— со стационарным и отъемным кристаллиза­торами. В печах первого типа выгрузка наплавленного слитка и разгрузка расходу­емого электрода осуществляются посред­ством опускания отъемного поддона и вы­ката его из-под печи с помощью специаль­ных механизмов. Недостатками печей этого типа являются необходимость чистки кри­сталлизатора непосредственно на печи, труд­ность установки и центровки расходуемого электрода и увеличенная высота печи. Сни­жение времени вспомогательных операций может быть достигнуто за счет применения печей с отъемным кристаллизатором (отъ­езжающим или поворотным). У них для вы­грузки слитка и установки расходуемого электрода кристаллизатор выводится из-ііод печи. При такой схеме используют два кристаллизатора; Один находится в работе, пругой подготавливается. Это позволяет облегчить обслуживание печи и за счет перекрытия части вспомогательных операций снизить подготовительный период на 30— 50 мин. Кроме того, в таких печах может быть снижено время охлаждения слитка за счет оборудования сменных кристаллизато­ров специальными вакуумными шлюзами. Недостатком печей с отъемными кристал­лизаторами является более сложный под­вод водоохлаждения к кристаллизатору. После выполнения вспомога­тельных операций производят за­жги анис дуги. Для этого электрод опускают вниз до короткого замы­кания с затравкой или до пробоя промежутка, после чего его подни­мают вверх на заданную высоту, соответствующую длине дуги. Го­рячий период плавки разделяется в свою очередь на три подпериода: прогрев электрода, период перепла­ва металла и вывод усадочной ра­ковины. При прогреве электрода плавления металла не происходит, и все выделяющееся тепло идет в основном на повышение теплосо­держания электрода. Поэтому обычно работают при пониженных значениях тока для предотвраще­ния прожога поддона, После про­грева электрода и появления на его торце пленки жидкого металла ток резко повышают (рис. 6.9) и пере­ходят непосредственно к перепла­ву металла.

Период переплава металла яв­ляется основным технологическим периодом печи. Режим ДВП выби­рается таким образом, чтобы обес­печить требуемое качество металла. Большинство металлургических процессов а печи связано со скоро­сть» пл'ійчи, которая является ос­новным параметром процесса . С одной стороны, время плавления и пребывания металла в расплав­ленном состоянии определяет про­цессы дегазации и удаления лету­чих примесей и неметаллических включений за счет их растворения на торце электрода и всплывания в жидкой ванне слитка. С другой стороны, от скорости плавления за­висят форма и глубина ванны, а следовательно, направление роста кристаллов, протяженность двух­фазной зоны, т. е. решающие фак­торы формирования структуры слитка. Массовая скорость плавки зависит от физических свойств переплавляемого металла и диамет­ра слитка.

Период переплава состоит из нестационарной и стационарной", частей. Нестационарная (началь­ная) часть периода определяется изменением условий охлаждения слитка, связанным с постепенным уменьшением доли теплоотвода к поддону. При этом при неизменной скорости плавления металла глуби­на и объем жидкой ванны металла постепенно увеличиваются и дости­гают в конце начального периода за­данных значений. Поэтому для обеспечения в течение всего периода переплава постоянной глубины ван­ны в начальный период вводят большую мощность, постепенно сни­жая ее примерно но экспоненциаль­ному закону (рис. 6.9).

После стабилизаиии теплового режима слит­ка в печь вводят мощность, которая обеспечивает заданную скорость плавки, и поддерживают ее по­стоянной.

В конце плавки для снижения размеров усадочной раковины и по­вышения выхода годного металла за счет снижения обрези слитка производят постепенное снижение силы тока до минимальной, когда прекращается плавление электрода. За счет постепенного уменьшения глубины ванны металла удается обеспечить хорошую макрострукту­ру металла головной части слитка и достаточно полное очищение его от газов и неметаллических включе­ний. Продолжительность периода вывода усадочной раковины зависит от размеров печи; при этом наплав­ляется 30—60 мм слитка.

После окончания плавки источ­ник питания отключают, слиток ох­лаждают, напускают воздух, произ­водят разгрузку печи и подготавли­вают ее к следующей плавке.