Печи для производства слитков

В современных вакуумных электродуговых печах получают титановые слитки массой до 30 т, длиной до 5 м, диаметром до 1400 мм.

В промышленности применяются вакуумные электродуговые печи, которые имеют следующие общие элементы: вакуумную камеру, изложницу (кристаллизатор), поддон, электрододержа- тель, систему охлаждения, вакуумную систему, источники пита­ния электрической энергией, контрольно-измерительную аппа­ратуру, механизмы для перемещения элекгрододержателя, под­дона и др. Различаются они только компоновкой отдельных эле­ментов, порядком загрузки в печь расходуемого электрода и выг­рузки слитка, габаритными размерами, производительностью.

Наибольшее распространение, как для первого, так и для вто­рого переплавов получили вакуумные электродуговые печи с формированием слитка в медной водоох­лаждаемой изложнице ( в так называ­емом “глухом” кристаллизаторе) Ограниченное применение на­ходят печи, в которых слиток получа­ют путем вытягивания из медного во­доохлаждаемого кристаллизатора (по­лунепрерывное литье).\

Самая важная и основная часть печи - изложница. В ней происходит расплавление рас­ходуемого электрода с помощью электрической дуги и формиро­вание слитка. Изложница рабо­тает в тяжелых условиях: она испытывает большие тепловые нагрузки. В ее стенках возни­кают значительные по величи­не температурные перепады. В зоне горения дуги удельный тепловой поток от слитка к из­ложнице составляет более 1000 кВт/м². Образующиеся в стен­ках изложницы высокие терми­ческие напряжения могут выз­вать ее деформацию и вывести из строя. Этому способствует также разница давления между внешней поверхностью и внутренней (вакуум).

В связи с этим материал, из которого изготовлена изложница, должен обеспечивать отвод от зоны горения дуги большого коли­чества тепла, а ее конструкция должна обладать высокой надеж­ностью и простотой для удобства эксплуатации и ремонта.

Технологический процесс изготовления слитков в вакуумных электродуговых печах

Технологический процесс изготовления слитков состоит из следующих основных этапов:

1. изготовление расходуемого электрода для первого перепла­ва;

2. плавка расходуемого электрода и получения слитка первого переплава;

3. подготовка слитков первого переплава ко второму перепла­ву;

4. плавка расходуемого электрода (слитки первого переплава) и получение слитка второго переплава;

5. механическая обработка и контроль качества слитка.

Расходуемый электрод для первого переплава изготавливают из шихтовых материалов путем их прессования с целью получе­ния компактного электрода требуемого размера. Шихтовые мате­риалы состоят из губчатого титана, легирующих компонентов и титановых отходов.

Для получения слитка заданного химического состава в шихту вводят в зависимости от марки сплава следующие легирующие элементы: алюминий, марганец, молибден, ванадий, цирконий, хром, олово, кремний, железо и др. (составы сплавов приведены в гл. 11). Физические свойства этих элементов и в первую оче­редь такие, как температура плавления, плотность, упругость пара, в большинстве случаев существенно отличаются от аналогичных свойств титана. Поэтому введение легирующих элементов в ших­ту в чистом виде может привести к получению слитка с недопус­тимой химической неоднородностью. Так, в ряде промышлен­ных сплавов в качестве легирующего компонента содержится молибден (температура плавления 2620 °С, плотность 1020 г/см³). Если в шихту вместе с титановой губкой вводить куски чистого молибдена, то при плавке он практически не растворится в жид­ком титане. В процессе плавки торец расходуемого электрода нагревается до температуры плавления титана 1665 °С, и капли жидкого титана стекают в ванну (рис. 181). Молибден при этом не расплавляется на торце расходуемого электрода и в виде твер­дого куска падает в ванну. Так как плотность его значительно выше плотности жидкого титана, то кусок молибдена опускается на дно ванны, в нижней части которой жидкий титан затвердева­ет. Молибден, не успев раствориться в жидком титане, остается в виде включения в слитке. Второй переплав полученного слитка также не приводит к растворению молибдена. Поэтому молибден и целый ряд тугоплавких и других элементов вводят в шихту в виде лигатур. Для получения слитка более однородного химичес­кого состава лигатуры не должны существенно отличаться от ти­тана по температуре плавления. Если температуры плавления лигатуры и титана близки, то расплавление лигатуры происходит на торце расходуемого электрода. В этом случае легирующий ком­понент будет равномерно распределяться по объему жИдкой ван­ны. Поэтому все элементы, значительно отличающиеся по тем­пературе плавления титана, вводятся в шихту в виде лигатур (воль­фрам, молибден, алюминий, олово и др.). Элементы, имеющие близкую к титану температуру плавления, вводят в шихту в виде технически чистых металлов.

Первый переплав расходуемого электрода. Отпрессованный электрод загружают в печь. После герметизации и откачивания воздуха электрод приваривают к огарку. Проверяют величину натекания и давления в печи и при соответствии их норме начи­нают плавку.

Оптимальное соотношение между диаметром расходуемого электрода и внутренним диаметром изложницыподдерживать в пределах — 0,84...0,86.

После зажигания дуги в течение 25...30 мин плавку ведут на пониженной мощности во избежание прожога поддона. После появления первых порций жидкого металла силу тока на дуге и напряжение увеличивают до номинальных значений: 35...37 кА и