В канальных печах всегда должно находиться определенное количество жидкого металла. Это количество определяют исходя из того, чтобы масса столба жидкого металла над каналом превышала электродинамическую силу, выталкивающую металл из канала.
В канальных печах могут быть ванны различных форм. Металл выдают из печи поворотом или наклоном ванны, а в некоторых случаях созданием избыточного давления газа над уровнем металла в ванне. Для этого печь выполняют герметичной, и в нее подают воздух или инертный газ. Под давлением газа уровень металла в ванне снижается, и нужное его количество вытекает из печи по сифонному желобу.
К основным достоинствам индукционных канальных печей можно отнести:
1. Минимальный угар (окисление) и испарение металла, так как нагрев происходит снизу. К наиболее нагретой части расплава, находящейся в каналах, нет доступа воздуха, а поверхность металла в ванне имеет сравнительно низкую температуру.
2. Малый расход энергии на расплавление, перегрев и выдержку металла. Канальная печь имеет высокий электрический КПД благодаря использованию замкнутого магнитопровода.
В то же время высок и тепловой КПД печи, так как основная масса расплава находится в ванне, имеющей толстую теплоизолирующую футеровку.
3. Однородность химического состава металла в ванне благодаря циркуляции расплава, обусловленной электродинамическими и тепловыми усилия-ми. Циркуляция способствует также ускорению процесса плавки.
К основным недостаткам индукционных канальных печей относятся:
1. Тяжелые условия работы футеровки канала – подового камня. Стойкость этой футеровки снижается при повышении температуры расплава, при плавке сплавов, содержащих химически активные компоненты (например, бронзы, имеющие в своем составе олово и свинец). Затруднена плавка в этих печах также низкосортной, загрязненной шихты – вследствие зарастания каналов.
2. Необходимость постоянно (даже при длительных перерывах в работе) держать в печи сравнительно большое количество расплавленного металла. Полный слив металла ведет к резкому охлаждению футеровки каналов и к ее растрескиванию. По этой причине невозможен также быстрый переход с одной марки выплавляемого сплава на другую. В этом случае приходится проводить ряд балластных переходных плавок. Постепенной загрузкой новой шихты меняют состав сплава от исходного до требуемого.
3. Шлак на поверхности ванны имеет низкую температуру. Это затрудняет проведение нужных металлургических операций между металлом и шлаком. По этой же причине, а также ввиду малой циркуляции расплава вблизи поверхности затруднено расплавление стружки и легкого скрапа.
Расчет индукционной канальной печи.
Исходные данные для расчета печи: назначение, режим работы, производительность, температура перегрева, свойства расплавляемого металла, напряжение и частота питающего тока.
Полезная тепловая мощность, передаваемая жидкому металлу,
Рпол qтеор
где qтеор -теоретический удельный расход энергии на перегрев металла на 1 С, — температура перегрева металла, °С.
Активная мощность печи, кВт,
,
где -термический КПД печи, равный 0,85—0,95.
3. Активная мощность индукционной единицы, кВт,
где N — число индукционных единиц на печи.
Глубина проникновения тока в жидкий металл, м,
5. Форма поперечного сечения канала.
Поперечное сечение канала может быть круглым, эллипсоидальными прямоугольным с закругленными углами, причем большая ось эллипса или прямоугольника расположена параллельно оси первичной катушки. Размер канала в плоскости, перпендикулярной оси катушки, называют шириной канала bк , а в плоскости, параллельной оси катушки,- высотой канала hK. Ширина канала при плавке чугуна 60-120 мм. Высота канала в 1,5-3 раза больше его ширины.
Сечение магнитопровода, см2,
S
где отношение массы стали магнитопровода к массе меди первичной катушки: 5-25 при воздушном принудительном охлаждении катушки, 0,9—1,3 при водяном; В — магнитная индукция в магнитопроводе, Т; j -допустимая плотность тока в катушке, А/мм2: 4 при воздушном охлаждении и 20 при водяном; cos — коэффициент мощности индукционной единицы (для предварительных расчетов 0,6-0,75 для чугуна и 0,4-0,5 для алюминия).
Диаметр сердечника магнитопровода, мм,
,
где kd-коэффициент заполнения окружности сердечником (0,78-0,88)
Наружный диаметр первичной катушки, мм,
dкат=dмг+2sкат,
где sкат- толщина катушки, зависящая от числа рядов намотки и равная 20-50 мм.
Внутренний диаметр канала, мм,
dк.в.= dкат+2s1+2s2,
где s1- толщина футеровки между каналом и катушкой, мм: 70-120 при плавке алюминия,135-180 чугуна, 65-70 сплавов на медной основе и цинка ; s2- зазор между катушкой и футеровкой, равный 10-15 мм.
Средний диаметр канала
dк.ср= dк.в+bк,
11. Длина канала. Построив по полученный данным эскиз индукционной единицы, находим длину канала. Под длиной канала подразумевается длина замкнутого контура, проходящего как по самому каналу, так и по ванне печи.
12. Активное сопротивление канала, Ом,
R=
13. Индуктивность канала определяется как сумма внешней и внутренней индуктивностей отдельных его участков. Внешнюю индуктивность определяют для пространства, заключенного между каналом и первичной катушки. Внешняя индуктивность какого- либо участка, Г,
-10-7,
Где lk-1- Длина данного участка канала, м; R1- расстояние от оси канала до катушки или противоположного участка канала, м ; R2- расстояние от оси канала до поверхности канала, т. е. R2= bк/2.
Внутреннюю индуктивность определяют для пространства, занимаемого самим каналом, Г,
Lк.в= .
14. Индуктивное сопротивление канала, Ом,
15. Полное сопротивление канала
16. Активное сопротивление в канале, В,
Uа.к=
Угол cos канала
cos = .
Полное напряжение в канале, В,
.
Полная мощность индукционной единицы, к . Пренебрегая потерями в первичной катушке и магнитопроводе,
Реактивная мощность индукционной единицы, квар,
Полная мощность печи, к ,
Р=NP
Реактивная мощность печи, квар,
Рр=NP
Число витков первичной катушки
W= ,
Где U1- напряжение, подаваемое на первичную катушку и зависящее от выбранного типа трансформатора, В.
Ток в первичной катушке, А,
.
Поперечное сечение витка первичной катушки, мм2,
Sвит= ,
Где j1- допустимая мощность тока в катушке.
Ширина витка катушки, мм,
bвит ,
глубина проникновения тока в катушку, мм.
Высота витка катушки
h = .
Длина первичной катушки
,
Где h -толщина изоляции между витками; kсл – число слоев витков в катушке.
2.1 Пример расчета индукционной канальной печи.
Рассчитать индукционную канальную печь для перегрева чугуна:
назначение печи — перегрев жидкого чугуна;
температура перегрева 100° С;
производительность печи 40 т/ч;
температура чугуна, заливаемого в печь, 1400°С;
напряжение питающей сети 6000 В;
частота питающей сети 50 Гц.
1. Полезная тепловая мощность, передаваемая жидкому металлу:
= 0,23кВт-ч/т ,
Р = tП= = 920 кВт.
Активная мощность печи. Принимаем =, тогда,
Ра= .
3. Активная мощность индукционной единицы.
.
4. Глубина проникновения тока в жидкий металл
м.
5. Форма поперечного сечения канала. Примем канал прямоугольной формы, ширина которого равна глубине проникновения тока в жидкий металл, а высота в 1,5 раза больше его ширины, т. е. bк = =76 мм, hк=l,5 bк = 114 мм. Радиус закруглений в углах канала примем 20 мм, тогда площадь поперечного сечения канала
Sк=bкhк- 0,86r2=0,07 м2
6. Сечение магнитопровода. Принимаем =10, B=l,5 T,j1 =2 А/мм2, cos =0,75, тогда
S см2,
7. Диаметр сердечника магиитопровода. Принимая kd=0,85, получим
d мм.
8. Наружный диаметр первичной катушки. Принимаем толщину катушки35 мм, тогда
d мм.
9. Внутренний диаметр канала. Принимая толщину футеровки 135 мм и зазор между катушкой и футеровкой 15 мм, получим
d мм.
10. Средний диаметр канала
d мм.
11. Длина канала. Вначале делаем эскиз канала (рис. 51). Длину канала определяем по длине его средней линии. По длине канал состоит из четырех участков: одного криволинейного длиной 1234 мм, двух вертикальных каждый длиной 393 мм и одного горизонтального длиной 786 мм, т. е.
= 1234 + + 786 = 2806 мм.
12. Активное сопротивление канала
R Ом.
13. Индуктивность канала. Для принятой формы канала (см. рис. 3) внешняя индуктивность его отдельных участков различна (рис.4).
Внешняя индуктивность криволинейного участка R1=188 мм, R2=38 мм, мм (рис. 4,поз. 1), тогда
L Г.
Рисунок 3 - К расчету размеров индукционной единицы канальной печи
Найдем внешнюю индуктивность вертикального участка длиной 205 мм (рис. 4, поз. 2 и 5). На этом участке R1 изменится от 188 до 393 мм. Примем R1=(188+393) :2=290,5 мм, R2=38 мм, тогда
L Г.
Найдем внешнюю индуктивность вертикального участка длиной 150 мм. Примем R1=748 мм, R2=0,038 мм, мм (рис. 4, поз. 3 и 4), тогда
Г.
Найдем внешнюю индуктивность горизонтального участка (рис. 4, поз. 6) На этом участке R1 изменяется от 188 до 728 мм. Примем R1 = (188+728):2=458 мм, R2=0,038 мм, =710 мм, тогда
Г.
Учитывая все участки канала, внешняя его индуктивность
Внутренняя индуктивность канала
Г.
Индуктивность канала
Г.
14. Индуктивное сопротивление канала
Ом.
Рисунок 4 - К расчету индуктивности канала
15. Полное сопротивление канала
Ом.
16. Активное напряжение в канале
В.
17. Cos канала
18. Полное напряжение в канале
В.
19.Полная мощность индукционной единицы
20. Реактивная мощность индукционной единицы
квар.
21. Полная мощность печи
Р = NPинд = = 1462 .
22. Реактивная мощность печи
Рр = NPр.инд = = 984 квар.
23.Число витков первичной катушки.
Выбираем трансформатор со следующей характеристикой: первичное напряжение 6000 В, вторичное напряжение (11 ступеней) 333, 469, 575, 666, 742, 802, 863, 939, 999, 1045 и 1090 В. Принимаем, что мощность индукционной единицы будет 541 кВт при подключении ко вторичной ступени напряжением 939 В. При этих условиях
витков.
Примем W=46 витков.
24. Ток в первичной катушке
A.
25. Поперечное сечение витка первичной катушки. Принимаем, что допустимая плотность тока в катушке 2 А/мм2, тогда
мм2.
26. Ширина витка катушки.
Наименьшая ширина витка из меди ( мм)
мм.
Принимаем bвит=16 мм.
27. Высота витка катушки
мм.
Длина первичной катушки.
Для уменьшения длины катушки принимаем навивку в два слоя и толщину изоляции 1,5 мм, тода
мм.
Печи индукционные канальные по принципу действия основаны на использовании тока короткого замыкания. Трансформатор индукционной единицы выполнен так, что петля жидкого металла, является короткозамкнутой обмоткой, разогревающейся при пропускании тока. Во избежание разрыва цепи вторичной обмотки в печи постоянно должно находиться некоторое количество металла («болото»). Мощность индукционной единицы ограничивается огнеупорностью футеровки, поэтому для печей большой вместимости приходится устанавливать несколько таких единиц. Индукционно канальные печи более совершенны, чем индукционно тигельные печи: у них более высокий КПД, поэтому меньше расход энергии и, следовательно, требуется меньше конденсаторных батарей.
myunivercity.ru
Значительное распространение в последние годы получили индукционные печи. В этих печах нагреваемое тело помещается в переменное магнитное и электрическое поле и нагревается возникающими в теле вихревыми токами или за счет диэлектрических потерь.
Сюда относятся индукционные печи нормальной частоты со стальным сердечником, широко применяющиеся для плавки цветных сплавов ( медных и алюминиевых ). Сюда также относятся индукционные печи высокой, средней и низкой частоты без стального сердечника, применяющиеся для плавки стали, чугуна и цветных сплавов. Сюда относятся также индукционные печи весьма высокой частоты для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сушка форм и стержней - 6-50 мггц , древесины - 0,3-0,75 мггц).
Различают индукционные тигельные печи различной емкости и мощности для плавки стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов.
Наиболее распространенным типом индукционных печей являются печи средней частоты (500-2400 Гц) емкостью 0,06-1 т, предназначенные для плавки стали, но широко используемые также для плавки чугуна и цветных металлов. Эти печи хорошо вписываются в литейные цехи, они удобны для фасонного литья, когда отбор жидкого металла должен осуществляться мелкими порциями. Плавка в этих печах ведется в периодическом режиме с полным сливом металла после каждой плавки.
Широкое применение нашли тигельные печи для плавки и выдержки чугуна, в том числе для получения синтетического чугуна из отходов производства.
Для экономичной работы печи при плавке мелкой шихты остаточная емкость тигля должна составлять 60-70 % от номинальной емкости.
Индукционные тигельные печи для плавки алюминия и сплавов на его основе выпускаются в двух исполнениях: на промышленной и на средних частотах.
Применение для плавки алюминиевых сплавов индукционных печей средней частоты рекомендуется в тех случаях, когда к металлу предъявляются особые требования по чистоте от окисных и газовых загрязнений. Эти печи конструируются таким образом, чтобы плавка алюминия велась без разрыва защитной поверхностной окисной пленки вследствие циркуляции расплава.
Индукционные тигельные печи промышленной частоты для плавки медных сплавов используют как при непрерывном, так и при периодическом режимах работы.
1. Индукционные тигельные печи
Назначение печи.
В индукционных тигельных печах в литейном производстве выплавляют различные металлы и сплавы ( сталь, чугун, медь, бронзу, алюминий, и др.).
Особенности печи.
Индукционная печь, как плавильное устройство, по сравнению с дуговой и пламенной печами, обладает рядом преимуществ. Она создает более благоприятные условия для получения чистого металла вследствие отсутствия таких источников загрязнения, как газы и электроды. Металл перемешивается в печи за счет электродинамических усилий, и во всей его массе поддерживается высокая температура. Индукционная печь характеризуется высоким к.п.д. и высокой производительностью, а также позволяет вести плавку в вакууме или специальной атмосфере.
Конструкция печи.(рис.1)
Индукционные тигельные печи имеют в общем случае следующие основные узлы: индуктор, каркас (или кожух) печи, магнитопроводы, плавильный тигель, крышку и подину, механизм наклона печи.
Рис. 1. Индукционная тигельная печь
1-крышка с механизмом подъема; 2- установка индуктора; 3- установка подшипников; 4- футеровка; 5-плунжер механизма поворота печи; 6 - пакеты магнитопроводов; 7- кожух печи; 8-рабочая площадка.
Каркас печи
Каркас служит конструктивной базой для крепления всех основных элементов печи. Каркас, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, ребра которого выполнены из немагнитного материала (из дюралюминиевого уголка или из немагнитной стали), а грани закрыты асбоцементными листами. С целью уменьшения нагрева металлических уголков каркаса отдельные его металлические элементы изолируют друг от друга изоляционными прокладками для исключения в раме каркаса кольцевых токов. Индуктор в таком каркасе обычно прикрепляют к нижней и верхней асбоцементным плитам.
Индуктор
Индуктор является основным элементом печи, предназначенным для создания электромагнитного поля, индуцирующего ток в загрузке.
Индуктор тигельной печи представляет собой цилиндрическую однослойную катушку (соленоид), витки которой уложены в виде спирали (спиральный индуктор) с постоянным углом наклона витков, определяемым шагом навивки (рис. 1А, а), или катушку, все витки которой располагаются в горизонтальных плоскостях, а переходы между соседними витками осуществляются короткими наклонными участками, такой индуктор обычно называют индуктором с транспозицией витков (рис. 1А, б).
Рис. 1А. Индукторы со спиральной навивкой (а) и с транспозицией витков (б)
Индуктор выполняют из медной полой трубки круглого (рис. 2, а), прямоугольного равностенного (рис. 2, б), прямоугольного разностенного (рис. 2, в) или специального (рис. 2, г) сечений.
Рис. 2. Профили медной трубки
Для обеспечения жесткости и механической прочности индуктора применяются следующие способы крепления его витков:
1. с помощью шпилек, выполняемых из латуни, и припаянных или приваренных к наружной стороне трубки индуктора, каждый его виток крепится к вертикальным изоляционным стойкам.
На рис. 3, а показан общий вид индуктора плавильной печи промышленной частоты, каждый виток которого закрепляется с помощью шпилек 1 и вертикальных реек 2 (рис. 3, б). С помощью этих реек индуктор фиксируется в корпусе печи. Между рейками устанавливаются пакеты магнитопроводов 3;
индукционный тигельный печь
2. с помощью верхнего 1 и нижнего 2 нажимных колец или фланцев все витки индуктора вместе стягиваются в осевом направлении продольными стяжками, а радиальная фиксация витков осуществляется вертикальными рейками, выполненными из изолирующего материала или пакетами магнитопроводов (рис. 3, в).
Рис. 3 Способы крепления индуктора
Магнитопровод
Во избежании нагрева металлических частей печи полями рассеяния вокруг индуктора устанавливают внешний магнитопровод из листовой трансформаторной стали. Магнитопровод состоит из отдельных пакетов, расположенных равномерно по периметру индуктора. Пакеты прикрепляют к каркасу печи болтами и устанавливают вплотную к индуктору. Применение магнитопроводов позволяет уменьшить габариты печи, дает возможность изготавливать кожух из ферромагнитной стали и тем самым уменьшить стоимость печи.
Футеровка печи
Футеровка тигельной печи состоит (рис. 4) из плавильного тигля 1 со сливным носком 2, “воротником” 3, подины 4, крышки 5 и слоя тепловой изоляции 6.
Рис. 4. Футеровка тигельной печи
При изготовлении футеровки печи применяют огнеупорные массы и для подины - фасонные огнеупорные изделия. В индукционных тигельных печах в зависимости от марки выплавляемого металла, уровня температуры и особенностей технологического процесса применяют три вида футеровок: кислую, основную, нейтральную.
Плавильный тигель:
Футеровка тигля - набивная. Для этого предварительно устанавливают по индуктора шаблон, имеющий форму внутренней поверхности тигля и выполненный из листовой стали, а внутреннюю поверхность индуктора обкладывают слоем асбеста. При набивке на дно индуктора засыпают слой футеровочной массы, на нее устанавливают железный шаблон, наружные размеры которого соответствуют внутренним размерам тигля. Приготовленную огнеупорную массу засыпают в пространство между шаблоном и теплоизоляцией и послойно уплотняют (трамбуют) вручную или пневматической трамбовкой. После окончания набивки футеровку спекают. После этого, не вынимая шаблона, включают плавилбную установку; тепло, выделяемое в шаблоне, нагревает футеровку. Окончательное спекание с расплавлением шаблона происходит во время первой плавки Подина печи: Служащая основанием, на которое устанавливают тигель и индуктор, обычно выполняется из шамотных кирпичей или блоков или из асбоцементных плит, уложенных одна на другую.
prod.bobrodobro.ru
Анализ технологии производства ферросплавов
Восстановительные ферросплавные печи работают непрерывно. В работающей печи электроды погружены в твердую шихту и дуга горит под слоем шихты. Шихту пополняют по мере ее проплавления; сплав и шлак выпускают периодически...
Доменная печь. Производство титана
...
Обоснование и расчет производственных отделений литейного цеха
В качестве плавильного агрегата, для плавки стали, выбраны индукционные печи средней частоты. Индукционные печи средней частоты (ИСТ), которые обладают несомненными техническими и экономическими преимуществами...
Проект сталеплавильного цеха Оскольского электрометаллургического комбината
Вместимость - 150 т 5% Мощность трансформатора - 105 МВА Диаметр печи - 7800 мм Диаметр электрода - 610 мм Подъем электрода - 4500 мм Высота подъема свода - 500 мм Угол наклона печи - 40 град Краны для завалки скрапа Количество - 4 Грузоподъемность - 125...
Проект сталеплавильного цеха Оскольского электрометаллургического комбината
...
Производство латунных листов
Характеристика оборудования [4] Технические характеристики печи указаны в табл. 11. Таблица 11...
Производство латунных листов
Основные технические характеристики камерной печи указаны в табл. 12 [10]. Т а б л и ц а 12 Наименование параметра Значение параметра Мощность печи, кВт 400 Напряжение, В 380 Частота, Гц 50 Нагревательные элементы Нихром Х20Н80 6,0-6...
Разработка технологического процесса изготовления трёхслойной втулки
К наиболее действенным способам борьбы с внутренними напряжениями относятся: подогрев конструкции перед сваркой и отжиг после сварки. Предварительный подогрев конструкций уменьшает в металле разность температур...
Разработка технологического процесса производства латунной ленты марки Л63 толщиной 0,08 мм для охлаждающей пластины радиатора
Характеристика оборудования Технические характеристики печи указаны в таблице 7...
Разработка технологического процесса производства латунной ленты марки Л63 толщиной 0,08 мм для охлаждающей пластины радиатора
Характеристика оборудования Колпаковые электрические печи сопротивления СГЗ 10.56 предназначены для окончательного отжига рулонов лент из цветных металлов и сплавов на мягкое и полутвердое состояния...
Система добычи, подготовки и обогащения сырья черной и цветной металлургии
В доменную печь непрерывно загружают агломерат или другие железорудные материалы, топливо, флюсы - те самые три основных "блюда", о которых мы уже знаем. Материалы эти всегда подают в определенной пропорции, печь всегда заполнена шихтой...
Стекло: свойство и применение
Ванная печь непрерывного действия. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком. Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя загрузочными карманами...
Технологический процесс изготовления детали "Вал-шестерня"
Прошедшие предварительную подготовку руды подаются вместе с коксом, расход которого составляет около 50% от массы выплавляемого чугуна, в доменную печь. Доменные печи относятся к разряду шахтных печей и работают по принципу противотока...
Технологический процесс изготовления детали "Вал-шестерня"
Рисунок 2.2 - Электродуговая печь для получения стали Электродуговые печи (рис.2.2) обеспечивают низкий угар легирующих элементов и высокий перегрев расплава, необходимый для растворения ферросплавов...
Характеристика газоперерабатывающего завода "Татнефтегазпереработка"
Печь дожига предназначена для сжигания парогаза, отводимого с установки совместно с топливным газом, обеспечивая при этом соблюдения требования, предъявляемых к сбросным газом в атмосферу. Печь содержит металлический цилиндрический корпус 1...
prod.bobrodobro.ru
oflfl I n ггггг^ гг ГСШГ^ттгтге44U| 3 (67), 2012-ВведениеТермическая обработка в вакууме и методы вакуумной плавки в настоящее время достаточно широко применяются для создания материалов, получение которых другим способом достаточно проблематично. Плавка в вакууме позволяет предохранять расплавляемый металл от взаимодействия с окружающей средой. Вакуумирование плавильного пространства позволяет значительно улучшить механические и литейные свойства высоколегированных сталей, специальных сплавов, которые из-за наличия легкоокисляемых элементов склонны к образованию значительного количества оксидных пленок. При вакуумной плавке концентрация примесей в жидком металле понижается за счет прохождения такого процесса, как, например, дегазация, если концентрация газов, растворенных в металле, зависит от давления окружающей среды.Краткое описаниеВакуумная печь для индукционной плавки -это система, включающая в себя герметичную камеру, в которой устанавливаются индукционная тигельная печь и в ряде случаев литейная форма. Следует отметить, что в последнее время в мировом литейном производстве отмечается тенденция получения высокотехнологичных легированных материалов. В такое производство в мировом масштабе инвестируется все больше капитальных вложений. Поэтому основополагающий процесс для большинства всех производителей высоколегированных сплавов — вакуумная индукционная плавка, которая особенно хорошо подходит для плавки и получения литья из железа, черных металлов, никеля, кобальта и их сплавов в вакууме и контролируемой атмосфере для удовлетворения требований промышленного производства.(nit is shown that vacuum melting of metals and alloys in induction furnaces enables to reduce considerably the content of gases and quantity of nonmetallic impurities, to provide high uniformity and density of ingot.v_jУДК 634. 377Когда качество материала чрезвычайно важно, конструкция вакуумных печей для индукционной плавки и литья позволяет легко и быстро достигать необходимых результатов, обеспечивая заказчиков продукцией необходимого качества.Применение: плавка и литье сплавов- направленное отверждение/ монокристаллическое литье- электродное литье- непрерывное литье.Самые совершенные металлургические процессы в вакууме, такие, как дегазация стали, внепечная обработка, вакуумная переплавка, точное литье по выплавляемым моделям, в настоящее время позволяют получать высококачественные отливки как по составу материала, так и по качеству литья.Однако всевозрастающий технологический уровень современного машиностроения выдвигает новые требования к вакуумному технологическому оборудованию. Сегодня вакуумная металлургия переходит на принципиально новый уровень создания технологических процессов, представляющих собой непрерывную цепочку переделов в среде вакуума, позволяющих, с одной стороны, получить принципиально новые изделия, с другой — значительно снизить издержки производства. Процессы вакуумного переплава используются в металлургии вторичного передела для рафинирования металлов или получения сплавов особого химического состава, в жидком состоянии — при заданных температурах. Существует множество различных применений вакуумной техники для получения самых разнообразных материалов. Вакуумные технологии незаменимы для производства специальных сплавов, которые не могут быть получены вне вакуума или инертной атмосферы вследствие их высокой окисляемости. Контролируемая атмосфера ограничивает формирование оксидных неметаллических включений в расплаве.А. Н. ФИЛИМОНЕНКО, БНТуНаучный руководитель канд. техн. наук, доцент Н. Ф. НЕВАР, БНТувакуумные индукционные печи, область примененияВакуумные печи обеспечивают эффективную дегазацию расплава и достаточно точный химический состав получаемых сплавов, поскольку температурные параметры расплава, давление внутри вакуумной камеры, перемешивание расплава и введение дополнительных легирующих элементов могут быть выполнены в условиях вакуума. Комбинация всех перечисленных выше способов воздействия на расплав создает уникальный инструмент для литейщика-исследователя. Обычно для проведения прецизионных процессов вакуумной плавки используют печь с индукционным нагревом. Преимущества вакуумной плавки с индукционным нагревом заключаются в следующем:• Возможность длительной выдержки жидкого металла в глубоком вакууме.• Высокая степень дегазации металлов.• Возможность дозагрузки печи в процессе плавки, активного воздействия на интенсификацию процессов раскисления и рафинирования в любой момент плавки.• Возможность эффективного контроля и регулирования состояния расплава по его температуре и химическому составу в течение всего процесса.• Особая чистота получаемых отливок за счет отсутствия любых неметаллических включений.• Возможность производить быстрый нагрев (прямой нагрев за счет тепла, выделяемого в расплаве), а следовательно, высокая скорость плавок и высокая производительность.• Высокая гомогенность расплава за счет активного перемешивания металла.• Произвольная форма сырья (кусковые материалы, брикеты, порошок и т. д.).• Высокая экономичность и экологическая чистота.В зависимости от типа металла и металлургического процесса глубина вакуума для процесса рафинирования возгонкой может находиться в диапазоне 10−1-10−3 мбар.Материалы, выплавленные в вакуумной индукционной печи (ВИП), должны пройти дополнительный переплав и (или) процесс направленной кристаллизации. Для этого ВИП снабжают дополнительными разливочными камерами. Для обеспечения еще более жестких требований материалы должны пройти несколько этапов рафинирования, как, например, в триплексном процессе переплава, состоящем из последовательных процессов индук-ционно-вакуумного переплава, электрошлакового переплава и дугового или лучевого вакуумного переплава.В результате наблюдений установлено, что при выплавке трансформаторной стали в вакууме жид-аггг^г: кгтшггпге /одо-3 (67), 2012 / ЬЧУкий металл очищается от кислорода и серы при отсутствии шлака на поверхности металла. Раскис-лительная способность углерода при снижении давления в плавильном пространстве до 1 мм рт. ст. повышается почти в 100 раз.Использование вакуума при выплавке трансформаторной стали обеспечивает возможность повышения содержания в ней кремния и снижения ваттных потерь на 20−25%.Принцип работы печей (рис. 1) заключается в том, что в огнеупорном тигле, установленном в вакуумной камере, при помощи высокочастотного индуктора расплавляют твердую шихту (отходы специальной заготовки, чистые металлы и ферросплавы) и рафинируют жидкий металл- печи могут работать и на жидкой садке. Вакуум достигается откачиванием диффузионными насосами, обеспечивающими достаточно низкие остаточные давления (меньше 10 Па).Для получения высококачественной стали в основном применяется вакуумная плавка. В слитке всегда содержатся газы и некоторое количество неметаллических включений. Их количество можно значительно уменьшить, если воспользоваться вакуумированием стали при ее выплавке и разливке. При этом способе жидкий металл подвергается выдержке (вакуумированию) в закрытой камере, из которой удаляют воздух и другие газы. Вакуу-мирование жидкого металла производится обычно в ковше перед разливкой по изложницам. Лучшие результаты получаются тогда, когда сталь после вакуумирования в ковше разливают по изложницам также в вакууме. Выплавка металла в вакууме осуществляется в закрытых индукционных печах (рис. 2).При вакуумной плавке достигается значительное снижение содержаний азота и водорода, растворимость которых в жидком железе пропорцио-Рис. 1. Схема вакуумной индукционной печи: 1 — загрузочная камера- 2 — дозатор ср.- подъемник- 3 — затвор- 4 — тигель- 5 — пивной носок- 6 — индуктор- 7 — металл250/г^г: г: гшшгггта3 (67), 2012-Рис. 2. Схема устройства индукционной вакуумной печи: 1 — дверь- 2 — подъемник- 3 — загрузочная камера- 4 — загрузочная корзина- 5 — индукционная печь- 6 — пульт управления- 7 — электроды- 8 — внутренняя дверь- 9 — изложницы- 10 — дверь-11 — тележка- 12 — вакуумная задвижка- 13 — вакуумные насосынальна корню квадратному из их парциальных давлений. Также происходит испарение химических элементов из ванны, которое зависит от давления в камере печи, температуры металла, удельной поверхности контакта, длительности процесса плавки.Методом вакуумной плавки можно получать заготовки из черных металлов, никеля, меди, молибдена для электровакуумной промышленности- пластичные сорта железа с малым содержанием углерода (армко, трансформаторные и др.), также железо с высокой магнитной проницаемостью- специальные стали и сплавы с пониженным содержанием водорода и азота- нихром- антикоррозион-ные сплавы на никелевой основе- высокоэлектродную медь и ее сплавы- платину и платиновые металлы- тугоплавкие редкие металлы.Вакуумные электропечи получили широкое распространение в связи с возникновением таких отраслей промышленности, как самолетостроение, атомная, ракетная и др. Вакуумная плавка металлов и сплавов в печах позволяет значительно снизить содержание газов и количество неметаллических включений, обеспечить высокую однородность и плотность слитка за счет направленной кристаллизации жидкого металла, значительно улучшить физико-механические свойства металла.
Показать Свернутьgugn.ru
