Вакуумная индукционная плавка. Основные элементы конструкции ВИП. Принцип работы вакуумных насосов, вакууматоров. Технология плавки.

Плавка в вакуумных индукционных печах позволяет получать сталь и сплавы с малым содержанием газов, нВ и примесей цветных металлов, легировать сталь любыми элементами, в том числе обладающим высоким сродством к кислороду, без их потерь на окисление.

Для плавки в вакуумных печах применяют шихтовые материалы, очищенные от масла и окалины; их состав должен быть точно известен. В шихту вводят никель, ферромолибден, ферровольфрам и кобальт, если этого требует состав выплавляемой стали. После загрузки шихты включают ток, а на печах периодического действия из печи предварительно откачивают воздух.

Плавление ведут, непрерывно откачивая насосами из плавильного пространства выделяющиеся газы. За время плавления удаляется большая часть вносимых шихтой газов – водород, часть азота, а так же влага; жидкий металл при плавлении кипит, что является результатом выделения пузырьков оксида углерода, получающегося при взаимодействии углерода с растворенным в металле кислородом.

После расплавления делают выдержку в течении 20-40 минут, во время которой происходит рафинирование от ряда примесей, раскисление и легирование металла. В печи в этот период поддерживают давление 1,3…0,13Па.

Основные преимущества ВИП обусловлены наличием вакуума, обеспечивающего рафинирование от ряда примесей и раскисление углеродом, а также отсутствием контакта металла с окислительной атмосферой. Выплавляемые при этом сталь и сплавы содержат пониженные количества азота, примесей цветных металлов, кислорода и нв, почти не содержат водорода; все это повышает целый ряд служебных свойст сталей.

Отсутствие контакта с кислородом атмосферы позволяет выплавлять стали и сплавы, содержащие легкоокисляющиеся элементы без их угара.

Недостатком ВИП является следующий фактор: при длительной выдержке в результате реагирования с окислами футеровки металл загрязняется кислородом и нв, а также восстанавливаемыми из футеровки элементами (Si, Al и др.).

Вакуумные насосы откачивают газ в результате механического перемещения газа при периодическом изменении объема рабочей камеры насоса (объемные насосы), путем увлечения струей жидкости пара или газа (струйные насосы) или непрерывно движущимися твердыми поверхностями (турбомолекулярные насосы), а также связывания молекул газа путем сорбции (сорбционные насосы) или конденсации на охлаждаемых поверхностях (конденсационные насосы).

Объемные и турбомолекулярные насосы являются механическими вакуумными насосами, откачивающее действие которых связано с механическим движением (вращательным, возвратно-поступательным или комбинированным) рабочих частей насоса (лопатки рабочего колеса ротора, радиальные пластины, два профильных ротора, статорные и роторные диски с радиальными каналами , поршень и тп.).

Наряду с относительно высоким остаточным давлением при использовании механических насосов и снижении быстроты откачки при уменьшении давления механические насосы очень чувствительны к пыли. Поэтому откачиваемые газы требуют предварительной очистки.

Струйные насосы в зависимости от агрегатного состояния рабочей жидкости и механизма взаимодействия откачиваемого газа и струи могут быть пароводяные или паромасляные эжекторные. В которых струя увлекает газ в результате турбулентного перемешивания (турбулентно-вязкостный захват); паромасляные диффузионные в которых происходит диффузия молекул откачиваемого газа в струю пара, где они, сталкиваясь с молекулами пара, приобретают составляющую скорости в направлении движения пара.

Наряду с высокой производительностью пароэжекторные насосы нечувствительны к пыли и механическим примесям, поэтому отсасывающие газы не подвергаются очистке. Кроме того, такие насосы могут откачивать любые агрессивные газы, они компактны и просты в изготовлении. Отсутствие движущихся частей и незначительный износ при эксплуатации обеспечивает достаточную долговечность таких насосов.

Приборы для измерения давления разряженного газа (т.е. ниже атмосферного) называют вакуумметрами.

По принципу действия вакуумметры разделяют на жидкостные, компрессионные, деформационные, тепловые и ионизационные. Вакуумметры первых трех групп являются приборами прямого действия, непосредственно измеряющими давление газа и чьи показания принципиально не зависят от состава газа и его температуры. Другие вакуумметры как приборы косвенного действия измеряют не само давление, а некоторую его функцию, и, как правило, состоят из манометрического преобразователя и измерительного блока. Отсчет давления (выходной сигнал) у вакуумметров косвенного действия зависит от состава газа и его температуры.

 

23. ВДП, ЭШП, ЭЛП, ПДП

ПДП. Плавильные ПДП могут быть с огнеупорной футеровкой для выплавки высоколегированных сталей и сплавов из исходных шихтовых материалов и с кристаллизатором для переплава расходуемой заготовки.

ПДП являются разновидностью установок плазменного нагрева, широко используемых в различных технологических процессах плазменной металлургии. Работа таких установок основана на использовании газоразрядной плазмы в качестве энергоносителя. Достаточная энергетическая проводимость плазмы обеспечивает преобразование электрической энергии в тепловую за счет токов, подводимых через электроды(кондукционный способ) или возбуждаемых переменным электромагнитным полем(индукционный способ). Плазму создают в плазменных генераторах – плазматронах при помощи электрического разряда в газах.

Дуговой плазматрон постоянного тока:1-нагреваемый металл, 2-плазменная струя, 3-водоохлаждаемое сопло, 4-столб дуги, 5-электрическая изоляция, 6-электрическая сеть, 7-подача плазмообразующего газа, 8-катод, 9водоохлаждаемый корпус.

Для улучшения энергетических параметров электрического разряда и плазменной струи с учетом химического воздействия плазмообразующих газов на переплавляемый металл и на материал катода дугового плазматрона применяют многокомпонентные плазмообразующие среды, используя, например, высокоэнтальпийные молекулярные газы-кислород(окислительная среда), водород(восстановительная среда), азот(нейтральная среда). Чем выше энергосодержание рабочей среды плазматрона, тем выше напряжение на плазменной дуге и больше мощность ПДП даже при неизменной силе тока.

ДВП(ВДП). Особенностью электрического режима работы ДВП является линейная зависимость мощности дуги Р_д от силы тока I_п. С другой стороны, мощность Р_д зависит от диаметра кристаллизатора, являющегося определяющим геометрическим размером ДВП. Поэтому качество работы ДВП характеризуют соотношением I_д/D_кр.

Принцип действия ДВП основан на преобразовании электрической энергии в тепловую в дуговом разряде, который существует в вакууме или разреженных парах переплавляемого металла. Такая печь представляет собой газоразрядный прибор, состоящий из цилиндрического катода (расходуемый эл-д 1) и коаксиального цилиндрического анода (водоохлаждаемый кристаллизатор 3,в котором наплавляют слиток 5), т.е. ДВП работает с прямой полярностью постоянного тока. В процессе плавки по торцу электрода-катода перемещаются электродные пятна, имеющие высокую температуру. Однако средняя температура жидкого металла, образовавшегося на торце электрода, определяется в основном не эмиссионными явлениями, а процессом каплеобразования.

Образовавшаяся на торце расходуемого электрода пленка жидкого ме собирается в капли под действием силы тяжести (гравитационная сила) и электродинамических сил. Когда эти силы превзойдут силы поверхностного натяжения, удерживающие жидкий ме в виде капли, произойдет отрыв капли от электрода. Таким образом, ме расходуемого эл-да переносится в металлическую ванну на слиток виде мелких капель, обладающих развернутой поверхностью, что в условиях вакуума обеспечивает глубокую дегазацию переплавляемого металла.

Первые капли, попадающие на водоохлаждаемый поддон 4, быстро застывают. Однако уже на небольшом расстоянии от поддона его охлаждающее действие ослабевает и образуется ванна жидкого металла на слитке.

 В условиях ДВП невозможно осуществить значительный перегрев жидкого ме, что снижает металлургические возможности ВДП.

ВДП применяют для улучшения качества специальных сталей и сплавов на основе железа, никеля, кобальта. В ДВП переплавляют св больших масштабах стали и жаропрочные сплавы (серия ДСВ), тугоплавкие и химически активные металлы и сплавы на их основе (серия ДТВ-для титана, ДДВ- для молибдена, ДНВ-для ниобия).

ЭШП. Принцип действия электрических печей сопротивления(разновидность ЭШП) основан на выделении тепла в проводнике при прохождении по нему электрического тока, причем количество тепловой энергии W за время t(тау) определяют по закону Джоуля-Ленца

W=I²Rt, где I-сила тока, протекающего через проводник, R-активное сопротивление проводника.

Печь ЭШП представляет собой печь сопротивления косвенного нагрева, в которой источником нагрева служит слой (ванна) 4 жидкого электропроводного шлака с температурой 2000-2300К. Электрический ток через понижающий трансформатор 1 подводят по одному или нескольким эл-дам. Эл-ды могут быть стальные(расходуемые) при ЭШП. Жидкий металл, стекающий каплями с торца расходуемого эл-да 2 или заливаемый в печь из ковша, проходит через слой шлака 4, образует ванну 5 и формируется в слиток 7 в водоохлаждаемой металлической изложнице-кристаллизаторе 3 с поддоном 8. При этом на боковой поверхности слитка образуется шлаковый гарнисаж 6 толщиной dг, обеспечивая естественную тепловую и электрическую изоляцию слитка от кристаллизатора.

Печи ЭШП могут быть однофазные и трехфазные: однофазная печь с одним или двумя электродами; трехфазная печь с 3мя электродами, расположенными в одном кристаллизаторе, по вершинам равностороннего треугольника или с 3мя кристаллизаторами, представляет собой три однофазные печи с одним электродом, подключенные к одному трехфазному трансформатору.

В однофазных ЭШП выплавляют слитки круглого и квадратного сечения для сортового проката и кузнечные слитки круглого сечения. Двухэлектродные печи целесообразно использовать для выплавки слитков квадратного и особенного прямоугольного сечения.

ЭЛП. Специальным образом образуется облако электронов, из него получают луч или пучок электронов. Пучки необходимо ускорить при помощи эл поля (U до 35кВ). Получаем скорость движения электронов U_э до 120 км/с.

m_э*U_э²/2=K_э Электрон проникает вглубь решетки на несколько мкм.

“-” этого способа: не все электроны проникают в решетку (часть отражается); при взаимодействии с поверхностью имеет место быть рентгеновское излучение; имеет место вторичная эмиссия электронов.

1-разогревающий электрод

2-катод-эмиттер

3-ускоряющий анод

4-система фокусирующих э-м линз

5-система э-м сканирующих линз

6-обрабатываемое изделие.

 

⇐ Предыдущая234567891011

Поделиться: