ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ВАКУУМНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ (ВИП)

(4 часа)

1. Цель работы

1.1. Закрепление знаний по теории и технологии выплавки стали в вакуумной индукционной печи, изучение конструкции ВИП;

1.2. Формирование навыков работы на ВИП: подготовка к плавке, проведение основных технологических операций.

2. Теоретическое введение

Вакуумные индукционные печи применяются для выплавки сталей и сплавов с минимальным содержанием вредных примесей. Применение ВИП вместо открытых плавильных агрегатов обеспечивает ряд пре­имуществ:

- минимальный угар легирующих элементов, позволяющий выплав­лять стали и сплавы точно заданного состава;

- возможность глубокого раскисления металла углеродом (без загрязнения расплава неметаллическими включениями);

- возможность глубокого обезуглероживания (даже при высоком содержании хрома);

- рафинирование металла от водорода (на 70-90%) и азота (на 30-70%);

- удаление из металла легколетучих примесей (свинец, висмут, медь, сурьма и др.).

Эти преимущества обусловлены тем, что ВИП позволяет произ­водить все операции плавки при низком остаточном давлении (1-0,1 Па) в условиях достаточно высокой температуры, длительной выдержки и хорошего перемешивания ванны.

Из недостатков ВИД следует отметить:

- относительную сложность и высокую стоимость оборудования;

- трудности в создании достаточно инертной футеровки тиглей;

- ограниченную вместимость агрегатов (главным образом из-за не­достаточной стойкости футеровки).

Вакуумные индукционные печи периодического действия состоят из следующих основных узлов:

1- плавильная камера (в ней установлены: индуктор с тиглем, обо­рудование для разливки металла и шлюзы -

устройства для ввода добавок и проведения других операций плавки без нарушения вакуума);

2- вакуумная система (вакуумные насосы, затворы, вакуумпроводы);

3- источник питания;

4- приборы контроля и управления.

Цикл плавки в вакуумной индукционной печи периодического действия

складывается из следующих операций: *

1-загрузка печи шихтой и установка изложниц;

2-откачка плавильной камеры и контроль герметичности установки;

3-расплавление завалки;

4-рафинирование я доводка металла;

5-разливка стали в изложницы;

6-очистка тигля и плавильной камеры.

Промышленные вакуумные индукционные печи являются полуне­прерывными агрегатами - они работают без нарушения вакуума весь межремонтный период, определяемый, как правило, стойкостью тигля. Такие печи оборудуют специальными большими вакуумными шлюзами для загрузки шихты и выдачи слитков. Загрузка шихты производится с соблюдением правил, принятых в открытой индукцион­ной плавке. Наиболее тугоплавкие составляющие следует размещать в самой горячей зоне - по периферии нижней высоты тигля. Загру­жать тигель необходимо возможно плотнее. Особое внимание обраща­ется на предотвращение образования "мостов", т.к. осадка шихты в ВИП затруднена. Шихту перед загрузкой обычно прокаливают в вакуумных нагревательных печах и "светлят" (очищают от окали­ны) во вращающихся барабанах.

Высокое качество выплавляемой стали может быть обеспечено только при хорошей герметичности печи. Для оценки герметичности пользуются величиной "натекания" (Е), которая характеризует скорость проникновения в печь атмосферного воздуха и измеряется обычно в дм³*Па ⁄с.

, (7.1)

где V - объем камеры, в которой измеряется натекание (дм³),

- время измерения натекания, (с);

ΔР - изменение давления за время , (Па).

Если в печи имеются значительные неплотности, то давление изме­няется по кривой 1 (рис.7.1). Если печь герметична, то давление после соответствующих циклов откачки должно изменяться по кривой 2. Ход этой кривой показывает, что после некоторого газоотделения с внутренних поверхностей печи, повышение давления в ней почти прекращается. На промышленных вакуумных индукционных печах перед установкой тигля натекание, должно быть не более 1 дм³*Па ⁄с на каждый кубический метр объема печи. Натекание, измеряемое перед плавкой, составляет обычно 0,1-0,15 дм³*Па ⁄с на 1 кг массы плавки.

Рис.7.1. Изменение давления в системе, отключенной от насосов.

1-при натекании в камеру извне;

2-система герметична (рост давления связан с газовыделением внутри камеры)

Расплавление шихты в ВИП проводят на максимальной мощности не допуская, однако, "вскипания" ванны в результате быстрого погружения в нее кусков недостаточно прогретой и дегазированной шихты. Для регулирования процесса кипения металла необходимо либо понижать мощность, либо напускать в печь аргон до давления 5-10 кПа. После расплавления проводят технологические операции, активизирующие удаление из металла растворенных газов, углерода, серы, примесей цветных металлов. В этот период проводят раскисле­ние ванны углеродом, который присаживают, например, в виде электродного боя. Выдержка с целью раскисления углеродом обычно продолжается до полного успокоения ванны.

При выплавке низкоуглеродистой стали для ускорения процесса обезуглероживания и для достижения необходимых содержа­ний углерода в шихту вместе с загружаемыми отходами вводят железную окалину. Возможно также применение обдувки поверхности жид­кой ванны кислородом. В период выдержки металла проводят его легирование. Порядок присадки легирующих определяется их физикохимическими свойствами. Как правило, сначала расплавляют основу сплава - железо, никель или кобальт и некоторые другие тугоплавкие присадки: вольфрам, молибден, После расплавления присаживают хром и ванадий. В конце выдержки дают титан и алюминий. Разливку ме­талла проводят обычно в атмосфере аргона при давлении 1-10 Па. Это способствует получению более плотных слитков, чем при разлив­ке в вакууме.