Вакуумные дуговые печи постоянного тока

Области применения и устройство вакуумных дуговых печей. Для повышения качества металла, полученного в других установках (например, в ДСП), его переплавляют при низком давлении в вакуум­ных дуговых печах (ВДП), в результате чего в металле уменьшается содержание вредных примесей и растворенных газов. ВДП применяют в основном для выплавки слитков высоко реакционных металлов (титана, ниобия, вольфрама, циркония, тантала, молибдена), а также для пере­плава специальных высококачественных сталей, в результате чего они не только очища­ются, но и приобретают более плотную структуру. Рабочее давление в камере печи может составлять 1,0–0,001 Па в зависимости от требова­ний к получаемому металлу. В современных ВДП получают слитки массой от нескольких сотен килограммов до 50– 60 т.

В качестве материалов электродов в ВДП используются различные продукты металлургического передела. Так, при плавке титана круглые электроды изготовляют прессованием титановой губки. При переплавке вольфрама, молибдена и ниобия электроды изготовляют из штабиков пу­тем стыковой сварки и сборки электродов-пакетов. При переплавке сталей в качестве электродов применяют прокат или специальные штанги, полученные методом непрерывной разливки или ковки. В неко­торых установках применяют нерасходуемые электроды, а переплавляемый металл кусками подается в кристаллизатор. Каждый из этих способов, в свою очередь, может быть осуществлен по двум схемам: плавка в глухой кристаллизатор (рис. 4.9 а) и плавка с вытягиванием слитка (рис. 4.9 б).

Основной частью печи является рабочая камера, к которой присоединена вакуумная система. Электрод 1 подвешен к подвижному штоку, проходящему через вакуумное уплотнение, расположенное в верх­ней части камеры. К нижней части рабочей камеры присоединяется во­доох-лаждаемый кристаллизатор 7 с рубашкой водяного охлаждения. К электроду подается отрицательный, а к кристаллизатору положитель­ный полюс источника питания. В печи, работающей по схеме с вытягиваемым слитком (рис. 4.9 б), имеется проходящий через вакуумное уплотнение 3 шток 4 для вытягивания слитка. Металл наплавляется на поддон 5 и по мере роста слитка 6 опускается вниз. Процесс плавки начина­ется с создания вакуума в камере печи и опуска­ния электрода до крайнего нижнего положения. После короткого замы­кания или пробоя межэлектродного промежутка возникает дуга. Под действием выделяющейся теплоты электрод расплавляется и металл небольшими каплями перетекает на слиток.

	1 – электрод; 2 – холодильник; 3 – вакуумное уплотнение штока; 4 – тянущий шток; 5 – поддон; 6 – слиток; 7 – кристаллизатор; 8 – соленоид.
Рис. 4.9. Схема ВДП с глухим кристаллизатором (а) и с вытягиванием слитка (б)

Объем кристаллизатора и размеры электрода согласованы. В конце плавки весь электрод переходит в расплав, а испаряющиеся примеси и газы откачиваются вакуумной системой. Такая печь назы­вается печью с расходуемым электродом, широко применяется в промышленности. В печах с нерасходуемыми электродами есть опасность загрязнения переплавляемого металла материалом элек­трода.

Основные элементы печи: рабочая камера; шток-электродо­держа­тель; расходуемые электроды; кристаллизатор; поддон; соле­ноид.

Рабочая камера представляет собой водоохлаждаемую сварную конструкцию цилиндрической формы. В верхней части рабочей ка­меры установлены подсветы и смотровые окна, позволяющие наблю­дать за горением дуги и наплавлением слитка. Для дистанционного наблюдения за ходом процесса к гляделкам пристраиваются специ­альные перископы, проектирующие изображение рабочей зоны на эк­ран. К нижнему фланцу камеры прикреплен кристаллизатор.

Шток–электрододержатель служит для закрепления и пере­мещения расходуемого электрода и подвода к нему тока. Он состоит из нескольких коаксиально расположенных труб, наружная медная труба является токоведущей. Внутренние стальные трубы обеспечивают механическую прочность конструкции штока. Между трубами имеются полости для прохода охлаждающей воды. Перемещение штока и расходуемого электрода обеспечивается электрическим или гидравлическим приводом.

Кристаллизатор состоит из внутренней гильзы и наружного стального немагнитного кожуха. Между ними имеется полость для охлаждающей воды. Гильзу изготовляют из материала с хорошей теплопроводностью, не смачивающегося жидким металлом.

Поддон закрывает низ кристаллизатора, входит внутрь или примыкает к торцу его гильзы. Основа поддона – массивный медный диск, снабженный стальной рубашкой водяного охлаждения. Для предотвращения возможного прожога медного диска электрической дугой в начале плавки на него укладывают темплет из переплавляемого металла толщиной 50 мм.

Соленоид устанавливают на боковой поверхности кристаллизатора. Он создает аксиальное с ним магнитное поле. Взаимодействие поля соле­ноида с током дуги и током, растекающимся в ванне расплавленного ме­талла, приводит к повышению напряжения на дуге, предотвращает переброски дуги на стенку кристаллиза­тора, стабилизирует дугу. При этом возникает вращение жидкого металла в ванне, что улучшает структуру переплавляемого металла. Питание со­леноида производится от полупроводниковых выпрямителей, позволяю­щих при необходимости производить резкое увеличение и реверсирова­ние тока намагничивания.

Для литья в вакууме существуют специальные ВДП, которые подраз­деляют на две группы: печи с разливкой при горящей дуге и печи с раз­ливкой после отключения дуги. Конструкция печи показана на рис. 4.10. Печь состоит из тигеля 1, электрода 2, камеры 3, формы 4 для слива расплавленного металла.

1 - тигель; 2 - электрод; 3 — камера; 4 — форма     Рис. 4.10. Схема вакуумной дуговой печи для фасонного литья

Таблица 4.5

Сравнительные характеристики вагранок, ДСП и индукционных

печей

Тип плавильного аг­регата	Относительная стомость 1 т чугуна	Расход электроэнер­гии, кВт·ч/т
Газавая вагранка	1,0	50-70
Дуговая сталеплавильная печь переменного тока	2,0	600-800
Дуговая сталеплавильная печь постоянного тока	1,8	475-550
Индукционная печь повышенной частоты	2,0	1200-1300
Индукционная печь средней частоты	1,4	500-600

Дата добавления: 2014-01-06