5. Разливка.

Разливка проводится в вакууме либо в атмосфере арго­на. Аргон позволяет получить более плотный слиток, но если в печи имеется конденсат магния то при напуске воздуха возможно его вос­пламенение.

Из оксидов алюминия и нитридов титана на поверхности металла образуются пленки. В изложнице пленки не всплывают, а запутыва­ются в металле в виде крупных скоплений.

Чтобы избежать этого, существуют два способа:

1) конструктивный - выпуск не прямо в изложницу, а через спе­циальный желоб (рисунок 7) [1]. Желоб снабжен 2-3 перегородками для отделения шлака и футеруется корундовыми огнеупорами. Перед приемом металла прокаливается при температуре не менее 1000 °С;

2) перед разливкой на металл дают легкоплавкую шлаковую смесь, шлаки ассимилируют пленки, а сам шлак хорошо отстает от металла.

Рисунок 7 - Схема выпуска металла через желоб

1.4 Порядок подачи легирующих материалов в зависимости от температуры плавления, сродства к кислороду, упругости пара

Важным моментом получения качественного метал­ла является правильный порядок присадки легирующих элементов. Этот порядок определяется физико-химическими свойствами этих элементов: температура плавления, сродство к кислороду, упругость пара. Как правило, сначала расплавляют основу сплава — железо, никель или кобальт и некоторые тугоплавкие присадки: вольфрам, молибден. После расплавления и раскисления ванны присаживают хром, ванадий. В конце периода выдержки дают титан и алюминий. Раньше их присаживали в самом конце плавки. Теперь после присадки этих элементов плавка некоторое время выдерживается под вакуумом для более полного рафинирования. Непосредственно перед сливом дают редкоземельные металлы (РЗМ), кальций, магний, бор. Слишком ранняя присадка этих элементов приведет к загрязнению металла оксидными или нитридными неметаллическими включениями, образующимися при введении присадок. Процесс всплывания включений достаточно медленный и за время выдержки в вакууме включения не полностью успевают всплыть. Слишком поздняя присадка легирующих не позволяет провести рафинирование ванны от примесей, содержащихся в добавках [3]. В процессе присадки, в зависимости от химического состава выплавляемого сплава или стали, могут применяться не только чистые компоненты, но и ферросплавы данных элементов: ферровольфрам, феррохром, феррованадий, ферробор и другие.

2 Футеровка вакуумной индукционной печи. Взаимодействие стали с футеровкой в вип

2.1 Футеровка печи

Огнеупорный тигель ВИП является важнейшей частью установки. Его стойкость, материал, из которого он изготов­лен, определяют как производительность печи, так и чистоту вы­плавляемого металла - его качество.

Для изготовления футеровки (тиглей) вакуумных индукционных печей используют, как правило, чистые огнеупорные материалы: электроплавленные оксиды магния, циркония, алюминия, их смеси. Применение электроплавленных материалов обусловлено тем, что в них закончились объемные и другие превращения, удалены нежела­тельные примеси.

Для лабораторных печей малой вместимости применяют тигли за­водского исполнения, изготовленные либо методом литья, либо ме­тодом прессования. Для печей вместимостью от нескольких кило­грамм до 1 т и более применяют набивку тигля внутри индуктора. Перед набивкой тигля изолированный индуктор изнутри покрывают тонким слоем обмазки. В качестве обмазки можно использовать мас­су, состоящую из спирта, мелкого электрокорунда и этилсиликата. Можно применять стеклоткань, которую приклеивают к катушке ин­дуктора жидким стеклом. Нанесенную обмазку просушивают. Об­мазка образует кожух футеровки, который не дает огнеупорным ма­териалам высыпаться в зазоры между витками индуктора. Затем на­бивают тигель вокруг железного или графитового шаблона, обмо­танного одним - двумя слоями картона. Картон предохраняет от сва­ривания внутренние слои футеровки с шаблоном при спекании.

Набивку тигля производят порошкообразной массой. После на­бивки и спекания тигель должен иметь внутренний плотный рабочий слой и наружный - более рыхлый, который демпфирует нагрузки, возникающие при перемещении витков индуктора под влиянием маг­нитных полей, при механических воздействиях на тигель и от тепло­вых и объемных изменений в стенках тигля. Эти задачи решаются за счет подбора зернового состава массы. Если тигель изготовить из одной мелкой фракции, то он получается очень плотный, быстро пропекается и подвержен трещинообразованию. Если тигель изгото­вить из одной крупной фракции материалов, то он может быть слиш­ком пористым.

На одном из заводов применяют массу сложного зернистого со­става для набивки тигля из 94 % плавленого оксида магния и 6 % электрокорунда. Примерный фракционный состав оксида магния: 2...3 мм – 30 %; 1.. .2 мм – 30 %; менее 1 мм – 40 %, в том числе фракции 0,088 мм - 15...20 %.

Электрокорунд применяют фракции 0,5...1,0мм. Хорошо пере­мешанную массу прокаливают и набивают из нее тигель без связки и увлажнения.

Воротник печи выкладывают из магнезитового или хромомагнезитового кирпича. Сливной желоб ставят готовый, предварительно изготов­ленный на пресс-форме. Затем индуктор с набивным тиглем устанав­ливают на печь. Футеровку сушат и спекают, после чего загружают отходами углеродистой стали, расплавляют металл и выдерживают при температуре 1580...1610 °С в течение 20...30 мин. После этого проводят еще 2-3 закрепительные плавки.

Одним из самых распространенных материалов для изготовления тиглей вакуумных печей является оксид магния.

Стойкость набивных тиглей в крупных печах составляет всего 20- 40 плавок. На крупных печах, как правило, используют кирпичную кладку из периклазовых огнеупоров.

Печь фирмы «Латроб стал» вместимостью 27 т имеет кирпичную футеровку, состоящую из двух слоев. Прилегающий к индуктору на­ружный слой выполняется из высокоглиноземистого кирпича или чистого корундового кирпича высокой степени чистоты на муллитовой (Si0₂ - 20%, А1₂Оз - 73%, ТiO₂ - 3%) связке высокой плотности с хорошим сопротивлением термонапряжениям и структурной ста­бильностью.

Внутренний рабочий слой выполняется либо из магнезитового кирпича высокой степени чистоты на шпинельной связке из MgO-Аl₂Оз, либо из корундового кирпича.