Вакуумные дуговые печи - Блог ООО ЛипецкТехноЛит
☎ +7(961)604-81-20    info@drobemet48.ru

ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ


vakuumnye-dugovye-pechi

В вакуумных дуговых печах производят отливки из высокореакционных металлов: титана, циркония, молибдена, ниобия, тантала, вольфрама) и из спец-сталей и жаропрочных сплавов.

Вакуумные дуговые печи делятся на 2 категории:

—  с кристаллизатором;

—  для плавки в гарнисаж.

Обе эти разновидности печей позволяют осуществлять следующие процессы, которые напрямую влияют на качество готовых слитков:

  1. Удаляют химические примеси, газы и неметаллические включения, которые образуются в процессе расплава.

  2. Способствуют растворению добавок, которые дозированно вводят в электрод и ванну.

  3. Формируют кристаллическое строение слитка, что в конечном итоге делает металл однородным и повышает его плотность.

 

ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

В вакуумных дуговых печах для плавки в кристаллизаторе расплав и затвердевание сплава осуществляется одновременно. По мере того, как расплавляется расходный электрод, металл перетекает в охлаждаемый водой кристаллизатор и застывает в форме слитка.

В качестве переплавляемого электрода выступают штанги круглого и квадратного сечения. Для изготовления стальных электродов используют сортовой прокат, а также методы ковки и литья; титановые электроды прессуют из губки; электроды из тугоплавких металлов собирают из прессованных и спеченных штабиков. Слитки можно переплавлять несколько раз. В этом случае слиток предыдущего процесса плавки выполняет функцию электрода последующего.

kristall

Рисунок 1. Схема вакуумной дуговой печи с кристаллизатором.
1 электрод, 2 водоохлаждаемый кристаллизатор, 3 слиток.

 

Вакуумные дуговые печи с кристаллизатором классифицируют в зависимости от метода загрузки электрода и выгрузки слитка:

 

1. Печь с отъемным поддоном и стационарно закрепленным кристаллизатором.

Загрузку электрода и выгрузку слитка осуществляют, опуская поддон и выкатывая его из-под печи. Недостатком таких печей является большая высота, а также то, что кристаллизатор после плавки трудно очищать

2. Печь с отъемным кристаллизатором.

Загрузку электрода и выгрузку слитка производят путем опускания кристаллизатора и перемещения его из-под печи в зону обслуживания краном. Здесь часто используют поочередно 2 кристаллизатора и чистят их на специализированном стенде. Это значительно сокращает продолжительность цикла. Недостатком такого вида печей являются трудности, связанные с подводом охлаждения.

3. Вакуумные дуговые печи со стационарным кристаллизатором и съемной вакуумной камерой.

Перед загрузкой электрода вакуумная камера поднимается и отводится в сторону цеховым краном или специальным механизмом. Слиток удаляется вместе с гильзой и поддоном.

Главное отличие вакуумных дуговых печей для плавки в кристаллизаторе от печей для плавки в гарнисаж состоит в том, что процессы плавления и затвердевания жидкого сплава в гарнисажных печах происходят не одновременно. После расплавления в тигле металл сливают в форму, в которой он постепенно затвердевает. Таким способом получают изделия сложной конфигурации.

Основное требование к гарнисажной печи – получить необходимое количество горячего металла и быстро залить его в формы, поэтому процесс плавления проводят с большой скоростью при высокой удельной мощности дуги.

ganisaj

Рисунок 2. Схема гарнисажной вакуумной дуговой печи.
1– тигель; 2– корпус печи; 3– форма; 4 – электрод.

 

В зависимости от способа разливки металла гарнисажные печи делят на 2 группы:

1. Печи с разливкой после разрыва дуги.

Они имеют механизм перемещения, который находится за пределами вакуумной камеры. После того, как металл расплавился, дугу выключают, поднимают электрод и сливают металл. Существенным недостатком этого способа является потеря времени на подъем электрода и возможность охлаждения металла, так как тигль при сливе наклоняют с открытым зеркалом.

2. Гарнисажные вакуумные дуговые печи с разливкой при горящей дуге.

Здесь расплавленный металл подогревают во время разливки. Существует несколько разновидностей печей этой группы:

а) с винтовым механизмом перемещения электрода, который крепится на тигле внутри вакуумной камеры и наклоняется вместе с ним;

б) со сливом металла в стационарную или вращающуюся форму;

в) с тиглем и электродом внутри камеры и механизмом перемещения, который крепится снаружи.

 

ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ И ИХ КПД

Благодаря высокой концентрации мощности в дуговом промежутке, которая передается электроду и используется на плавление и перегрев металла вакуумные дуговые печи имеют большой КПД.

Тепловой КПД составляет 20 – 50 % и зависит от распределения мощности дуги между катодом и анодом. При плавке тугоплавких металлов, таких как молибден, ниобий, вольфрам и прочие, КПД ниже, чем при плавке легкоплавких металлов (стали, титана), а доля тепловых потерь выше.

Электрический КПД составляет 80 – 90 %, так как печи работают на постоянном токе и индуктивные потери незначительны.

Расход электроэнергии при плавке зависит от температуры плавления конкретного металла.

raskhod-ehlektroehnergii-pri-plavke-razlichnyh-metallov

Таблица 1. Расход электроэнергии при плавке различных металлов.

 

ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ

1. Кристаллизатор.

kristalizator

Рисунок 3. Кристаллизатор.
1 – внутренняя гильза; 2 – наружный кожух; 3 – поддоны; 4 – уплотнитель поддонов.

 

Этот элемент испытывает на себе большие тепловые воздействия. Вода, которая охлаждает кристаллизатор протекает в полости, расположенной между гильзой и кожухом. Гильзу изготавливают из меди или хромистой бронзы, так как они имеют высокий коэффициент теплопроводности.

Толщина стенок гильзы составляет 35 – 40 мм для металлов с температурой плавления до 2000 0С. Для более тугоплавких сплавов 10 — 20 мм. Толщина поддонов, производимых их хромистой бронзы, должна быть 60 – 150 мм и 20 – 30 мм соответственно. Наружную часть кристаллизатора, как правило, делают из немагнитной стали, а поддоны снабжают уплотнителем.

 

2. Шток-электродержатель.

shtok

Рисунок 4. Шток-электродержатель.
1 –
наружная стальная труба; 2 – внутренняя токоведущая труба; 3 – ходовой винт.

 

Эта деталь вакуумной дуговой печи закрепляет и перемещает электрод, а также подводит к нему ток. Шток охлаждается с помощью воды. Внутри него расположен ходовой винт, который вращается и перемещает шток вверх-вниз. В нижней части штока расположен хвостовик, который используют для крепления электрода. Привод перемещения штока задает как рабочие скорости (несколько миллиметров в минуту), так и маршевые (около 1 метра в минуту).

 

3. Вакуумная камера.

Это водоохлаждаемый герметичный сосуд, к нижнему фланцу которого присоединен фланец кристаллизатора, а к верхней крышке – уплотнение штока. На верхней крышке имеются 2 – 3 смотровых окна оптических приборов. Вакуумная система крепится с помощью патрубка.

4. Соленоид.

Этот элемент необходим для создания аксиального магнитного поля, чтобы стабилизировать дугу и перемешивать расплав. Выполнен в виде катушки в несколько слоев из изолированного медного провода. Питают селеноид от полупроводниковых выпрямителей с возможностью переключения полярности.

5. Вторичный токопровод печи.

Состоит из шин и гибких кабелей, с помощью которых перемещают шток. Токопроводы находятся на значительном расстоянии от зоны плавления, чтобы магнитное поле в зоне плавки было низким.

6. Вакуумная система.

Обеспечивает откачку образовавшихся газов и поддерживает заданное остаточное давление, которое зависит от расплавляемого металла. Например, остаточное давление стали составляет 1 – 7 Па; титана 0,5 – 13 Па; циркония 0,01 – 0,07 Па; молибдена, ниобия, титана и вольфрама 0,13 – 0,65 Па.

7. Защитный кожух вакуумных дуговых печей.

Нужен для того, чтобы локализовать взрыв, который может произойти из-за соединения высокореакционного металла с водой.

8. Тигель гарнисажных печей

tigel

Рисунок 5. Тигель гарнисажных печей.
1 – графитовый тигель; 2 – водоохлаждаемый корпус.

 

Воспринимает меньшие тепловые нагрузки, чем кристаллизатор, так как тепло растекается вертикально и по стенке, и по гарнисажу. Кроме того, тигель защищен от прямого воздействия дуги.

 

9. Система управления.

Строится по принципу двухконтурного регулирования: один канал обеспечивает стабильную протяженность дугового промежутка, а второй обеспечивает заданную скорость плавки или заданный ток дуги. Кроме того, система управляется по программе и собирает информацию.

 

 

У компании ООО ЛипецкТехноЛит есть собственный цех литья, где мы применяем современные технологии в области изготовления стали, оборудования для металлообрабатывающей промышленности и запасных частей к нему.

У нас вы можете приобрести готовые дробеметные установки или заказать изготовление нестандартного оборудования по чертежам. Если нет чертежей – наши специалисты проведут исследование и предоставят присоединительные размеры перед изготовлением.

 

 

Поделитесь статьей с друзьями↓