Вопрос №24. Плавка в индукционных печах.

Индукционная тигельная плавильная печь (рис. 2.7) состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 с металлическойшихтой. Через индуктор от генератора

промышленной частоты (50 Гц) или отгенератора высокой частоты (500 ... 2500Гц) проходит однофазный переменный ток.Ток создает переменный магнитныйпоток, пронизывающий куски металла в тигле. Переменный магнитный поток наводит в них мощные вихревые токи (Фуко), нагревающие металл 1 до расплавления и необходимых температур перегрева.Тигель изготовляют из кислых (кварцит)или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров.

Индукционные печи обладают преимуществами перед дуговыми: в них отсутствует электрическая дуга, что позволяет выплавлять сталь с низким содержанием углерода, газов и малым угаром элементов; при плавке в металле возникают электродинамические силы, которые угара легирующих элементов, защиты егоперемешивают металл в печи и способствуют выравниванию химического состава, всплыванию неметаллических включений; небольшие размеры печей позволяют помещать их в камеры, где можно создавать любую атмосферу или перед выпуском его из печи, вакуум.

Вопрос №25. Рафинирование стали.

Развитие машиностроения и приборостроения предъявляет возрастающиетребования к качеству металла: его прочности, пластичности, газосодержанию.

Улучшить эти показатели можно уменьшением в металле вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют обработку металлов синтетическим шла­ком, вакуумную дегазацию металла, элек­трошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав метал­ла в электронно-лучевых и плазменных печах и другие способы.

Метод электронно-лучевого переплава.

Плавку в электронно-лучевых печах применяют для получения чистых иультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сплавов и сталей.

Источником теплоты в этих печах является энергия, выделяющаяся при торможении свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Получениеэлектронов, их разгон, концентрация в

луч, направление луча в зону плавленияосуществляются электронной пушкой.Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемых кристаллизаторах при остаточном давлении 1,33 Па. Вакуум внутри печи, большой перегрев и высокие скорости охлаждения слитка способствуют удалению газов и примесей, получению металла особо высокого качества. Однако при переплаве шихты, содержащей легко-испаряющиеся элементы, изменяется химический состав металла.

Вакуумно-дуговой переплав при­меняют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых пе­чах с расходуемым электродом (рис. 2.15). В зависимости от требований, предъяв­ляемых к получаемому металлу, расходуемый электрод изготовляют механиче­ской обработкой слитка, выплавленного в электропечах или установках ЭШП. Рас­ходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в кор­пус 1 печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давле­ния 0,00133 кПа.

При подаче напряжения между рас­ходуемым электродом - катодом 3 - и затравкой - анодом 8 - возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет ко­нец электрода; капли 4 жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазиру­ются, заполняют изложницу и затверде­вают, образуя слиток 7. Дуга горит между расходуемым электродом и жидким ме­таллом 5 в верхней части слитка на про­тяжении всей плавки. Сильное охлажде­ние слитка и разогрев дугой ванны метал­ла создают условия для направленного затвердевания, вследствие чего неметал­лические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, а усадочная рако­вина в слитке уменьшается. Слитки ВДП содержат мало газов, неметаллических включений, отличаются высокой равно­мерностью химического состава, повы­шенными механическими свойствами. Из них изготовляют ответственные детали турбин, двигателей, авиационных конст­рукций.

Электрошлаковый переплав применяют для выплавки высококачественныхсталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопатоктурбин, валов компрессоров, авиационных конструкций. Переплаву подвергают выплавленный в дуговой печи и прокатанный на круглые прутки металл. Источником теплоты при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая при прохождениичерез нее электрического тока. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8 (рис. 2.14). Выделяющаяся теплота нагревает шлаковую ванну 2 до температуры свыше 1700 °С и вызывает оплавление конца электрода.

Капли жидкогометалла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую

ванну 4.

Перенос капель металла через основный шлак способствует их активномувзаимодействию, удалению из металласеры_; неметаллических включений и растворенных газов. Металлическая ваннанепрерывно пополняется путем расплавления электрода и под воздействием кристаллизатора постепенно формируется вслиток 6. Последовательная и направленная кристаллизация способствует получению плотного однородного слитка.

В результате ЭШП содержание ки­слорода в металле снижается в 1,5-2 раза, концентрация серы снижается в 2-3 раза, уменьшается содержание неметалличе­ских включений, они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством по­верхности благодаря наличию шлаковой корочки 5, высокими механическими и эксплуатационными свойствами стали и сплавов. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечений массой до 110 т.

10