Эта группа печей характеризуется чрезвычайно широким распространением в черной, цветной металлургии, в машиностроении и в других отраслях промышленности. В зависимости от назначения литейные печи имеют разнообразные конструкции. Работают печи только для производства простых отливок, в других печах производят литье по выплавляемым моделям, наконец, в-третьих осуществляется центробежное литье.

В вакуумных литейных печах отливают детали турбин авиационных двигателей: лопасти, направляющие диски, клапаны и другие детали из жаропрочных сплавов.

Литейные печи характеризуются высокой скоростью расплавления. Они, как правило, обслуживаются генераторами повышенной мощности. Так, например, печь емкостью 22 кг имеет генератор мощностью 200 кВт, в то время как обычная вакуумная индукционная печь такой же емкости обслуживается генератором мощностью 50 кВт. Оптимальным условием работы печи следует считать работу, когда продолжительность дегазации и плавления одинаковы. В отличие от обычных плавильных печей литейные печи работают на заранее выплавленной подготовленной заготовке. В некоторых печах шихтовая болванка захватывается специальным пневматическим зажимом, который вводит ее в тигель и автоматически ссвобождается, когда заготовка касается дна тигля.

В других случаях применяют загрузку тигля, стоящего в горизонтальном положении, в случае, если шихта состоит из слитков различного размера. В литейных печах стационарного типа емкостью от 1 до 100 кг можно заливать как одну, так и несколько форм (до 40). Заливка осуществляется через специальную воронку объемом на одну форму. Литейные печи характеризуются большой скоростью литья до 3 кг/мин и низким давлением при плавке - около 10 -4 мм рт. ст.

Важным вопросом является быстрая и непрерывная заливка формы без перерыва струи со скоростью от 1 до 5 кг/с. В этом случае тигель не имеет сливного носка. Ось вращения тигля располагается в зависимости от отношения диаметра к высоте тигля \ и обычно находится посередине высоты тигля и при заливке!формы сдвигается внутрь по отношению к оси тигля.

Проблемой для литейных печей является сохранение тепла формой. Предварительно подогретая форма должна иметь хорошую теплоизоляцию и загружаться в контейнер с горячим огнеупорным материалом или ставиться в подогреваемое устройство вакуумной индукционной печи.

Уже сейчас габариты отливок достигают сотен миллиметров и проектируются печи для отливок размером более 1 м. Практика литейного вакуумного производства признает в настоящее время технологию только переплава готового металла без легирования в вакууме или использования свежих шихтовых материалов.

Американская фирма «Хайнесс стеллит» имеет цех, состоящий из 450-кг вакуумных индукционных печей и отделения малых вакуумных печей. В крупных печах выплавляют шихтовую заготовку, которая должна содержать основные составляющие шихты. В течение этого переплава происходит основное раскисление и дегазация металла. Во вторичном переплаве в вакууме в печах меньшего размера окончательно корректируют состав металла и достигают желательной степени рафинирования его от примесей цветных металлов. Продолжительность второй плавки не превышает 15-30 мин. Затем шихтовую заготовку используют в литейных печах.

В литейном деле большое внимание уделяют чистоте тигля вакуумной индукционной печи. Печи периодического действия после каждой плавки необходимо тщательно очищать, так как остатки металла в тигле окисляются и загрязняют последующие плавки. В настоящее время и здесь наметилась тенденция использования принципа полунепрерывной работы.

Кроме стационарных, используют и литейные печи с центробежной отливкой, которая имеет преимущество при отливке деталей с неравномерным распределением массы по объему и деталей с тонкими сечениями.

Применяют центробежную отливку для изделий из цветных сплавов, содержащих медь, в том числе для ювелирных.

Установки центробежного литья бывают двух видов:

1. Тигель и форма располагаются на одной оси вращения с уравновешиванием контрвесом на малых установках.

2. Форма располагается над тиглем и после окончания плавки тигель выдвигается вверх из индуктора, так, что форма и тигель могут быть приведены во вращение в горизонтальном направлении, и металл будет заполнять форму.

В этих печах тигли изготавливаются из графита или кварца, которые непригодны для сплавов на железной или никелевой основе, выплавляемых в корундовых тиглях. Большие установки для центробежной отливки имеют коллектор, в который металл заливают из печи, а потом уже коллектор вращается вместе с формой. Заливка может производиться при наклоне тигля, а также и через его дно.

В конструкциях зарубежных литейных печей применяют корпуса квадратной или прямоугольной формы, закрываемые обычными дверцами с вакуумным уплотнением.

Английская литейная вакуумная печь емкостью 25 кг с прямоугольной плавильной камерой состоит из трех отделений: загрузочной камеры, плавильной и камеры изложницы. Плавильная камера имеет высоту 975, ширину 825 и длину 575 мм. Камера загрузки представляет собой трубу, приваренную сбоку печи. При помощи штанги загружают в тигель болванки диаметром 100 и длиной 350 мм. Камера изложниц расположена снизу. Она имеет дверцу, через которую устанавливают изложницы. В положение для разливки изложницы подают пневмоштоком.

Для получения более крупных отливок массой 160-225 кг используют печь полунепрерывного действия, состоящую из трех последовательно расположенных камер: нагрева форм, плавильной, разливочной и охладительной. Загрузку печи производят сверху при помощи шлюзового приспособления. Здесь же находится ковш чайникового типа с электроподогревом. В камеру нагрева литейные формы передаются цепочным конвейером, где подогреваются до 926-1040° С. Далее формы, закрытые крышками с металлическими прокладками, следуют в камеру печи. Крышки перед заливкой снимают электромагнитным приспособлением.

Литейная печь фирмы «Бальцерс» емкостью 25 кг полунепрерывного действия. Болванки диаметром 100 и длиной 500 мм загружают в тигель сверху через шлюз. С торца имеется шлюзовая камера для форм размером 300x200 и высотой 400 мм.

В этой печи 15 кг металла расплавляется за 10-15 мин. Общие размеры установки 5000x2500, высота 2000 мм, масса 2,7 т. Электропитание от генератора 100 кВт частотой 2000 Гц и напряжением 250 В.

Данные по серийным отечественным печам для литья представлены в табл. 31.

Схема типовой печи дана на рис. 77. Печь имеет цилиндрический корпус с подвижной и неподвижной разъемными частями. Неподвижная часть состоит из кожуха с трубчатым водяным охлаждением, с верхней плоской водоохлаждаемой крышкой, на которой размещен радиационный пирометр, термопара погружения, устройство для осаживания шихты и смотровые устройства. Подвижная часть представляет собой сферическую крышку, на которой расположен коаксиальный токоввод, индуктор и механизм наклона.

Крышка откатывается в сторону с помощью механизированной тележки. На индукционной печи стационарно, под углом 90° к оси тигля помещен кронштейн для формы. Механизм наклона обеспечивает возможность разливки за 2,5-24 с. Он расположен на внешней стороне сферической крышки и состоит из электропривода, редуктора, электромагнитного тормоза и зубчатой передачи. Механизированная тележка имеет раму с тремя ходовыми колесами. В печах полунепрерывного действия имеются шлюзовые камеры загрузки и форм.

Камера загрузки расположена на крышке печи сверху, на неподвижной части печи и отделяется затвором ДУ-260. Она представляет собой цилиндр, внутри которого находится барабан. На барабане наматывается трос, опускающий и поднимающий загрузочную корзину. Барабан приводится во вращение электромеханическим приводом. Камера имеет также ручной подъемно-поворотный механизм для ее подъема и отвода в сторону.

Камера форм представляет собой прямоугольный водоохла-ждаемый корпус, закрываемый с торца крышкой, на которой смонтирован реечный механизм перемещения тележки с формой и электромеханический привод. Она расположена на боковой стороне неподвижной части плавильной камеры и отделена от нее затвором ДУ-900.

Более крупные печи ИСВ-0,06НФ и ИСВ-0,16НФ емкостью 60 и 160 кг имели разливочные камеры, располагавшиеся ниже плавильной. Внутри разливочной камеры имеется поворотный стол и два механизма для перемещения форм. Один для загрузки форм на стол, другой для подачи форм под разливку.

Для центробежного литья спроектирована печь ИСВ-0,12. Разливочная камера этой печи оборудована центробежным устройством со скоростью вращения при заливке от 30 до 350 об/мин. Разливку можно производить только в одну форму. При необходимости разливки в несколько форм их подают в разливочную камеру поочередно. Недостаток конструкции печи в том, что при смене форм приходится разгерметизировать камеру форм.

Таблица 31 ХАРАКТЕРИСТИКА ВАКУУМНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ ЕДИНОЙ СЕРИИ ДЛЯ литья

Периодические печи

Примечание. Мощность генератора 100 кВт, напряжение 400 в, частота 2400 Гц.

Печи периодического действия

В недалеком прошлом вакуумные индукционные печи в основном были периодического действия. В настоящее время печи периодического действия стали уступать печам полунепрерывного действия. Однако в связи с появлением дуплекс-процессов (работа печей на жидкой завалке, вакуумно-индукционная обработка жидкой стали) наблюдается повышение интереса к конструкциям печей периодического действия, более простым и компактным.

В Западной Европе большой популярностью пользуются печи фирмы «Бальцерс» с откатывающимся в сторону корпусом. Емкость подобных печей составляет от 300 до 3000 кг. Открытое положение тигля при убранном корпусе позволяет легко обслуживать печь и производить любые операции по загрузке как твердой, так и жидкой шихты.

Подобная печь емкостью 800 кг с генератором 450 кВт установлена в Англии на заводе фирмы «Росс и Кафералл» для выплавки заготовки никелевых сплавов для литейных печей.

Достаточно простую конструкцию имеет печь, описываемая Хэдсоном. Корпус печи диаметром 6 м вмещает тигель емкостью 6 т, что позволяет иметь производительность установки около 4000 т/год. Корпус на месте сварен из углеродистого листа толщиной 16 мм. Высота корпуса 12 м при объеме 350 м3. Охлаждение корпуса поверхностное - брызгальное. Генератор печи 1200 кВт позволяет вести расплавление со скоростью 1 т/ч. Футеровка тигля набивная.

Еще более простым является использование обычной индукционной печи для плавки в вакууме . Индукционную печь емкостью 3 т сверху закрывали крышкой, вакуумплотно присоединенной к корпусу, который окружал тигель. Индуктор печи оставался снаружи. В такой печи не удавалось получать низкие давления. Во время плавки давление составляло 0,3 мм рт. ст. Однако для обезуглероживания нержавеющей стали и для удаления водорода из жидкого металла такое разрежение оказалось достаточным. Возможно, что для решения простых задач повышения качества сталей некоторых марок печи подобной конструкции окажутся вполне пригодными.

Подобные вакуумные индукционные печи с отливкой на воздухе емкостью до 5 т выпускают в Японии. Стоимость печей составляет половину стоимости печей, в которых осуществляется весь процесс плавки и отливки слитка в вакууме. Схемы работы таких печей представлены на рис. 78: печи с откатывающимся (рис. 78, а) и с наклоняющимся корпусом (рис. 78, б).

Наконец, наиболее сложной, с нашей точки зрения, из печей периодического действия является печь, установленная на заводе «Келси-Хейс» (США) емкостью 2,5 т, имеющая два генератора по 550 кВт, что позволяет вести расплавление в ней с высокой скоростью 1,5-1,7 т/ч. Плавильная печь расположена в отдельной камере. Камера жестко соединена с индуктором так, что разливка металла производится путем наклона всей камеры печи с помощью крана. С одной стороны вертикально расположенный

корпус камеры через поворотное уплотнение связан с трубопроводом, идущим к вакуумным насосам. С другой стороны также при помощи вакуумного поворотного уплотнения камера печи соединена с камерой изложниц. Внутри этого патрубка проходит сливной желоб, по которому металл при наклоне печи попадает в камеру изложниц и разливается по изложницам, установленным на вращающемся поворотном столе. Производственная мощность печи 225 т в месяц.

Печи полунепрерывного действия

Из отечественных печей полунепрерывного действия рассмотрим конструкцию печи ОКБ 571Б емкостью 0,5 т.

Эта печь вертикального цилиндрического типа. Сверху она закрывается крышкой, которую снимают мостовым краном после

отсоединения водяных и вакуумных коммуникаций, что требует затраты времени. На крышке установлено шлюзовое приспособление для загрузки шихты при помощи бадьи. Дно бадьи секторное, закрепляемое веревкой или проволокой, которые сгорают при попадании в горячий тигель.

На водоохлаждаемой крышке со сплошным водяным охлаждением расположено шлюзовое устройство для термопары погружения, которое может быть использовано и для отбора проб. Перемещение термопарного штока осуществляется электромеханическим фрикционным приводом. На крышке имеется ломик для осаживания шихты и несколько окон для наблюдения. Окна имеют шиберную защиту, позволяющую менять стекла во время плавки.

В корпусе печи также установлены окна и сальниковое уплотнение для ломика, предназначенного для чистки печи и для удержания шлака при заливке металла в изложницу. Ломик имеет водяное охлаждение. Каркас индуктора выполнен из уголковой нержавеющей стали и стеклотекстолитовых плит.

Он опирается на цапфы, приваренные к корпусу. Наклон печи осуществляется при помощи цепной связи и барабана, вращаемого приводом, помещенным снаружи печи. При наклоне тигля поворачивается и труба токоподвода во вращающемся уплотнении вместе с выводами индуктора. Выводы индуктора стационарно закреплены в текстолитовой плите, вмонтированной в трубу токоподвода. Индуктор печи трехсекционный, изолированный с помощью лака и обмоток стеклоткани. Печь обслуживается генератором мощностью 250 кВт. Для перемешивания металла на основную катушку подают от преобразователя ток частотой 60 Гц.

Разливка металла производится в одну или две изложницы, установленные на тележку. Камера изложниц представляет собой туннель прямоугольной формы, подходящий сбоку к корпусу печи и отсоединенный как от печи, так и от помещения цеха двумя прямоугольными затворами. Механизм перемещения тележки цепной. Сверху над изложницами располагается воронка, центрирующая струю металла.

Конструкция печи ИСВ-0,16 НИ MOl состоит из двух частей: из перемещаемой крышки сферической формы, установленной вертикально на тележке с электромеханическим приводом. На крышке установлен механизм наклона тигля - электропривод, состоящий из двигателя, редуктора, тормоза и командоаппа-рата, обеспечивающего наклон тигля для слива в течение 15- 150 с. Редуктор механизма наклона связан зубчатой передачей с поворотным, вакуумным уплотнением,установленным на патрубке крышки. Корпус печи горизонтальный, сверху на нем имеется камера загрузки с шибером ДУ-380 и корзиной объемом 25 л.

На крышке размещены устройства для осаживания шихты, взятия проб, измерения температуры и смотровые окна.

В верхней части корпуса установлен вспомогательный восьми-секционный дозатор с объемом каждой секции 5 л. В нижней части корпуса расположены рельсы и механизм для перемещения тележки с изложницами. На торцовом днище расположен прямоугольный патрубок, соединяющий через вакуумный затвор плавильную камеру с камерой изложниц.

Камера изложниц прямоугольная. Внутри нее расположены рельсы и механизм перемещения тележки с изложницами. Перемещение тележек осуществляется при помощи электромеханического привода со скоростью 1,9 м/мин. Для удобства обслуживания печь оборудована двумя рабочими площадками, соединенными лестничным переходом. Электропитание печи осуществляется двумя генераторами ВПЧ-100-2400, работающими параллельно.

Наиболее крупные отечественные вакуумные индукционные печи - ИСВ-1,0НИ и ИСВ-2,5НИ. Они аналогичны по конструкции и различаются только емкостью тигля и вакуумной системой. Плавильная камера печи состоит из двух частей. Неподвижная часть представляет собой горизонтально расположенный корпус с глухой торцовой сферической крышкой. Сверху на камере расположен ломик для пробивки мостов, радиационный пирометр, восьмисекционный дозатор (емкость каждой секции 12 л), лоток для сбрасывания присадок в тигель. Интересным является укрепление камеры загрузки с механизмом подъема корзины на поворотной колонне с траверсой. На другом конце траверсы смонтировано устройство для измерения температуры.

Камера загрузки и устройство для измерения температуры могут попеременно устанавливаться над затвором, соединяющим их с плавильной камерой. Для подачи загрузочной корзины имеется рольганг.

На глухой крышке установлен ломик для зачистки тигля. Внутри кожуха находится механизм перемещения тележки с изложницами.

Подвижная крышка расположена на самоходной тележке с электроприводом. На крышке имеются патрубки, через которые осуществляется подвод электропитания и воды.

На кронштейнах внутри печи установлен тигель печи. Индуктор печи четырехсекционный с отпайкой, тигель имеет сигнализатор состояния набивной футеровки.

Камера изложниц прямоугольной формы через затвор 1000 X X3300 соединена с корпусом печи. Рядом с камерой изложниц установлен специальный стенд, который предназначен для установки тележки с изложницами перед их закатыванием в камеру печи и после выхода из печи.

Все три механизма перемещения тележек имеют единый привод от -мотора с редуктором, обеспечивающим скорость перемещения 2,3 м/мин.

Электропитание для печи ИСВ-1,0НИ дают два преобразователя ВГО-500-1000 (по 500 кВт), работающих параллельно. Печь ИСВ-2,5 питается от преобразователя ВГВФ-1500-1000 (мощностью 1500 кВт). Схема печи приведена на рис. 79.

На одном т наших заводов работает печь фирмы «Гереус» емкостью 1,2 т. Эта печь имеет горизонтально расположенный цилиндрический корпус с откатывающейся крышкой, на которой установлен индуктор с тиглем. Поэтому при открывании печи нет необходимости отсоединять вакуумные, водяные и электрические коммуникации.

Туннель со шлюзовой камерой для изложниц подходит к печи сбоку. Вакуумная система состоит из трех двухроторных насосов со скоростью откачки 7000, 2000 и 1000 л/с, и двух бустерных насосов по 4500 л/с и соответствующих механических форвакуум-ных насосов.

На корпусе печи непосредственно над тиглем установлено устройство револьверного типа, позволяющее поочередно устанавливать камеру загрузки, ломик, термопару или пробник. Устройство отделено затвором от корпуса печи. Напряжение на индукторе 600 В, частота 1000 Гц.

Еще большую емкость (7 т) имеет печь фирмы «Карпентер Стил» (США), схема которой приведена на рис. 80. Печь предназначена для выплавки жаропрочных сплавов, нержавеющих, высокопрочных и других специальных сталей, используемых в космической технике, авиационной промышленности и ядерной технике.

Печь имеет вертикальный цилиндрический корпус объемом 226 м3. С обеих сторон к плавильной камере подходит длинный туннель камеры изложниц длиной 17,5 м. Один из туннелей тупиковый, куда перемещают тележки с залитыми изложницами.

В камеру изложниц можно поместить состав длиной до 14 м. Кроме того, изложницы могут устанавливаться и на поворотном столе. Разливка производится в слитки квадратного сечения со стороной 225, 325 и 400 мм, эти слитки отливают на тележках. На поворотном столе отливают более крупные слитки: квадратные- 700x700 мм и круглые диаметром до 625 мм.

Тележки перемещаются гидродвигателем при помощи цепной передачи. Через поворотный стол тележки переезжают по съемному мосту. Наклон печи осуществляется цепями от гидравлического привода. Специальное устройство обеспечивает блокировку наклона печи и положение изложниц под печью, что исключает возможность заливки металла не в изложницу.

Крышка печи откатывается в сторону по рельсам, поднимается и устанавливается на корпусе при помощи четырех домкратов. На крышке расположена площадка и кабины для управления процессом плавки. Основную шихту в первой плавке загружают кранами в открытую печь, подвалку осуществляют через дозатор. В последующих плавках загрузку печи ведут через камеру за-

Рис. 80. Схема печи фирмы «Карпентер стил» емкостью 7,5 т: 1 - передвижная крышка; 2 - камера шихты; 3 - пульт управления; 4 - механизм перемещения тележки с изложницами; 5 -- индукционная печь; 6 - вращающийся стол; 7 - подъемник для изложниц

грузки. Мощность печи 1500 кВт, средняя скорость плавки металла 3,2 т/ч. Особенностью токоподвода является то, что ток подводится с двух сторон по центральной оси печи через полые цапфы к клеммам индуктора. Годовая производительность печи 40 800 т.

Более крупная печь подобного типа рассчитана на 15 т для отливки слитков высотой до 4,2 м. Печь имеет две камеры: печную диаметром 4,8 и высотой 7,2 м и разливочную. Камеры сообщаются между собой через шибер диаметром 900 мм, через который проходит разливочный желоб. Разливка производится через промежуточную воронку или ковш.

Внутри камеры изложниц движется на рельсах ковш-воронка. Ковш подводится под сливной желоб. Тележка с изложницами подкатывается под воронку. Корпус печи состоит из трех секций: днища, центральной части и крышки, которую снимают краном. Для смены тигля и токоподвода, ремонта индукторов и т. п. вся центральная секция печи также может быть заменена. Тигель наклоняется гидравлическим способом и в случае необходимости может быть полностью опрокинут в обратную сторону.

Первоначально в тигель помещается около 50% массы завалки. Остальное подается при помощи загрузочного устройства, стоящего на крышке и отделенного от камеры печи шибером 1200 мм. Масса шихты в бадье до 2 т. Подача бадей производится на тележках через боковую дверцу. Внутри загрузочной камеры может быть подвешено две бадьи.

Туннель для изложниц прямоугольный 3X8 м, длиной 12 м. Движение тележки осуществляется зубчатой рейкой и шестеренным сцеплением. Верхний ковш-воронка может вмещать 15 т металла. Тележка для изложниц имеет чугунный поддон шириной 1,8 и длиной 5,4 м. Поддон может быть поднят в случае необходимости отливки более коротких слитков.

Питание печи осуществляется от генератора мощностью 3000 кВт частотой 180 Гц и от двух трансформаторов, работающих по триплерсхеме; в случае необходимости мощность может быть увеличена до 4200 кВт.

Вакуумная система состоит из двух паро-водяных эжекторов. Вход в первую ступень диаметром 1050 мм. Один эжектор подсоединен к корпусу печи через шибер 1500 мм, другой через такой же шибер к камере изложниц.

Самыми производительными вакуумными индукционными печами являются печи, работающие на жидкой завалке.

Первая крупная печь емкостью 27 т на жидкой завалке была впервые пущена в производство на заводе фирмы «Латроб стил» "(США). В этой печи был применен новый принцип работы на жидком металле, выплавленном в обычном сталеплавильном агрегате. Кроме того, печь может работать и на твердой шихте. Процесс этот получил наименование «Термивак».

Плавильная камера печи цилиндрической формы, вертикальная, имеет диаметр 6,6 и высоту 7,2 м. Ее объем 627 м3. Сверху

камера закрывается крышкой, которая способна выдерживать ковш с жидкой сталью массой 40 т. Заливка жидкого металла в печь осуществляется из ковша, имеющего специальный присоединительный фланец.

Струя жидкого металла из ковша попадает в специальную трубу, которая ограничивает разбрызгивание стали. Труба для заливки жидкого металла (рис. 81) состоит из трех частей, общая длина которых 1500 мм. Каждая секция внутри имеет коническую форму.

Такая конфигурация предохраняет поток стали от слишком сильного разбрызгивания и от выбрасывания жидкого металла в камеру печи. После выливания из трубы поток разделяется на мелкие капельки. Внутренняя часть трубы выложена набивным обожженным огнеупорным материалом Церох-200, наружный цилиндрический слой изготовлен из высокоглиноземистых литых огнеупоров. Все огнеупорные части окружены металлическим кожухом. Сообщается, что скрапина, наваривающаяся на поверхность трубы изнутри, легко удаляется. После разливки металла труба пневматическим устройством отводится в сторону.

Для предотвращения от попадания шлака и воздуха в тигель вакуумной индукционной печи в конце выпуска стали из ковша в стенке разливочного ковша на определенном уровне от его днища устанавливается графитовый датчик. Втулку стопора также выполняют из смеси графита и огнеупорных материалов. При прохождении электрического тока через датчик в стопор в момент, когда уровень шлака перекроет датчик, ток резко снижается, что приводит к срабатыванию механизма, управляющего стопором. Металл в тигель заливают со скоростью 4,1-4,5 т/мин.

Для присадки или загрузки в печь твердой шихты служит камера загрузки: диаметр камеры 900, высота 2400 мм. Камера может отодвигаться в сторону по рельсам для установки на ее место ковша с жидкой сталью. Камера имеет боковую скользящую дверцу, в которую вкатывают бадьи с шихтой, емкость бадьи 0,81 м3. Внутри камеры бадьи подвешивают на специальном механизме, который может быть использован также для подвески термопары погружения или пробника.

Труба для заливки жидкого металла и корзины с шихтой проходят через шибер с диаметром условного прохода 900 мм, который имеет специальную защиту от перегрева и от затекания стали через стопор ковша.

Внутри плавильной камеры могут быть установлены тигли различной емкости. Параметры тиглей и индукторов приведены в табл. 32.

Катушка индуктора окружена магнитным ярмом, которое обеспечивает ее жесткость. В футеровке тигля замурована сигнализация, контролирующая перегрев футеровки выше опасного предела.

Наклон тигля производится при помощи двух секторов, расположенных по бокам каркаса печи. Секторы вращаются цепями, наматываемыми на барабан с гидравлическим приводом.

Ниже камеры печи расположена камера изложниц длиной 26,4, шириной 2,4, высотой 5,4 м, объем камеры изложниц 517 м3. Камера изложниц позволяет использовать изложницы высотой до 4,5 м. Такие высокие изложницы необходимы для отливки электродов для вакуумных дуговых печей.

Изложницы устанавливаются на трех грузовых каретках, каждая из которых имеет грузоподъемность 85 т и длину 5,2 м. На

каретке имеется поддон с регулируемой высотой подъема, что обеспечивает применение изложниц различной высоты. Перемещение кареток производится цепью с гидравлическим приводом.

Разливка металла из тигля производится через промежуточное разливочное устройство, имеющее стопоры для регулирования скорости разливки. На случай выхода из строя основного стопора имеется дополнительная аварийная воронка.

Печь питается от силовых трансформаторов мощностью до 2400 кВт, работающих на частоте тока 60 Гц. Средняя продолжительность плавки на твердой шихте 8-9 ч. Напряжение на индукторе 600 В, регулирование осуществляется восемью ступенями напряжения. Электропитание обеспечивает скорость плавления твердой шихты во всех трех типах тиглей от 2,7 до 3,15 т/ч.

Вакуумная система состоит из паро-водяного эжектора, который обслуживает в качестве вспомогательного насоса диффузионные насосы. Он включается при заливке и разливке, когда происходит наиболее интенсивное газовыделение. Эжекторный насос имеет четыре ступени, питаемые от специального котла производительностью 7,65 т пара в час. Производительность насоса 81 кг сухого воздуха в час. До давления 0,5 мм рт. ст. печь откачивается за 20 мин.

Группа диффузионных насосов состоит из двадцати небольших насосов с диаметром входа 400 мм. В холодной печи обеспечивается разрежение 0,001 мм рт. ст., в горячей 0,01 мм рт. ст. При заливке жидкого металла давление составляет 0,2 мм рт. ст. Натекание на холодной печи 12 мкм/ч, или 1840 л-мкм/с.

Скорость откачки печи составляет при 0,01 мм рт. ст. 3100 м3/мин. Общая мощность подогревателей насосов 850 кВт. Третью ступень составляют два механических насоса, обеспечивающих при 0,5 мм рт. ст. откачку газа со скоростью 13,5 м3/мин. Применение большого числа насосов позволяет легко устранять возникающие в них неполадки, отключая отдельные группы насосов, поскольку каждый из них подсоединен индивидуальным трубопроводом к общему вакуумпроводу диаметром 1,8 м.

Еще более совершенной является установка на заводе фирмы «Циклоп стил».

На рис. 82 показан план цеха, в котором расположена вакуумная индукционная печь, рассчитанная на работу по твердой завалке на 30 т. Длина цеха 97, ширина 44 м. В цехе проходит железнодорожный путь, по которому подается необходимая шихта. Высококачественный скрап подвергается специальной разборке по группам и анализу. В печи для прокаливания скрап очищается от влаги и масла. Шихтовые материалы подаются на рабочую площадку печи, расположенную на уровне 9 м над полом цеха. Здесь скрап грузится в специальные контейнеры и на тележках подается к печи. Хотя печь может работать и полунепрерывным процессом, однако шихта может загружаться в нее и при откате в сторону верхней половины печи. По сравнению с печью фирмы

«Латроб стил» корпус этой печи меньше: диаметр 5,4, высота 7,8 м. Имеется шесть смотровых окон диаметром 1500 мм и специальное устройство для осмотра внутренних частей тигля. Основная часть шихты в открытую печь может быть загружена корзиной емкостью 7,5 т, а при работе полунепрерывным процессом коробами по 5,5 т. Более мелкие добавки дают в навесках по 0,5 т.

В начале плавки в тигель загружают свежую шихту, после рафинирования дают отходы производства и затем титан, алюминий и др.

Рис. 82. Планировка "вакуумного цеха фирмы «Циклопе стил» с 30-т вакуумной индукционной печью:1 - отделение набивки тиглей и футеровки ковшей; 2 - пневмопочта в химическую лабораторию; 3 - поворотный стол; 4 - отделение обжига скрапа; 5 - очистка скрапа; 6 - закрома для скрапа; 7 - отбор проб скрапа; 8- управление цехом вычислительный центр; 9 - участок стрип-перования изложниц и ремонта; 10 - насосы; 11 - паровой котел; 12 ~ участок подготовки добавок и легирующих; 13 - печной участок; 14 тележка для загрузочных бадей; 15 - туннель для изложниц; 16 - индукционная вакуумная печь

В конструкции печи фирмы «Циклоп стил» значительно усовершенствована камера для разливки. Она сделана в два этажа (рис. 83). Известно, что отливка металла через носок печи непосредственно в изложницу может сопровождаться попаданием частичек шлака и других загрязнений в тело слитка. Такой метод «прямой» разливки представляет собой резкую противоположность отработанным методам разливки слитков стали на воздухе через специальный разливочный ковш со стопорным устройством. Нахождение металла в ковше позволяет отделить некоторую часть загрязнений путем их всплывания, а применение стопорного механизма - организовать разливку по нужному режиму. Если при разливке металла из печей небольшой емкости применение дополнительных разливочных устройств вследствие неблагоприятного соотношения объема металла и поверхностей контакта с огнеупорами является дискуссионным, то при отливке больших порций металла в 15-30 т применение дополнительных разливочных устройств оправдано и необходимо. В данной печи над изложницами, стоящими на тележках, расположен дополнительный рельсовый путь, по которому может перемещаться 30-т разливочный ковш со стопором или разливочная воронка со стопором. Разливка может происходить из неподвижно стоящего ковша или воронки в перемещающиеся под ними изложницы. Предусмотрено также и перемещение ковша с металлом над неподвижными изложницами. Этот вариант применяется для отливки слитков, он более предпочтителен, так как не происходит вибрации жидкого металла еще не застывшего в изложнице и не нарушается нормальный процесс кристаллизации.

Рис. 83. Схема разливки металла из 30-т печи фирмы «Циклопе стил»: а - общий вид: 1 - 30-т ковш; 2 - шибер 1200 мм; 3 - подогреватель разливочного ковша; 4 - корзины с шихтой; 5 - площадка управления печью; 6 - панель управления; 7 - подогреватель промежуточных воронок; 8 - разливочный ковш; 9 - промежуточный желоб для разливки; 10 - двери в камеру разливки; 11 - пульты для управления разливкой; 12 - изложницы; 13 - тележка для изложниц; 14 - камера разливки; б - вид на печь сбоку: 1 - передвижная камера загрузки с корзиной; 2 - платформа для камеры загрузки; 3. - подача корзин с шихтой; 4 - к вакуумной системе; 5 - конденсаторная батар&я; 6 - трансформатор; 7 - 30-т печь; 8 - панель управления; 9 - желоб; 10 - камера желоба 11 - пульт наблюдения за разливкой; 12 - 30-т разливочный ковш; 13 - смотровые окна; 14 - камера изложниц

Перемещение изложниц под неподвижно стоящей воронкой используется при отливке электродов для ВДП массой от 2,7 до 15 т.

Металл в воронку или ковш подается из печи через специальный желоб, который проходит сквозь патрубок с шибером диаметром 900 мм. Верхняя часть туннеля изложниц имеет двери для выката ковша или воронки из вакуумной камеры для их подогрева. Перед установкой в печь ковш и воронку подогревают до 930-980° С, к началу разливки температура понижается до 650- 700° С. По длине камеры изложниц расположен 21 пост для наблюдения за разливкой и управления ею.

Необходимо отметить, что вся гигантская установка обслуживается всего двумя мастерами. Обслуживание во многом облегчается установкой двух панелей управления: около верха печи и на пульте и двух ЭВМ. При помощи вычислительных устройств для сплава заданной марки рассчитывают, исходя из имеющихся материалов, состав шихты и навеску. После расплавления металла берут пробу, которую по пневмопочте посылают в лабораторию завода, находящуюся на расстоянии IJ1км. Почта проходит это расстояние за 3 мин. После получения анализа ЭВМ рассчитывает необходимые легирующие добавки.

В цехе имеется один кран на 80 т, при "помощи которого из камеры печи может быть удален тигель печи вместе с жидким металлом в случае аварии при разливке. Кроме того, этот же кран используют для установки на печь ковша с жидким металлом.

Производство и поставка вакуумных индукционных печей по России и странам СНГ

В настоящее время спрос на сталь и сплавы особого назначения для аэрокосмической, авиационной, атомной и энергетической промышленности стремительно растёт. В этих сферах промышленности зачастую требуются всё более высокие значения по прочности, чистоте и другим свойствам металла.

Для того, чтобы решить задачу по повышению качественных свойств выплавляемых металлов, компания “МетаКуб” готова предложить технологии, основанные на инновационных способах выплавки, для получения стали и сплавов с особыми технологическими свойствами. К таким способам относится вакуумная индукционная плавка.

Необходимость в создании вакуумных индукционных печей возникла в связи с необходимостью внедрения в промышленное производство высокореакционных и тугоплавких металлов, таких как: цирконий, титан, ниобий, бериллий и молибден, а также тантал, вольфрам, уран и ряд других. Особенностью таких металлов является то, что они интенсивно окисляются при нагреве на воздухе, и поэтому плавку необходимо вести в вакууме.

Особенности вакуумных индукционных печей

Технология вакуумной индукционной плавки позволяет получать высокоочищенные металлы в бескислородной атмосфере. При использовании вакуумных индукционных печей можно получить жаропрочные и высоколегированные стали, прецизионные сплавы. Также в вакуумных индукционных печах можно проводить термообработку и плавление драгоценных и редкоземельных металлов, а также варку высокосортного спецстекла и использовать их для получения монокристаллов. Во всех случаях получаемый материал на вакуумных печах отличается повышенной чистотой и минимальным угаром.

Большую роль при рафинации в вакуумной индукционной печи играет процесс испарения легкоплавких примесей - свинца, мышьяка, олова и висмута. Высокие качества вакуумного металла отчасти обеспечены очищением сплава от этих примесей, содержащихся в очень малых количествах, что становится невозможным определить их даже совершенными методами анализа. Это необходимо, когда требования к материалу достаточно высоки и полученный спецсплав должен отвечать определенным свойствам.

Также достоинством вакуумных печей является способность получать монокристаллические и мелкозернистые структуры металлов. При этом свойства получаемого материала можно прогнозировать.

Рабочая температура печей - до 2200-- градусов.

• Возможность длительной выдержки жидкого металла в глубоком вакууме;
• Высокая степень дегазации металлов;
• Возможность производить дозагрузку печи в процессе плавки;
• Возможность 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) за счет чего увеличивается производительность;
• Высокая гомогенность расплава за счет активного перемешивания металла;
• Произвольная форма сырья (кусковые материалы, брикеты, порошок и т.д.)
• Высокая экономичность и экологическая чистота.

Конструкция вакуумных печей

представляет собой высокочастотную печь из огнеупорного тигля, помещенную внутри индуктора, который в свою очередь располагается внутри герметичного корпуса, из которого вакуумными насосами выкачиваются газы. Тигель вакуумных печей производят из порошкообразных высокоогнеупорных материалов набивкой в индукторе по шаблону. Вакуумные индукционные печи являются механизированными агрегатами. Розлив металла может происходить либо поворотом печи внутри камеры, либо поворотом самой камеры в целом. Вакуумная индукционная плавильная печь позволяет независимо выполнять следующие операции: регулировать температуру расплава, изменять давлении внутри камеры, производить перемешивание расплава, а также добавлять другие элементы в расплав.

Модульный принцип построения вакуумных печей позволяет достигать повышенную компактность печи, а также возможность присоединения дополнительных модулей - камеру разгрузки, разливки, а также съема получаемых изделий.

Конструкция современных вакуумных индукционных печей позволяет устанавливать изложницы и выгружать из них слитки без нарушения вакуума в печи. Вакуумные индукционные печи чаще всего являются автоматизированными устройствами. Загрузка шихты, введение добавок и присадок, разливка металла осуществляются с использованием электрического или гидравлического привода.

Купить вакуумную индукционную печь по низкой цене - Компания “МетаКуб”

Компания “МетаКуб” готова предложить Вам широкий выбор вакуумных индукционных печей по низким ценам с поставкой и вводом в эксплуатацию по России и странам СНГ. Наша компания имеет огромный опыт поставки различного металлургического оборудования на предприятия России, Казахстана, Беларуси и других стран СНГ.

Вакуумные плавильные печи используются для получения металлов и сплавов высочайшего качества. Низкое давление в пространстве рабочей камеры позволяет резко снизить содержание газов в слитке без применения защитных сред.

Область применения индукционных печей

Вакуумные печи используются во многих технологических процессах:

плавка металлов и сплавов: тугоплавких, жаропрочных, высоколегированных;

спекание изделий из легкоокисляющихся металлов;

дегазация жидких металлов и других материалов;

термообработка металлов (закалка, отпуск, отжиг);

нанесение покрытий посредством осаждения испаряемых металлов и пр.

Основные типы вакуумных печей

Наиболее распространенными видами вакуумных печей являются:

дуговые: применяются для выплавки нержавеющих, электротехнических и других высококачественных сталей, тугоплавких металлов (титан, цирконий, тантал и пр.);

плазменные: предназначены для плавления высокореакционных и тугоплавких металлов;

индукционные: их можно отнести к оборудованию широкого применения. Наибольшее распространение получили вакуумные плавильные индукционные печи с наклоняемым тиглем. Их используют на крупных металлургических заводах для плавки качественных и высоколегированных сталей и их разливки в изложницы.

Стандартные типоразмеры плавильных печей

По габаритам вакуумные плавильные печи делятся на лабораторные (емкостью до 50-100 кг) и промышленные. Однако подобная классификация весьма условна: существует множество моделей промышленного значения с рабочим объемом всего в 10-20 кг.

Принцип действия индукционных промышленных печей

Несмотря на конструктивные особенности разных видов вакуумных плавильных печей, работают они по единому принципу: в огнеупорном тигле, помещенном в вакуумную камеру, при помощи нагревательного элемента металл расплавляется (или нагревается жидкий), рафинируется и легируется. Процесс завершается отливкой фасонных изделий или простых слитков.

По принципу действия вакуумные плавильные печи делятся на три группы:

полунепрерывного действия;

непрерывного действия;

периодического действия.

Плавильные промышленные печи полунепрерывного действия не требуют систематической разгерметизации. В них меняют изложницы при помощи камер, отделяемых от основной шиберами. Такие же шлюзовые устройства используются и для загрузки печи. Устройства полунепрерывного действия применяются в промышленности. Благодаря их конструктивным особенностям:

огнеупорная футеровка тиглей находится в благоприятных условиях, так как она не подвергается перепадам температур;

отпадает необходимость откачки воздуха перед началом новой плавки, что весьма положительно сказывается на производительности печи;

в камере до минимума сведено образование окислов металлов, а, следовательно, и загрязнение последующей плавки уменьшается.

В плавильных промышленных печах периодического действия шлюзы не предусмотрены. Чтобы вынуть изложницу или загрузить шихту, приходится каждый раз разгерметизировать корпус и открывать вакуумную камеру. По такому принципу работают лабораторные печи.

Главными преимуществами вакуумных печей являются:

экономическая выгода: вместо дорогостоящих инертных газов используется низкое давление в камере;

высокая степень очистки металла;

возможность осуществлять строгий контроль химсостава и температуры расплава на любой стадии технологического процесса;

защита нагревательных элементов от окисления, что позволяет повышать рабочую температуру.

Стоимость вакуумных плавильных индукционных печей и других моделей достаточно высокая, но затраты быстро окупаются в процессе их эксплуатации.

Принцип действия индукционных печей основан на токах, возникающих в расплаве с помощью специальных устройств — индукторов. При этом наведенные токи позволяют достигать температуры плавления в металлах, достигается высокая равномерность расплавов за счет перемешивания. Все элементы расплавов подвергаются вихревому воздействию токов, таким образом происходит движение слоев и достигается максимально возможное смешивание различных присадок и металлов. К основным достоинствам индукционных печей следует отнести простейший ремонт, высокий КПД, возможность получения сплавов, обладающих заданными характеристиками и выполнять термообработку в любом режиме.

Навигация:

Индуктор, помимо создания электрического тока в обрабатываемом металле, воспринимает механические вибрационные и температурные нагрузки, поэтому при проектировании предусматривается необходимая прочность и тугоплавкость как токопроводящей, так и изолирующей части. В качестве изоляции может применяться воздушная прослойка, при этом должно быть обеспечено необходимое расстояние между витками и жесткое закрепление проводника.

Также применяют ленточную изоляцию, которая наносится поверх лакового покрытия. Лента должна обладать хорошими диэлектрическими свойствами, обеспечивающими надежную изоляцию витков.

Другим способом обеспечения необходимой диэлектрической изоляции витков индуктора является применение специального прокладочного материала, устанавливаемого между витками. Крепление прокладок осуществляется с помощью специального клея. Такой способ обычно применяется для изоляции индуктора большой мощности.

Компаундирование также служит для обеспечения нужного уровня изоляции. Данный способ не нашел широкого применения, поскольку индуктор в этом случае очень сложно отремонтировать.

Токопроводящая часть индуктора должна обладать хорошей электропроводностью, снижающей потери мощности. Кроме того, материал, используемый в электрической части индуктора должен быть немагнитным. Для того, чтобы обеспечить максимальную площадь со стороны, обращенной к обрабатываемому металлу и меньшую массу, используются различные сечения с внутренними полостями.

Каркас печи должен обеспечить жесткость всей конструкции и исключить поглощение мощности деталями. В промышленных печах обычно применяется цилиндрический каркас из листов стали со специальными технологическими отверстиями, обеспечивающими свободный доступ к индуктору.

Плавка металла в индукционной печи позволяет точно регулировать температурные режимы, поддерживать необходимую температуру в течение определенного времени. КПД индукционных печей очень высокий, поскольку отсутствуют дополнительно нагреваемые элементы, нагревается только обрабатываемый металл. По экологическим характеристикам индукционные печи являются наиболее безопасными, так как отсутствуют продукты сгорания топлива и вредные вещества, выделяющиеся при других способах плавки.

Индукционные печи применяются для выплавки цветных и черных металлов, закалки, отпуска, отжига, нормализации сталей. Конструктивно индукционные печи бывают канального типа и тигельные. Выпускаются печи, позволяющие производить плавку с доступом воздуха, в определенной газовой среде с избыточным давлением или вакууме.

Помимо цветных металлов, индукционные печи используют для плавки драгоценных металлов. При этом обычно требуется более низкая температура, чем для черных металлов. Плавка палладия в индукционной печи требует окислительной атмосферы, в отличие от других драгоценных металлов.

Выплавка стали в индукционных печах позволяет получать высоколегированные сорта, отвечающие самым жестким требованиям. В некоторых случаях применяется плавка стали в определенной газовой среде или вакууме, что позволяет получать дополнительные качества.

Плавка титана в индукционных печах дает возможность получения слитков или заготовок, обладающих равномерным составом по всему объему. Недостатком плавки в индукционных печах является сравнительно высокое содержание углерода в конечной продукции. Для уменьшения воздействия газов, выплавку титана производят в аргоновой среде или вакууме.

Следует учесть, что плавка влажных или содержащих лед металлов очень опасна, поэтому рекомендуется предварительная сушка. Наличие влаги в рабочей камере печи при появлении расплава вызовет разбрызгивание раскаленного металла, что может повлечь за собой травмы и выход из строя оборудования.

Промышленная печь индукционная

Проектирование промышленных печей осуществляется исходя из требований к технологическому процессу. Проект определяет максимально возможную температуру нагрева, возможность создания определенной газовой среды или вакуума, применение тиглей или канальное устройство рабочей части, степень автоматизации. Промышленные печи должны оборудоваться системами, обеспечивающими максимальную безопасность в процессе работы. Кроме того, так печи работают с применением переменного электрического тока, на мощность печи влияет его частота.

От того, какие температурные режимы требуются, какие виды металлов или сплавов планируется выплавлять, применяют различные виды футеровки. Футеровка индукционных печей может выполняться из огнеупорного материала, содержащего свыше 90% окиси кремния с небольшим количеством других окислов. Такая футеровка получила название кислой и может выдержать до 100 плавок.

Основная или щелочная футеровка изготавливается из магнезита с добавлением других окислов и жидкого стекла. Такая футеровка может выдержать до 50 плавок, в печах большого объема износ происходит намного быстрее.

Нейтральная футеровка применяется чаще других видов и может выдерживать свыше 100 плавок. Наиболее часто она применяется в тигельных печах. Следует учесть, что в результате проведения плавок происходит неравномерный износ футеровки. Таким образом изменяется рабочий объем и толщина стенки футеровки. Больший износ происходит в местах с большей температурой, обычно в нижней части печи.

Так как промышленные индукционные печи работают с большими нагрузками, обмотка индуктора в процессе работы может значительно нагреваться. Для предотвращения негативных последствий перегрева, обычно предусматривается водяная система охлаждения, отводящая излишки тепла от витков индуктора. При проектировании вопрос охлаждения индуктора является одним из важнейших, поскольку от эффективности системы зависит надежность и срок службы всей печи.

Максимально возможная автоматизация процессов термообработки является необходимым условием для нормальной работы промышленных индукционных печей. Правильно подобранная автоматика обеспечит различные режимы, позволяющие наиболее точно выполнить требования технологических процессов.

Производство промышленных печей осуществляется в строгом соответствии с требованиями заказчика и регулирующей НТД. Промышленные печи могут изготавливаться по типовым проектам или индивидуальным заказам. Обязательным условием является аттестация оборудования, которая должна выполняться не реже 1 раза в год.

Лабораторная индукционная печь

Исследования, проводимые с различными металлами и сплавами, требуют создания определенных условий в процессе плавки или термообработки. Индукционная печь лабораторная служит для обеспечения заданных условий, поэтому степень автоматизации такого устройства очень высока. В зависимости от того, какие материалы планируется исследовать, лабораторные печи снабжаются дополнительным оборудованием. Некоторые модели предусматривают возможность плавки при избыточном давлении или вакууме.

В лабораторных печах для футеровки, помимо указанных выше материалов, могут применяться более современные теплоизолирующие материалы, такие как:

корунд, выдерживающий до 300 плавок;

различные термостойкие волоконные материалы;

керамические теплоизолирующие пластины.

К лабораторным печам можно отнести также ювелирные печи, служащие для обработки драгоценных металлов и стоматологические, предназначенные для изготовления протезов. Печи такого типа обычно не предназначены для получения высоких температур и обработки больших объемов металла, поэтому мощность их не высока.

Каркас лабораторных печей обычно имеет форму куба или параллелепипеда. Для изготовления ребер применяют различные немагнитные материалы (дюралюминий, специальная сталь, медь). Элементы каркаса закрываются асбоцементными листами, обеспечивающими дополнительную теплоизоляцию. Для уменьшения нагрева элементов каркаса применяют специальные изолирующие прокладки. Также они служат для предотвращения возникновения блуждающих токов. Крепление индуктора в этом случае осуществляется к верхним и нижним плитам.

Лабораторные индукторные печи, как и промышленные, требуют эффективного охлаждения обмотки. В некоторых моделях достаточно воздушного охлаждения, в работающих с высокими температурами индукторах применяется водяное.

Наличие необходимого уровня защиты от токов индукции в лабораторных печах является необходимым условием, обеспечивающим безопасность персонала. Для обеспечения нужного уровня безопасности, используются специальные электромагнитные экраны. Обычно они изготавливаются из листового алюминия или меди.

Вакуумные индукционные печи (ВИП) предназначены для плавки и рафинирования высоколегированных сталей, жаропрочных и прецизионных сплавов с низким содержанием углерода с таким расчетом, чтобы во время плавки поддерживалось остаточное давление 10-1--10-2 Па. ВИП работают на отходах собственного металлургического производства и чистых металлических материалах. Крупные ВИП иногда вместо твердой завалки используют жидкий полупродукт, выплавленный в других агрегатах (обычно ДСП). По сравнению с другими плавильными установками специальной электрометаллургии ВИП имеет следующие преимущества:

1) жидкий металл можно длительное время выдерживать в вакууме. Это обеспечивает глубокую дегазацию, раскисление и очищение стали от неметаллических включений и примесей цветных металлов;

2) можно выплавлять любые сложные по химическому составу стали и сплавы, наличие электромагнитного перемешивания металла создает благоприятные условия для быстрого растворения легирующих добавок;

3) простота регулирования мощности и дозировки энергии обеспечивает быстрый перегрев металла до требуемого уровня с высокой точностью.

К недостаткам ВИП относятся: загрязнение металла материалом тигля, холодные шлаки, низкая стойкость тигля (20--50 плавок на промышленных печах).

Электрический КПД вакуумной индукционной печи при плавке сталей составляет з = 0,7ч0,8.

В индукционных тигельных печах, к которым относится ВИП, происходит естественная циркуляция расплавленного металла, обусловленная электродинамическими усилиями. Циркуляция металла возникает при взаимодействии вихревых токов, протекающих в жидком металле, с током индуктора.. Равнодействующая сила, направленная от индуктора на металл, приходится на среднюю часть тигля. Это приводит к возникновению в расплаве так называемой двухконтурной циркуляции, когда расплав в верхней части ванны выдавливается вверх, а в нижней -- вниз, образуя самостоятельные контуры движения металла (рис. 55, а). В результате в центре тигля поверхность металла поднимается, образуя выпуклый мениск.

Интенсивное перемешивание металла играет- положительную роль, ускоряя процессы растворения легирующих добавок и выравнивая температуру в объеме ванны. Наличие мениска относится к нежелательным явлениям, так как шлак перемещается к стенкам тигля, способствуя ускоренному разъеданию его футеровки, а в центре металл оголяется, что приводит к увеличению потерь тепла и ухудшению условий протекания реакций между шлаком и металлом. Эффект перемешивания металла возрастает с понижением частоты и снижается при переходе к более высоким частотам.

Электрическое питание вакуумных индукционных печей осуществляется от машинных высокочастотных генераторов,. ти-ристорных преобразователей частоты и ламповых генераторов (применяются на лабораторных печах). КПД машинных генераторов составляет 70-85%, ламповых 50-70%, тиристорных преобразователей 90-95 %.

Особенности конструкции вакуумных индукционных плавильных печей

По Принципу работы вакуумные индукционные печи (ВИП) выполняются двух типов -- периодического и полунепрерывного действия.

Печи периодического действия имеют одну вакуум-камеру, где после эвакуации воздуха производится плавка металла с последующей его разливкой в изложницу или форму. После разливки металла печь разгерметизируют для удаления изложницы со слитком, осмотра и ремонта тигля, загрузки шихты. При этом либо отводится в сторону или снимается крышка корпуса, либо отводится корпус вакуумной камеры. После извлечения слитка, чистки тигля и загрузки в тигель новой порции шихты в вакуум-камеру устанавливают порожнюю изложницу, печь закрывают, производят откачку воздуха и начинают очередную плавку.

Печи полунепрерывного действия имеют три вакуум-камеры: плавильную, загрузочную и разливочную. Иногда разливочная камера заменяется камерой изложницы. Тогда металл разливают в плавильной камере. Загрузочная и разливочная камеры (или камеры изложницы) отделены от плавильной камеры шлюзовыми затворами шиберного типа. Это позволяет проводить, в печи без разгерметизации не одну плавку, а серию плавок, количество которых определяется стойкостью футеровки тигля (одной кампании тигля).

В печах полунепрерывного действия благодаря наличию шлюзовых затворов одновременно с плавкой металла в вакууме в плавильной камере в загрузочной камере при атмосферном давлении устанавливается корзина с новой порцией шихты. В разливочной камере в это же время проводятся операции по извлечению изложниц с залитым в них металлом и установкой изложниц под разливку. Загрузочная и разливочная камеры отделены от внешней среды технологическими затворами шиберного типа. После проведения всех необходимых операций загрузочная и разливочная камеры герметизируются с помощью затворов и из них эвакуируется воздух. Печи полунепрерывного действия получили широкое распространение благодаря ряду преимуществ по сравнению с печами периодического действия - более высокой производительности из-за отсутствия откачки воздуха из плавильной камеры перед каждой плавкой, более высокой стойкости тигля вследствие уменьшения периодического охлаждения и нагрева при разгерметизации плавильной камеры, исключения времени на остывание изложниц или форм перед удалением их из плавильной камеры, уменьшения окисления металла и его загрязнения из-за напуска воздуха в плавильную камеру.

Современная индукционная вакуумная печь полунепрерывного действия вместимостью 2,5 т (ИСВ-2.5-НИ) конструкции ВНИИЭТО показана на рис. 7.

Схема вакуумной индукционной электропечи ИСВ-2.5НИ полунепрерывного действия вместимостью 2,5 т конструкции ВНИИЭТО

Печь состоит из плавильной камеры 1 с цилиндрической частью 8, внутри которой расположен индуктор с тиглем 2 . Наклон печи осуществляется цепным механизмом 3. Загрузочная камера 7 , внутри которой располагается саморазгружающаяся корзина 5 , отделена от плавильной камеры вакуумным затвором 4. Корзина с шихтой 5 перемещается с помощью канатного механизма 6. Печь снабжена восьмисекционным дозатором 9 для загрузки в тигель по ходу плавки раскислителей и легирующих добавок. Для удобства обслуживания печи в верхней части корпуса снаружи установлена площадка 10. Зачистка тигля производится ломиком 11, расположенным на глухой крышке 12. Камера изложниц 13 прямоугольной формы соединена с плавильной камерой через вакуумной затвор. Рядом с камерой изложниц установлен специальный стенд, предназначенный "для установки тележки с изложницами 14 перед их закатыванием в плавильную камеру и после выката их из печи. Печь снабжена самоходной тележкой 15 для отката крышки 16 плавильной камеры 1. Изложницы между плавильной камерой и камерой изложниц перемещаются на тележке с помощью механизма, приводимого в действие от электропривода. Вакуумная система снабжена форвакуумными и бустерными насосами, которые обеспечивают откачку воздуха из плавильной камеры, камеры загрузки, камеры изложниц и дозатора.