11

Содержание

1. Общие сведенья о дуговых вакуумных печах……………………………………..1

2. Конструкция дуговых вакуумных печей…………………………………………....1

3. Процесс плавления в дуговой вакуумной печи…………………………………….6

4. Электрооборудование вакуумных дуговых печей…………………………………9

5. Достоинства и недостатки вакуумных дуговых печей………………….………...10

6. Основные требования к вакуумным печам………………………………………...10

7. Список используемой литературы………………………………………………….11

Общие сведенья о дуговых вакуумных печах

Дуговые вакуумные печи (ДВП) являются одним из основ­ных агрегатов промышленной электрометаллургии, позволяющим получать металлы с высокими свой­ствами для новых видов техники (авиационная, космическая, хими­ческая, атомная и др.).

В ДВП выплавляют тугоплавкие и высокореакционные металлы (ти­тан, вольфрам, молибден, ниобий, цирконий и др.), а также стали и сплавы специального назначения — жаропрочные, нержавеющие, шари­коподшипниковые и др. Дуговые вакуумные печи являются широко распространенным электрометал­лургическим агрегатом. Емкость печей в единице превышает 60 т.

Существуют дуговые печи прямого и косвенного нагрева. В дуговых печах прямого нагрева дуга горит между электродов и расплавленным металлом. В дуговых печах косвенного нагрева – между двумя электродами. Наибольшее распространение получили дуговые печи прямого нагрева, применяемые для плавки черных и тугоплавких металлов. Дуговые печи косвенного нагрева применяются для плавки цветных металлов и иногда чугунов.

Особенности технологического процесса требуют от дуговой печи:

1) Способности быстро реагировать на эксплуатационные короткие замыкания и обрывы дуги, быстро восстанавливать нормальный электрический режим, ограничивать до допустимых пределов токи эксплуатационных замыканий.

2) Гибкость управления мощностью, вводимой в печь.

Конструкция дуговых вакуумных печей

Дуговая печь представляет собой футерованный кожух, закрытый сводом, сквозь отверстие в своде внутрь опущены электроды, которые зажаты в электрододержателях, которые соединены с направляющими. Плавление шихты и обработка металла ведется за счет тепла электрических дуг, горящих между шихтой и электродами.

Конструкция дуговой печи предусматривает слив металла через сливной насос. Скачивание шлака осуществляется через рабочее окно, вырезанное в кожухе.

Основным элементом конструк­ции ДВП для выплавки слитка яв­ляется вакуумная камера (рис. 6.5), представляющая собой сварной водоохлаждаемый цилиндр с флан­цами сбоку для подсоединения ва­куумной системы и снизу — для подсоединения кристаллизатора. Камера снабжается люками для осмотра печи и контроля крепления электрода к водоохлаждаемому штоку. Для уменьшения последст­вий возможного взрыва ДВП пред­усмотрены специальные взрывные предохранительные клапаны. В верхней части камеры имеются гля­делки, позволяющие просматривать

зону горения дуги и поверхность жидкой ванны металла. Для дис­танционного наблюдения за процес­сом плавки с пульта печи исполь­зуют оптические устройства типа перископов с экранами либо систе­мы промышленного телевидения.

Сверху на вакуумной камере установлена вспомогательная ка­мера— вместилище электрода с ва­куумным уплотнением, через кото­рое проходит шток, предназначен­ный для крепления и перемещения электрода.

Вакуумная камера крепится на специальном каркасе, обеспечиваю­щем жесткость всей конструкции и удобство обслуживания на необхо­димых уровнях. Печи для плавки, титана, тугоплавких и высокореак­ционных металлов для уменьшения последствий взрыва устанавливают в стальных или железобетонных ка­мерах. Обычно не взрывоопасные ДВП для плавки стали взрывными камерами не снабжаются. Основным технологическим эле­ментом печи является кристаллиза­тор, представляющий собой медную трубу необходимого сечения с ко­жухом водоохлаждения. На ДВП применяются кристаллизаторы за­крытого типа. На потах с натяжкой слитка используют короткие крис­таллизаторы с длиной, не превы­шающей одного-двух диаметров. На печах для планки в глухой кристал­лизатор его длина несколько пре­вышает длину слитка.

Кристаллизатор крепится к ниж­нему фланцу вакуумной камеры с помощью четырех специальных ры­чажных механизмов прижима с гид­роприводом, которые обеспечивают вакуумное уплотнение и достаточно низкое контактное сопротивление электрическому току. На рубашку кристаллизатора по всей ее длине наматывают соленоид, питаемый от отдельного источника питания. Со­леноид служит для управления вра­щением ванны жидкого металла, повышения устойчивости дуги и снижения взрывоопасности печи.

Кристаллизатор снизу закрыва­ется поддоном, который входит внутрь кристаллизатора и плотно прилегает к трубе кристаллизатора. Поддон представляет собой сталь­ную рубашку водоохлаждения, на которой закреплена обычно плоская медная плита. Иногда для улучшения условий формирования нижней части слитка используется фигур­ный поддон. На плиту поддона ус­танавливают темплет из переплав­ляемого металла («затравка») тол­щиной 30—100 мм для предохране­ния поддона от действия дуги в на­чале плавки. При использовании вытяжки слитка затравка фикси­руется на поддоне специальным за­жимом.

Шток представляет собой водоохлаждаемую трубу достаточной жесткости и прочности для удержа­ния и перемещения расходуемого электрода и гибких токоподводящих кабелей. На нижнем конце штока имеется хвостовик, к которо­му с помощью резьбы или специ­ального клинового зажима крепит­ся огарок (для приварки электро­да) или специальная муфта (для крепления электрода механическим способом).

Для осуществления требуемых пространственных перемещений ДВП снабжается механизмами. Ос­новным из них является механизм перемещения электрода (штока), который выполняется либо жестким (обычно винтовые различного типа), либо не жестким с подвеской электрода на цепях. Последний ва­риант применяют на крупных ДВП, когда масса штока с огарком элект­рода достаточна для преодоления трения при контакте штока с ваку­умным уплотнением рабочей ка­меры.

Для перемещения электрода ис­пользуют гидравлические и (более распространенные) электромехани­ческие приводы. В связи с тем, что привод должен обеспечить высокую кратность рабочей и маршевой ско­рости (до 1:500), которая растет с увеличением развеса слитка, обыч­но применяют двухскоростной двухдвигательный привод с дифферен­циальным редуктором в качестве расщепителя скоростей, аналогич­ный приводам электрошлаковых печей.

Для перемещения поддона в ДВП со стационарными кристаллизато­рами или кристаллизатора в ДВП с отъемными кристаллизаторами обычно используют гидропривод.

Гарниссажная печь (рис. 6.6) отличается от печи для плавки слитка наличием механизма накло­на тигля для слива металла в фор­мы и водоохлаждаемого тигля.

Раз­ливка может производиться с вы­ключенной дугой (огарок электрода на большой скорости поднимают вверх) либо из-под горящей дуги. При этом наклоняется тигель вмес­те с механизмом перемещения электрода, или слив производят че­рез затопляемое отверстие при по­вороте тигля. В зависимости от сте­пени механизации печи могут быть периодического (за цикл работы пе­чи заливается одна форма), полу­непрерывного (заливается несколь­ко форм) и непрерывного действия. В последнем случае печь снабжа­ется шлюзовой камерой для загруз­ки и выгрузки форм без снятия ва­куума.

Основным технологическим эле­ментом гарниссажной печи являет­ся тигель. Он (см. рис. 6,4) состоит из рабочей оболочки (собственно тигля), системы охлаждения и гарниссажа. Помимо этих главных эле­ментов, тигель включает в себя токоподвод, устройство для слива металла и соленоид. При­меняют в основном графитовые оболонки, что связано, несмотря на их недостатки, с требованием безопас­ности печей. В большинстве случа­ев форма рабочих оболочек пред­ставляет собой усеченный конус с небольшим (4—5°) уклоном по бо­ковым стенкам, что облегчает уда­ление гарниссажа и обеспечивает практически постоянные условия го­рения дуги в процессе плавки.

При проектировании гарниссажных печей учитывают вопросы удоб­ной смены электрода и тигля и чистки печи. С этой точки зрения наиболее удобны печи с откатными вакуумными камерами.

Для создания требуемого разре­жения ДВП снабжаются вакуумны­ми системами. Они состоят из комп­лектов вакуумные насосов, вакуум­ных затворов, вакуум проводов и специального оборудования (фильт­ров, охлаждающих ловушек, _ ком­пенсаторов, приборов для измере­ния вакуума и т. д.) (рис. 6,7). В связи с тем, что ни один из существующих типов вакуумных насосов не может обеспечить откачку систе­мы во всем диапазоне рабочих дав­лений, используют последователь­ное соединение насосов предвари­тельной откачки (форвакуумних) л высоковакуумиых (бустерныл).