Материал: Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

Плавка под вакуумом обеспечивает минимальный угар та­ ких элементов, как титан, кремний, алюминий, цирконий, вана­

дий и др.

Железо, никель, кобальт, вольфрам, медь и молибден практик чески не угорают. Однако необходимо учитывать, что при темпе­ ратуре 1500° и остаточном давлении 10 мм рт. ст. могут возго­ няться из ферросплавов шихты марганец, кремний, алюминий,,

титан.

Раскисление ванны углеродом осуществляют при установив­ шемся вакууме и хорошо нагретом металле. Если содержание окислов в металле значительное, то сухой порошок электродного боя вводят постепенно, небольшими порциями. Процесс раскисле­ ния углеродом проводят на пониженной мощности, а в случаях,

бурного кипения ванны—при отключенной печи.

Прекращение заметного вскипания металла после очередной

добавки углерода означает конец периода раскисления.

Обычно раскисление углеродом применяют при выплавкесталей и сплавов с повышенной чистотой по неметаллическим включениям и газам. Перед выпуском, для большей дегазации

ванны, печь отключают и металл подстуживают до появления за­ стывшей корочки, затем печь снова включают на полную мощ­ ность и металл нагревают до требуемой температуры.

При выплавке некоторых сортов стали и сплавов металл рас­ кисляют силикокальцием, алюминием, кальцием и магнием: за 2—3 мин. до выпуска плавки.

Металл сливают в изложницы равномерно, непрерывной струей. Чрезмерно быстрый наклон печи вызывает всплески ме­ талла и размывание стенок изложниц.

2.ЭЛЕКТРОПЕЧИ С РАСХОДУЕМЫМ ЭЛЕКТРОДОМ

Всовременной электрометаллургии все большее применение для выплавки высококачественных сталей и сплавов ответствен­

ного назначения находят электропечи с расходуемым электродом.

электродах, а на металлических, имеющих одинаковый химиче­ ский состав с выплавляемым металлом, Плавильное простран­

ство в печи с расходуемым электродом образуется не огнеупор­ ной футеровкой, повышающей во всех случаях загрязненность

металла включениями, а водоохлаждаемым медным кристал­ лизатором, в котором происходит формирование и затвердевание:

слитка.

Применяют два вида печей с расходуемым электродом: ва­ куумные и открытые.

В первом случае металлический электрод плавится теплом электрической дуги в вакууме 10~2—1СН мм. рт. ст., во втором — плавление электрода происходит за счет высокой температуры:

шлака, имеющего повышенное электросопротивление.

73

При вакуумной плавке с расходуемым электродом дости­ гается несколько большая плотность и однородность стального слитка и меньшая загрязненность металла неметаллическими включениями, чем при плавке на воздухе (электрошлаковый переплав).

Однако простота изготовления и обслуживания установок, а также отсутствие сложного и дорогостоящего вакуумного обо­ рудования делают электрошлаковый способ получения слитков

•не менее перспективным, чем дуговой вакуумный переплав. Строительство специализированных электросталеплавильных

цехов, оборудованных индукционными, электрошлаковыми и

.дуговыми вакуумными печами позволит осуществить многократ­ ный переплав слитков и обеспечить различные отрасли промыш­ ленности металлом требуемого качества.

Дуговые вакуумные печи (с расходуемым электродом)

Создание промышленных вакуумных дуговых электропечей и развитие производства слитков литого металла в них позволяет значительно улучшить качество стали и сплавов специального и ■особо ответственного назначения.

В отличие от плавки в индукционной вакуумной печи вакуум­ ный переплав расходуемого электрода в медной водоохлаж­ даемой изложнице значительно уменьшает развитие ликвацион-

ных явлений в слитках и обеспечивает получение более тяжелых

•отливок с большим поперечным сечением. При плавке в вакуум­ ной дуговой печи устраняется контакт жидкого металла с огне­ упорной футеровкой и тем самым обеспечивается меньшая за­ грязненность слитка неметаллическими включениями. В процес­ се плавки создаются дополнительные возможности для протека­ ния процесса дегазации как с поверхности твердой части элек­

трода, нагретого до высоких температур, так и из оплавленной ■нижней части электрода и падающих капель. По имеющимся данным [28], в результате переплава в вакуумной дуговой печи нержавеющей стали типа 18-8 содержание кислорода снижается на 50—90%, водорода — до 80%, неметаллических включений на 12—77%. По данным Института металлургии АН СССР [25], при дуговом вакуумном переплаве шарикоподшипниковой стали

содержание кислорода снижается с 0,0052 до 0,0012%, т. е.

в четыре-пять раз, что значительно увеличивает долговеч­ ность работы подшипников в машинах и механизмах. В вакуум­ ной дуговой печи удалению газовых пузырей и стойких неметал­ лических включений способствуют высокая температура металла в зоне плавления, малая глубина ванны и некоторое перемешива­

ние металла магнитным полем, создаваемым соленоидом. Благо­ даря быстрому протеканию процесса кристаллизации в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе слиток характеризуется высокой степенью однородности химического состава по сечению и высоте. Так, в слитках диаметром 457 мм расхождение в со-

74

держании молибдена не превышает 0,05%, а титана — 0,08%,

в то время как в таких же по размерам обычных слитках эти ко­ лебания составляют 0,3—0,5% [29].

Благодаря незначительному и более дисперсионному загряз­ нению ликватами, сталь и сплавы, выплавляемые в этих печах,

обладают более высокими механическими свойствами как при обычных, так и при высоких температурах, особенно в попереч­ ном направлении.

После переплава в вакуумных дуговых печах длительная

жаропрочность ряда сплавов несколько повышается. По затратам производства ваку­

умная плавка в дуговых печах с рас­ ходуемым электродом обходится не­

крупная дуговая электропечь с расходуемым электродом предназ­ начена для выплавки жаропрочных сплавов в слитках диаметром

660 мм и весом 5,4 т [27]. Слитки используют для изготовления

крупных деталей реактивных двигателей стационарных и транс­ портных газовых и паровых турбин.

Схема дуговой вакуумной печи с расходуемым электродом приведена на рис. 29.

Основные части установки: водоохлаждаемая медная излож­ ница (кристаллизатор); кожух печи; уплотнение Вильсона; про­ плавляемый электрод; водоохлаждаемый электрододержатель;

механизм перемещения электрода; перископ для наблюдения;

механизм вытягивания слитка; блок трубопроводов и вакуумных насосов.

75

В качестве расходуемых электродов обычно используют ли­

дов определяются размерами кристаллизатора, весом слитка н высотой электрододержателя.

Для удаления выделяемых при плавке газов, предупреждения короткого замыкания между электродом и кристаллизатором и заклинивания электрода при его короблении предусматривают

зазор между стенками изложницы и электродом величиной 12,5— 50 мм. Электрод наращивают сверху сваркой или свинчиванием..

Верхний конец электрода нипелем соединен с водоохлаждаемым

медным электрододержателем.

В верхней части водоохлаждаемого кристаллизатора вмонти­ рован перископ, позволяющий наблюдать за ходом процесса.

Зажигание дуги происходит между электродом и металличе­ ской пластиной (затравкой), сделанной из того же материала,

что и электрод и уложенной на дно изложницы. По мере рас­ плавления электрода размеры затвердевающего слитка увеличи­ ваются. Для стабилизации горения электрической дуги приме­ няют автоматические регуляторы и специальные соленоиды, рас­

положенные по наружной поверхности кристаллизатора. После затвердевания и охлаждения слиток вытягивают из кристаллиза­ тора вниз специальным механизмом.

Откачку образующихся во время плавки газов и поддержание

в рабочем пространстве низких давлений порядка 0,001— 0,0001 мм рт. ст. обеспечивают форвакуумными и бустерными насосами. Проведенными исследованиями не установлено суще­ ственной разницы в качестве металла, выплавленного при раз­ личной степени разрежения, — от 10-1 до 5 • 10~3 мм рт. ст.

Иногда плавку проводят в две и три стадии. Сначала при сравни­ тельно неглубоком вакууме *(10~ — 5-Ю-1 мм рт. ст.) удаляют основную часть газов, затем отлитый слиток переплавляют по­ вторно при меньшем остаточном давлении.

Дуговые вакуумные печи обычно работают на постоянном токе, получаемом в большинстве случаев от селеновых выпря­

мителей. Плотность тока на электроде поддерживают в преде­ лах 460—620 а!см2 диаметра слитка при напряжении от 22—25 до 80 в и силе тока до 5000 а.

Ток к электроду подводят через водоохлаждаемый медный зажим. Для поддержания постоянного расстояния между элек­ тродом и слитком электрод по мере расплавления автоматиче­ ски перемещается в вертикальном направлении. Для регулиро­ вания мощности по ходу плавки применяют до 10 ступеней на­ пряжения.

Обслуживание дуговых вакуумных печей с расходуемым элек­ тродом требует меньших затрат, чем обслуживание индукцион­ ных вакуумных установок.

76