книги из ГПНТБ / Линчевский Б.В. Применение вакуума в производстве стали

щие пыль и возгоны металла. Кроме того, они оборудованы ва­ куумными затворами с дистанционным управлением, различной измерительной аппаратурой, включая масспектрометры для ана­ лиза газа.

В настоящее время существует большое количество самых разнообразных конструкций индукционных вакуумных печей. По емкости их можно условно разделить на три группы.

1. Лабораторные печи с емкостью тигля до 20—25 кг. Эти печи удобны для исследовательских работ и в то же время обес­ печивают получение достаточного количества металла для вы­ полнения различных анализов и испытаний.

2.Полупромышленные установки. Емкость их колеблется от 25 до 100 кг. Такие печи с успехом могут быть использованы на экспериментальных заводах для выплавки небольших партий опытного металла, для производства несерийных изделий и т. д.

3.Промышленные печи. Вес садки металла в этих печах в настоящее время достигает 1,5—2,5 т.

В Институте металлургии им. А. А. Байкова Академии наук

для подгрузки основной части шихты и легирующих или раскис­ лителей. Материалы из дозаторов попадают в совок, который специальным устройством через вакуумное соединение связан с рукояткой снаружи корпуса. Встряхиванием совка материалы передаются в тигель. В корпусе имеются фланцы для смотровых окон диаметром 70 и 120 мм. Для гляделок используется орга­ ническое стекло толщиной 5 мм. Деформация стекла при нагре­ ве не вызывает особых опасений. Стекла легко изготовляются, меняются, моются и позволяют наблюдать за процессом плавки и разливки.

Корпус печи закрывается откидывающейся в сторону водо­ охлаждаемой крышкой, имеющей круговой нож, который при закрывании крышки врезается в круглую резиновую прокладку, уложенную в паз корпуса. В крышке установлено уплотнение типа Вильсон, через которое проходит валик поворота каруселя

сизложницами и управления ломиком для осаждения шихты.

Кпатрубку крышки подсоединена манометрическая коробка

стермопарной лампой ЛТ-2, измеряющей давление в печи от од­ ного миллиметра до одного микрона, стрелочным вакуумметром и наклонным ртутным вакуумметром, позволяющим регистриро­ вать давление от 1 до 50 мм с точностью до 0,3 мм рт. ст.

Тигель печи, каркас индуктора, совок для подгрузки, меха­ низм для измерения температуры и карусель с 4 изложницами, расположены на выкатываемой из корпуса раме. Выкат рамы из печи, несмотря на некоторые неудобства, связанные с необходи­ мостью отсоединения подачи тока и воды, облегчает установку

70

врубаются ножи медных шин, укрепленных на тигельной раме. Концы шин приварены к медным подшипникам, в которых вра­ щаются водоохлаждаемые оси каркаса индуктора. К осям при­ соединена индукционная катушка. Такая конструкция подачи то­ ка дает возможность не выключать ток при любых наклонах тигля с металлом. Оси прочно укреплены на каркасе индуктора, так что при наклоне тигля механические усилия не передаются на индуктор. Такой вариант электрического контакта обеспечи­ вает удобный съем каркаса индуктора с рамы после отсоедине­ ния водяной магистрали и крышек подшипников.

Тигель прессованный из двуокиси циркония; толщина стенки 10 мм, внутренний диаметр вверху 100 мм, емкость около 1 л. Стойкость таких тиглей в среднем равна 20—25 плавкам.

Конструкция печи позволяет проводить подряд, не открывая корпуса, четыре плавки. Шихту на первую плавку загружают в

коническую шестерню. По нижнему краю диска нарезан зубча­ тый обод, соединяющийся с шестерней.

При повороте диска под носок тигля подходит очередная из­ ложница. Кроме изложниц на карусели установлены медные кокили для заливки проб на электролитическое выделение неме­ таллических включений.

Вакуум создают при помощи бустерных насосов БН-3. В пат­ рубках между насосами и печью установлены ловушки для вы­ мораживания влаги и улавливания паров масла из бустерных насосов. Ловушка представляет собой набор медных пластин, наваренных на медном стержне, конец которого выведен из ва­ куум-провода и опущен в сосуд Дьюра с жидким азотом. В ка­ честве форвакуумных насосов используются два насоса ВН-1, присоединенные параллельно. При включенных бустерных на­ сосах печь откачивается до давления 3—5 ц рт. ст. Перед меха­ ническими насосами установлен масляный горшковый фильто для улавливания пыли из откачиваемых газов. Печь питается от мотор-генератора мощностью 60 кет, напряжение на зажимах индуктора достигает 375 в при частоте 2500 г. Во время рас­ плавления 5—7 кг шихты потребляется мощность около 30 кет, выдержка жидкого металла под вакуумом производится обычно на мощности 20 кет и напряжении 200—250 в.

Небольшие индукционные вакуумные печи могут иметь как горизонтальное, так и вертикальное расположение корпуса. Печь с вертикальным корпусом показана на рис. 39. Емкость печи от 25 кг и выше. Корпус печи имеет диаметр 1140 мм. Печь обору­ дована одним основным дозатором для подгрузки одной порции шихты, составляющей ’/з от веса всей завалки. Кроме того, име­ ется дополнительный дозатор с поворотным столиком с шестью патронами для введения небольших металлических добавок. Из

72

магазинов дозатора добавки передаются в тигель специальным погрузчиком. Тигель печи набивают по шаблону внутри печи из магнезита с добавкой 7% кремнезема и борной кислоты. Печь имеет реле, которое при повреждении футеровки или при умень-

тельный сигнал. Мощность, потребляемая печью, — 50 кет, мощ­ ность установленного насосного оборудования 14 кет. Вакуум­ ная откачная система состоит из механического газобалластно­ го насоса с быстротой откачки 47 л)сек и бустерного насоса.

Приводим хронометраж плавки в этой печи: О00—включение тока.

О40 — проплавлено 2/з всей шихты, добавляют остальную ших­ ту, пока в ванне находятся куски нерастворившегося метал­ ла, во избежание бурных всплесков.

О50 — вся шихта жидкая. Чтобы предотвратить сильные вы­ плески металла из тигля отсоединяют корпус печи от на­ сосов и вводят аргон до давления 20 мм рт. ст. Примене­ ние аргона дает возможность сильнее подогревать металл.

О55—О65 — дегазация жидкой ванны, давление 0,7 у./рт. ст., температура металла 1500°.

I10— выключение тока и охлаждение металла до появления на поверхности окисной плены, введение необходимых до-

73

бавок. в том числе ферромарганца и ферросилиция. При этом в печь снова (впускают аргон до давления 30 мм рт. ст. После введения добавок включают ток и нагревают металл до 1550° [31].

I35 — разливка при давлении аргона 30 мм рт. ст. Фирма «Ге­ раус» в ФРГ выпускает вакуумные плавильные печи. Об­ щий вид этих печей приведен на рис. 40.

В табл. 19 дана характеристика этих печей.

Особенностью электропитания печей этой серии является ко­ аксиальный ввод тб&а. Индуктор поворачивается совместно с токоподводом, к каркасу которого прикреплена конструкция всего индуктора.

Оригинальной промышленной установкой является печь фир­ мы «Бальцер», емкостью от 200 кг (рис. 41). Наклоняющийся индуктор, токовводы, вакуум-провод, дозатор укреплены на не­ подвижном вертикальном основании печи. Тигель установлен на консольном выступе. Корпус печи по направляющим рельсам откатывается в сторону, внутри корпуса установлены изложни­ цы для разливки. Печь этой конструкции имеет то преимущест­ во, что ремонт тигля, индуктора и других деталей производится снаружи, а не в тесном корпусе, а также упрощается загрузка тигля. Емкость установок подобного типа может быть увели­ чена.

Получили распространение также печи полунепрерывного действия, в которых загрузка шихты для плавки и извлечение слитка производится без нарушения вакуума в основной пла­ вильной камере.

Такие печи, по сравнению с печами периодического действия, обладают рядом преимуществ.

1.Уменьшается количество деталей и поверхностей, которые необходимо дегазировать.

2.Экономится электроэнергия вследствие загрузки шихты в разогретый тигель.

3.Увеличивается производительность в результате исключе­ ния промежуточного времени между плавками, необходимого для остывания печи.

4.Увеличивается стойкость тигля, вследствие непрерывной работы его в вакууме и уменьшения количества теплосмен.

На рис. 42 приведна схема горизонтальной полунепрерывной печи емкостью 1125—1500 кг. Горизонтальное расположение кор­ пуса позволяет значительно уменьшить вертикальные габариты установки. В переднем торце корпуса имеется вакуумный шлюз и камера, через которую происходит подача и уборка изложниц, ввозимых в корпус печи на специальной тележке. Вес изложни­ цы вместе со слитком составляет 4 т. Изложницы имеют квад­ ратное сечение от 250X250 до 400x400 мм. Над печыо располо­ жена камера, в которой помещается шихта. Камера отделена от плавильного отделения вакуумным шибером. Для плавки в ка-

76

меру загружают шихту, закрывают верхнюю крышку и откачи­ вают до необходимого разрежения. Затем шибер, отсоединяю­ щий камеру от печи, открывают, и шихта по лотку поступает в тигель. Таким путем в печь можно загрузить новую порцию ших­ ты для следующей плавки. После проведения плавки тигель на-

Рис. 42. Горизонтальная полунепрерывная вакуумная индукцион­ ная печь емкостью до 1500 кг:

ная система; //—диффузионный насос

клоняют и металл выливают в стоящую ниже тигля изложницу. Изложницу выкатывают в камеру изложниц, отсоединяют каме­ ру со стороны плавильного корпуса вакуумным шибером и от­ крывают дверцу. Затем в камеру устанавливают новую излож­ ницу и повторяют те же операции в обратном порядке; одновре­ менно в тигель загружают новую порцию шихты.

Печь обслуживается генератором 700 кеа. с частотой 960 гц

и напряжением на зажимах индуктора 800 в.

Откачная система трехступенчатая и состоит из механиче­ ского форвакуумного насоса, механического бустерного насоса и диффузионного насоса. Печь полностью автоматизирована. Все приборы контроля и управления смонтированы на одном щите, там же имеется световая схема вакуумной системы, позво­ ляющая легко оперировать вентилями и различными механизма­ ми.

77

Интересна по своей конструкции трехгоризонтная полунепре­ рывная вакуумная печь емкостью около 450 кг, которая может выплавлять 54 т стали в месяц. В этой печи камера изложниц помещается под плавильной камерой, и может откатываться в сторону. Внутри камеры имеется поворотный стол, на который устанавливается 6 изложниц. Изложницы поочередно специаль­ ным подъемником через шибер с отверстием диаметром 750 мм подаются в плавильное отделение. После заливки всех излож­ ниц шибер закрывают, камера с изложницами разбирается и вновь наполняется новыми изложницами. Эта печь работает от генератора мощностью 450 ква. Откачная система состоит из двух форвакуумных и одного диффузионного насосов, позволяю­ щих достигать разрежения до 10-3 мм рг. ст. [61].

Отечественная промышленность выпускает печи в металли­ ческих корпусах типа ОКБ-264 и ИВ-100 емкостью до 60 кг. В этих печах металл разливают путем наклона всего корпуса пе­ чи в неподвижно закрепленную изложницу, поворачивающуюся вместе с тиглем и корпусом. В положении для разливки излож­

450 л!сек, каждый при давлении 10-2 мм рт. ст., и двумя насоса­ ми ВН-4, обеспечивающими работу бустерных насосов. Анало­ гична по своему устройству промышленная печь ОКБ-215 емко­ стью 150 кг. На ней установлено 4 насоса БН-3 и 2 насоса ВН-6.

Для лабораторной работы выпущены печи, в которых индук­ тор вынесен за пределы вакуумной камеры. Эти печи питаются от ламповых генераторов. Корпус печи представляет собой тру­

проплавляемой пробки, либо наклоном тигля со сливом металла через носок.

Применение кварцевых корпусов требует большой осторожно­ сти при работе, затрудняет очистку печи, а главное при возник­ новении высокочастотного разряда в парах металла, может произойти разрушение кварцевого корпуса.

Вакуумные индукционные печи обычно обслуживаются ма­ шинными генераторами.

При выборе частоты тока и рабочего напряжения необходи­ мо учитывать, что при разрежении от 1 до 2 • 10-2 мм рт. ст. между витками индуктора возможен разряд, приводящий к его повреж­ дению Это накладывает известные ограничения в отношении повышения частоты тока и напряжения. При емкости печи до 15 кг обычно применяют частоту до 10000 гц, при емкости 500 кг — до 3000 гц и при емкости свыше 500 кг—частоту 960 гц. Предел напряжения без изоляции составляет 400 в; заметим, что

1 Печи ОКБ-497 на 1 кг и ОКБ-498 на 5 кг.

78

пониженное'напряжение затрудняет передачу большой мощности и ухудшает к. п. д. установки. Повышение рабочего напряжения возможно при хорошей изоляции витков индуктора от брызг ме­ талла и паров, а также при работе в атмосфере инертных газов.

Для уменьшения возможности пробоя между витками индук­ тора применяются различные изоляционные обмазки. Успешно выдержала испытание изоляция, предложенная ОКБ треста «Электропечь» [32].

Перед нанесением изоляции поверхность индукционной ка­ тушки тщательно зачищается, не допускается образование заусе­ ниц и царапин. Сама трубка для катушки должна быть возмож­ но большего сечения, без острых углов. На подготовленную по­ верхность индуктора наносится из пульверизатора слой виннфлексового лака. После его высыхания наносят следующий слой, так несколько раз. Следующая операция состоит в обматывании индуктора липкой стеклолентой, а затем резиностеклотканыо РСК-1. Общая толщина изоляции составляет 1 мм. При напря­ жении на индукторе печи ОКБ-215 1000 в и частоте 2500 г в диа­ пазоне от 4-10 2 до 5-Ю-1 мм рт. ст. около витков наблюдали лишь свечение, наиболее яркое в интервале 0,1—0,3 мм рт. ст. При испытании на лабораторном стенде напряжение было уве­ личено до 2000 в, при нагревании внутри индуктора графитового стержня — до 1500°; пробой не наблюдался даже при давлении от 1 до 0,001 мм рт. ст.

Наибольшая мощность потребляется в вакуумной индукци­ онной печи во время расплавления шихты, далее расход электро­ энергии значительно снижается.

Для поддержания в жидком состоянии садки весом 300 кг необходима мощность около 50 кет. Эта мощность распределя­ ется следующим образом: электрические потери 17,9%, термиче­ ские потери через стенки тигля — 43,8,%, потери на излучение с открытой поверхности металла — 38,3% [33].

По ходу плавки в вакуумной индукционной печи в металл можно добавлять различные порции легирующих и раскислите­ лей. Добавки в металл вводят с помощью дозаторных устройств. Дозаторы, применяемые в настоящее время, можно разделить на две группы: а) находящиеся внутри корпуса печи и б) рас­ положенные снаружи. Дозаторы первой группы включают кон­ струкции с поворотным устройством или магазинного типа. Эти дозаторы заряжают необходимыми порциями материалов перед началом плавки.

Дозаторы с поворотным устройством имеют секционную вер­ тушку, вращаемую по неподвижному дну с секторным вырезом. Вращение передается снаружи через вакуумное уплотнение типа Вильсон. Кусочки материалов передвигаются лопастями вер­ тушки до момента подхода секции к вырезу в днище, после че-

79