1.4.6.Индукционные печи

Индукционные печи (ИП) находят широкое применение в металлургии и машиностроении. От дуговых печей они отличаются источниками нагрева металла до жидкого состояния, конструктивными и технологическими особенностями процессов. По сравнению с ДСП ИП занимают меньше пространства, при плавке на 15 % меньше пыли, потери металла на испарение – 1% (в ДСП из-за испарения в дуге – 5 %), ниже уровень шума. Эффективность использования линий электропередачи и трансформаторов для ИП равна 92 %, для ДСП – 70 %. К недостаткам ИП относится необходимость особого отбора и подготовки лома, низкая стойкость футеровки, а также плохо перемешиваемый шлак, который не позволяет так же интенсивно, как в дуговых печах проводить процессы рафинирования.

Основной тип современных ИП – это печи без сердечника. Такая печь состоит из индуктора-катушки, навитой из медной трубки с водяным охлаждением. Внутрь индуктора вставляется либо готовый огнеупорный тигель, либо тигель набивается порошкообразными огнеупорными материалами. При наложении на индуктор переменного электрического тока образуется переменное магнитное поле, пронизывающее пространство внутри индуктора. Это магнитное поле наводит в металлической садке, находящейся в тигле, вихревые токи индукции. Появление токов сопровождается выделением тепла, которое нагревает и расплавляет металл.

Конструктивно печи выполняют открытыми при плавке на воздухе и закрытыми для выплавки стали и сплавов в вакууме. Источниками тока высокой частоты служат магнитные генераторы с частотой тока от 50 до 10000 Гц.

Технология плавки стали в индукционной печи

Плавку проводят на высококачественном ломе с пониженным содержанием фосфора и серы. Крупные и мелкие куски так укладывают в тигель или бадью, с помощью которой загружают крупные печи, чтобы они плотно заполняли объем тигля. Тугоплавкие ферросплавы укладывают на дно тигля. После загрузки включают ток на полную мощность. По мере проплавления и оседания скрапа подгружают шихту, не вошедшую сразу в тигель. После окончательной загрузки шихты на поверхность металла забрасывают шлакообразующие материалы.

В ходе плавки шлак раскисляют добавками порошка кокса, ферросилиция, металл – кусковыми ферросплавами и в конце плавки алюминием. Т.к. угара легирующих элементов практически не происходит, в ИП можно выплавлять сплавы сложного состава.

1.4.7.Специальные методы электрометаллургии плазменная плавка

Э ффективным методом выплавки высококачественных сталей является плазменно-дуговая плавка с помощью электрической плазмы (ионизированного газа). Основным узлом в плазменно-дуговой печи является плазмотрон, состоящий из двух соосно расположенных электродов. Внутренний электрод имеет форму сопла (рис. 41). При постоянном токе внутренний электрод служит катодом, а сопло – анодом. Поток газа подается в камеру плазмотрона через сопло, выдувает дугу, которая направляется на металл. Электрический разряд между катодом и анодом ионизирует газ с образованием низкотемпературной плазмы с температурой до 30000 К. В виде факела нагретый газ с большой скоростью вырывается из сопла.

В качестве плазмообразующих газов используют двухатомные газы с высокой теплопроводностью: аргон, гелий, водород, азот, а также водяной пар. Плазменный нагрев применяется в печах с огнеупорной футеровкой (рис. 43) и с мед

ным водоохлаждаемым кристаллизатором (рис. 44).

Форма печи с огнеупорной футеровкой по внешнему виду напоминает дуговую печь, но отличие состоит в том, что она полностью закрыта. Плазмотрон в печь входит через свод, а загрузочное окно и сливной носок имеют заслонки. Катодом служит верхний водоохлаждаемый электрод, а анодом – ванна. В подину печи заделан электрод, имеющий контакт с жидким металлом.

Дуга в плазменной печи горит стабильно без коротких замыканий и толчков тока. Плазменно-дуговые печи с огнеупорной футеровкой работают бесшумно, практически без пыле- и газовыделений, их емкость составляет от 1 до 30 т.

Особенности другой разновидности плазменно-дугового переплава заключаются в следующем. Заготовка подается в камеру печи специальным механизмом и расплавляется двумя плазмотронами. Процесс наплавления идет непрерывно, т.к. металл стекает в кристаллизатор и по мере наплавления вытягивается из него. В таких печах могут переплавляться как целые штанги, так и заготовки, набранные из прутков, мелкого профиля, листовых отходов проката. Слитки, полученные в плазменно-дуговых печах, имеют высокое качество поверхности и пониженное содержание неметаллических включений и газов.