Индукционная плавка металла

Содержание Содержание Введение Явление электромагнитной индукции Опыты Фара дея Применение в Металлургии Выплавка стали в индукционных печах Индукционн ые печи промышленной частоты Плавка в пе чи с кислой футеровкой. Плавка в ва куумных индукционных печах. Заключение Используем ая литература: Введение Явление электромагнитно й индукции Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Связь магнитног о поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта фундаментальная задача была блестяще реш ена в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем, открывшим явление электромагни тной индукции. Оно заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, в озникает электрический ток, получивш ий название индукционного. Опыты Фарадея Рассмотрим классические опыты Фарадея, с помощью кото рых было обнаружено явление электромагнитной индукции. Опыт I . Е сли в замкнутый на гальванометр соленоид вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания наблюдаетс я отклонение прели гальванометре (возникает индукционный ток); направле ния отклонений стрелки при выдвигании и выдвигании магнита противопол ожны. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость д вижения магнита относительно катушки. При изменении полюсов магнита на правление отклонения стрелки изменится. Для получения индукционного т ока магнит можно оставлять неподвижным, тогда нужно относительно магни та передвигать соленоид. Обобщая результаты своих многоч исленных опытов, Фарадей пришел к выводу, что индукционный ток возникает всегда, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магни тной индукции. Например, при повороте в однородном магнитном поле замкну того проводящего контура в нем также возникает индукцион ный ток. В данн ом случае индукция магнитного поля вблизи проводника о с тается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур. Опытным путем было также установлено, что значение инду кционного тока совершенно не зависит от способа измене ния потока магнитной индукции, а определяете лишь скоростью его изменения (в опытах Фарадея так же доказывается, что отклонение стрелки гальванометра (сила тока) тем бо льше, чем больше скорость движения магнита, или скорость изменения силы тока, или скорость движения катушек). Применение в Металлургии Выплавка стали в индукционных пе чах В индукционной бессердечниковой печи металл расплавляют в т игле, расположенном внутри индуктора, который представляет собой спира ль с несколькими витками из токопроводящего материала. Через индуктор пропускают ; создаваемый при этом внутри индуктора переменный магнитный поток (рис. 1) наводит в мет алле вихревые токи, которые обеспечивают его нагрев и плавление. Рис.1 Магнитные с иловые линии в индукционной печи 1 Чтобы чрезмерно не увелич ивать мощность питающего печь генератора в схему печи включают конденс аторы, компенсирующие индуктивное сопро тивление индуктора. Как извест но, наличие индуктивного сопротивления в цепи переменного тока вызывае т сдвиг фаз (величина силы тока от стает от величины напряжения), в резуль тате чего снижается коэффициент мощности установки со s (ф). Емкость вызывает обратный сдвиг фаз ; подбирая емкость конденсаторов, добиваются настройки установки в резо нанс, когда угол сдвига фаз ф приближается к нулю, а со s ф к единице, Чем выше частота, тем меньш е требуется емкость конденсаторной батареи. Важной особенностью индукционных печей является инте нсив ная циркуляция жидкого металла, вызываемая взаимодействием элект ромагнитных полей, возбуждаемых с одной стороны токами проходящими по и ндуктору и, с другой, вихревыми токами в металле. Характер циркуляционных потоков показан на рис. 2. Положи тельная сторона этого явления состоит в том, что б лагодаря перемешиванию ускоряются плавление и выравнивание состава и температуры металла, отрицательная — в том, что поверхность металла; по лучается выпуклой и может оголяться, так как шлак стекает к стенкам тигл я. Интенсивность перемешивания приблизительно пропорциональна квадра ту ампервитков (1п)- и обратно пропорциональ на частоте питающего тока. Рис. 2 . Электродинамическая циркуляция металла в тигле индукционной печи. Еще одной особенностью индукционных печей является то, что плотность ин дуктируемых токов достигает максимума на поверхности металла у стенок тигля и снижается по направлению к оси тигля («поверхностный эффект»). В этом поверхностном слое выделяется наибольшее количество тепла, за сче т которого плавится шихта. Толщина слоя металла с большой плотностью инд уктируемых токов обратно пропорциональна корню квадратному из частоты . Индукционные печи имеют следующие преимущества по ср авнению с дуговыми: 1) отсутствуют высокотем пературные дуги, что уменьшает поглощение водорода и азота и угар металл а при плавлении; 2 )незнач ительный угар легирующих элементов при переплаве легированных отходов ; 3) малые габариты печей, позволяющие поместить их в закрытые камеры и вести плавку в вакууме или в атмосфере инертного газа; 4) электродинамическое пе ремешивание, способствующее получению однородного по составу и темпер атуре металла. Основными недостатками индукционных печей являются мал ая стойкость основной футеровки и низкая температура шлаков, которые на греваются от металла; из-за холодных шлаков затруднено удаление фосфора и серы при плавке. Индукционные печи делят на два типа: 1) питаемые током повышенной частоты; 2) питаемые током промышленной частоты (50 Гц). В печах первого типа частота питающего тока обычно снижается; По мере ро ста емкости и диаметра тигля; малые (несколько килограмм и менее) печи пит аются током с частотой от 50 до 1000 кГц, ср едние и крупные (емкостью до десятков тонн) токами с частотой |0,5— 10 кГц. 1 Устройство индукционной печи. Индукционная плавильн ая установка состоит из печи с механизмом наклона и питающего электрооб орудования (генератора повышенной частоты, батареи конденсаторов, щита управления и на крупных печах — автоматического регулятора электриче ского режима). Емкость индукционных печей достигает 60 т. Основные элемент ы печи — каркас, индуктор и огнеупо рный тигель, который иногда закрывают крышкой. Рис.3. Индукционная печь емкостью 60 кг. 1-каркас, 2-подовая плита, 3-индуктор, 4-изоляционный слой, 5-тигель, 6-абсоцемеитная плита, 7-сливной носок, 8-воротник, 9-гибкий токопровод, 10-деревянные брусья. Каркас (кожух) печей неб ольшой емкости (<0,5 т) делают в форме прямоугольного параллелепипеда, испо льзуя асбоцемент, дерево, выполняя несущие ребра из уголков и полос нема гнитной стали, дюралюминия. В местах соединения металлических элементо в укладывают изоляционные прокладки для исключения возникновения коль цевых токов, Индуктор в таком каркасе крепят к верхней и нижней опорным а сбоцементным плитам (рис. 3). В печах средней и большой емкости каркас выпо лняют из стали в виде сплошного кожуха цилиндрической формы (рис. 4) и иног да в виде «беличьей клетки», представляющей собой группу вертикальных с тоек, приваренных к верхнему и нижнему опорным кольцам. Для уменьшения н агрева таких каркасов индуктируемыми токами и потерь с потоками рассеи вания используют следующие решения: а) каркас выполняют из немагнитно й стали; б) между каркасом из обычной стали и индуктором размещаю т магнитопровод из нескольких пакетов трансформаторной стали, распола гаемых вдоль индуктора (рис. 4); в) между индуктором и каркасом размещают замкнутый элек тромагнитный экран из металла с низким удельным сопротивлением (меди, ал юминия). В каркасе жестко крепят индуктор, подовую плиту, верхнюю керамику, пакеты магнитопровода. К передней части каркаса на уровне слив ного носка прикрепляют две цапфы, что необходимо для пово рота печи при с ливе металла. Рис.4 Индукционная печь емкостью 8 т. 1-индуктор, 2-тигель, 3-подовая плита, 4-съемный свод, 5-сливной носок, 6-стальной кожух, 7-ось поворота, 8-магнитопровод из трансформаторной стали. Индуктор имеет форму полого цилиндра и образован уложен ными в виде спирали витками из медной трубки. Профили применяемых медных трубок показаны на рис. 5, а; равностенные трубки используют обычно для печей повышенной частоты, а разностенные — для печей промышленной частоты. Для исключения электри ческого пробо я витки, как правило, изолируют (на малых печах с небольшим напряжением до статочна воздушная изоляция, достигаемая зазором между витками в 10— 20 мм ). Широко применяют следующие виды изоляции: обмоточную, когда витки покр ывают изоляционным лаком и затем обматывают лентой из диэлектрическог о материала (стеклоленты, микаленты); прокладочную, когда между покрытым и лаком витками закрепляют диэлектрические прокладки (например, из стек лотекстолита); напыленную, когда на поверхность трубки газопламенным ил и плазменным способом наносят слой окиси алюминия или двуокиси циркони я с последующим покрытием лаком. Иногда применяют монолит ную изоляцию — покрытые лаком витки заливают полимерным материалом (по лиэфирным компаундом), после застывания которого образуется монолитна я конструкция. Прочность и жесткость индук тора, являющегося опорой футеровки тигля, обеспечивают, применяя индукторы двух следующих разновидностей: с креплением витков шпильками и стяжные индукторы. Во-первых, к ви ткам индуктора приваривают латунные шпильки; с помощью шпилек и латунных га ек витки крепят к нескольким вертикальным стойкам (рис.5б), из изоляционно го материала текстолита, асбоцемента ,дерева; стойки в свою очередь креп ят к опорным плитам каркаса, расположенным над индуктором и под ним. В стя жных индукторах над верхним и под нижним витками размещают нажимные фла нцы, которые стя гивают в осевом направлении с помощью специальных болт ов и вертикальных реек из изоляционного материала (см. рис. 5, в); вертикальные рейки препятствуют смещению в итков в поперечном направлении. Для придания жесткости индуктору и его к репления в каркасе дополнительно используют пакеты магнитопровода, ко торые прижимают к индуктору через изолирующие прокладки с помощью спец иальных нажимных болтов. Если индуктор выполнен монолитным, то в нем не требуетс я дополнительного крепления витков, однако такие индукторы применяют р едко из-за сложности ремонта трубки в случае ее повреждения, Высоту индуктора выбирают в пределах 1,1 — 1,2 высоты расплава в тигле, внутр енний диаметр определяют из соотношения: D = DT + 2 b (ф) +2 b (и), где Dt и b (ф) — соответ ственно внутренний диа метр и толщина футеровки в середине тигля; b (и) — толщина изоля ционного слоя (<5— 6мм). Число витков индуктора определяют расчетом; плотность токов в индукторе достигает 20— 40 А/мм 2 . Подвод тока к индуктору чаще всего осуществляют с помощью ги бких кабелей. По внутренней полости медной тру бки пропускают охлаждающую воду. Для обеспечения равномерного охлажде ния на средних и больших печах индуктор делят на 2— 4 секции с самостоятел ьным подводом воды. Поступление воды контролируется реле, отключающем п итание печи при перерыве в подаче воды. Футеровка индукционной печи состоит из следующих основ ных элементов: футеровки тигля, подовой плиты (подины), верхней керамики (в оротника) со сливным носком. Подовая плита слу жит основанием для футеро вки тигля и для индуктора; на средних и крупных печах ее выполняют из шамо тных блоков или кирпичей, иногда на крупных печах — из огнеупорного бет она. На малых печах подовую плиту делают также из нескольких асбоцементн ых плит, уложенных одна на другую (см. рис. 3). Футеровку тигля, как прав ило, делают набивной, при плавке она спекается в монолит; на больших печах тигель иногда выкладывают из кирпичей. Воротник, т. е. футеровку выше верх него витка индуктора, которая не может спекаться за счет тепла жидкого м еталла, делают из фасонных кирпичей (шамота, хромомагнезита) или из огнеу порных масс с повышенным количеством связующих. Сливной носок представ ляет собой фасонное изделие из шамота. Футеровка тигля должна обладать следующими свойствами: высокой огнеуп орностью и шлакоустойчивостью; высокой термостойкостью, так как при заг рузке шихты она сильно охлаждается; высокой механической прочностью, чт обы выдерживать удары шихты при загрузке; минимальной толщиной, посколь ку металл должен находиться как можно ближе к индуктору, т. е. в зоне наибо льшей плотности индуктируемых токов. Рис. 5. Профили трубок для изготовления Индуктора(а) и способы крепления витков индуктора (б, в): 1- латунная шпи лька . 2- гайка. 3- витки индуктора 4-стойка из изоляционного материала . 5-стяжной болт . 6-вертикальная рейка. 7-нажимной фланец. 1 Футеровка может быть основной или кисл ой. Набивную кислую футеровку изготовляют из дробленого кварцита (фракц ии размером менее 3,5 мм) или кварцевого песка с добавкой в качестве связую щего борной кислоты (1,5— 4 %) без увлажнения. Для основных тиглей применяют о гнеупорные смеси разных составов, наиболее часто магнезитовый порошок; в качестве связки используют огнеупорную глину, жидкое стекло, плавиков ый шпат, борную кислоту и др. Применяют как увлажненные, так и сухие смеси. Перед набивкой тигля внутреннюю поверхность индуктора покрывают тонки м изолирующим слоем, например, нанося специальную изоляционную обмазку с последующей обклейкой стеклолентой; иногда дополнительно укладывают теплоизоляционный слой из асбеста. На дне индуктора засыпают слой футер овочной массы, утрамбовывают ее и затем устанавливают на нее железный ша блон, наружные размеры которого соответствуют внутренним размерам тиг ля. В пространство между шаблоном и индуктором засыпают футеровочную см есь и уплотняют ее трамбовками. Затем выполняют воротник из фасонных кир пичей или специальных масс с повышенным количеством связующих. После окончания набивки футеровку сушат и спекают. Для э того, не вынимая шаблона, включают плавильную установку; тепло, вы деляем ое в шаблоне, нагревает футеровку. В зависимости от емкости тигля спекан ие длится от 1 до 4 ч для кислого тигля и от 2 до 10 ч для основного. Окончательн ое спекание с расплавлением шаблона происходит во время первой плавки. С пекание можно проводить, вставив в тигель соответствующих размеров кус ок готового электрода. Тигли емкостью до 300 кг иногда набивают увлажненно й массой в специальной разборной пресс-форме. После сушки на воздухе так ой тигель устанавливают в индуктор на подовую плиту, а про странство меж ду индуктором и тиглем засыпают мелким огнеупор ным порошком. Стойкость кислых тиглей составляет 20— 250 плавок. Основна я футеровка обладает меньшей термостойкостью и стойкость основных 'тиг лей значительно ниже (от 10 до 100 плавок; меньшая величина — для печей больш ой емкости). Средний внутренний диаметр тигля О т и высоту расплава h ( p ) определяют исходя из заданной е мкости печи (объема металла) с учетом того, что величина отношения Н,,Ю Т должна составлять 1,6— 2,0 для 100-кг печи и снижаться при увеличении емкости (до 1,1— 1,4 д ля 6-т печи). Толщину футеровки (м) в середине тигля определяют по формуле: b (ф) ~ 0,08 Т(^1/4), где Т — емкость печи, т. Прим ерные соотношения между размерами тиглей и индукторов сталеплавильных печей приведены в табл. 1. Механизм наклона предназначен для наклона печи при сливе металла. Металл из тигля сливают через сливной носок, поворачи вая установленный на двух цапфах каркас печи на угол До 95°. Наклон печи ос уществляют лебедками, тельферами, а на крупных печах устанавливают гидр авлический механизм наклона. Таблица 1. Размеры индуктора и тигля индукционных печей Рис. 6. Упрощенная электрическая схема индукционной печи. Емкость, кг Размеры индуктора, Размеры тигля, мм высота Внутренний диа метр глубина толщина дна сверху и снизу 100 490 410 440 165 50 80 500 790 700 610 215 70 100 8000 1300 1380 1200 200 ПО 150 1400 830 760 720 200 90 130 Электрическ ое оборудование -служит для подачи питания на индуктор индукционной печ и. Упрощенная элек трическая схема индукционной печи повышенной частот ы, питаемой от машинного пли лампового генератора, показана на рис. 6.Перем енный ток высокой частоты от генератора через выключатель 2 подается на индуктор 3, параллельно которому подключены конденсаторы 5 и 6. Конденсаторы предназ начены для компенсации индуктивного сопротивления индуктора и установ ки в целом (компенсации реактивной мощности установки). В цепь включены д ве группы конденсаторов: конденсаторы первой группы 6 подключены постоянно; а конденсаторы второй группы 5 включают в случае необходимости. В процесс е плавки по мере нагрева шихты изменяется ее удельное сопротивление и ма гнитная проницаемость, что изменяет индуктивное сопротивление установ ки. Включая или отключая дополнительные конденсаторы добиваются равен ства индуктивного и емкостного сопротивлений, т.е. величины coos (ф) установки ,близкой к единице. В качест ве источников питания (преобразователей частоты) используют ламповые и машинные генераторы, тиристорные преобразователи. Для питания малых пе чей («30— 50 кг) применяют ламповые генераторы, вырабатывающие ток с частот ой от 30 кГц до несколько мегагерц; их мощность изменяется от 0,3 до 1000 кВт. Боль шая часть промышленных печей с тиглями емкостью 60— 100 кг и более питаются от машинных генераторов. Их выпускают мощностью от 12 до 2500 кВт с частотой в ырабатываемого тока 0,5; 1; 2,4; 4; 8 и 10 кГц. Соотношение между емкостью печи и мощно стью генератора примерно следующее: Емкость, т 0,06 0,4 1,0 6 10 16 25 Мощность, кВт 50 250 500 2500 3000 5000 6000 В последние годы в к ачестве источников питания все шире применяются тиристорные преобразо ватели частоты. Промышленность выпускает тиристорные преобразователи мощностью до 3200 кВт с частотой вырабатываемого тока от 0,5 до 10 кГц. Эти преобразователи обладают по сравнению с машинными г енераторами, следующими преимуществами: более высокий электрический к. п. д.; высокая готовность к работе; возможность автоматического поддержа ния оптимального электрического режима без пере ключения в силовой цеп и (не требуется переключения конденсато ров, что упрощает конструкцию к онденсаторной батареи); отсутствие вращающихся частей и бесшумность в р аботе. В состав электрооборуд ования индукционной печи входят также подключаемые к силовой цепи чере з трансформаторы тока и напряжения электроизмерительные приборы и при боры защиты (от перегрузок по току и напряжению и в случае отключения охл аждающей воды). Крупные индукционные печи снабжены автоматическим регу лятором, который поддерживает оптимальный электрический режим путем в заимосвязанного регулирования коэффициента мощности, напряжения и сил ы тока. Основные параметры работы электрооборудования (мощность генера тора, емкость конденсаторов, требуемая частота тока и другие) определяют расчетом исходя из заданных емкости печи, длительности плавления, темпе ратуры жидкого металла. Индукционные печи промышленной ч астоты Футеровка и индукт ор печей промышленной частоты такие же, как у печей повышенной частоты. В схеме электропитания отсутствует генератор тока повышенной частоты; п ечь включается в сеть через ступенчатый понижающий трансформатор с вто ричным напряже нием от 100 до 1000 В. Ввиду отсутствия преобразователя частот ы для этих печей характерен меньший (на 5— 10 %) удельный расход электроэнер гии и более высокий коэффициент мощности. Однако при низкой частоте питающего тока (50 Гц) у этих печей интенсивность электродинамического пе ремешивания металла зна чительно выше, чем в печах повышенной частоты. Ч тобы избежать чрезмерной циркуляции металла, печи промышленной частот ы рас считывают на меньшую удельную мощность, чем печи повышенной часто ты; такой мощности недостаточно для быстрого расплавления стальной ших ты. Поэтому печи промышленной частоты обычно ис пользуют для плавки мет аллов с более низкой температурой плавле ния (чугуна, цветных металлов). М ощность печи емкостью 1 т со ставляет 360 кВ-А, емкостью 25 т — 4800 кВ-А. Технология плавки Плавку в индукционных печах обычно ведут без окисления примесей и не ста вят задачу удаления фосфора и серы, так как из-за «холодных» шлаков дефосфорация и десульфурация затру днены. Стали и сплавы выплавляют либо из легированных отходов (метод переплава ), либо из чистого шихтового железа и лома с добавкой ферросплавов (метод сплавления). Выбор установки. В печи с основной футеровкой можно выплавлять сталь любого состава, но с тойкость этой футеровки значительно ниже, чем кислой. В печах с кислой фу теровкой нельзя выплавлять стали с высоким содержанием марганца, алюми ния, титана, циркония, так как окислы марганца, взаимодействуя с кремнезе мом футеровки, быстро разрушают ее, а алюминий, титан и цирконий вос стана вливают кремний из кремнезема футеровки. Плавка в печи с основной футеровкой. Про должительность плавки в индукционной печи очень небольшая, что не позво ляет многократно проверить состав металла путем его анализа. Поэтому по лучение стали с заданным составом базируется на предварительном расче те шихты, для чего необходимы точное знание ее состава и взвешива ние. В ч астности, содержание углерода, серы и фосфора не должно превышать допуст имых в выплавляемой стали пределов. Шихту составляют из мелких и крупных кусков, что обеспеч ивает плотность ее укладки и сокращение длительности плавления. Наибол ее крупные куски укладывают у стенок тигля, где плотность токов максимал ьная. Тугоплавкие ферросплавы загружают в нижнюю половину тигля. После включения тока следят за тем, чтобы куски шихты не с варивались в «мосты», препятствующие оседанию плавящихся кусков вниз. П ериодически шихту «осаживают» с помощью ломика. По мере оседания шихты д огружают ту ее часть, которая не вместилась при завалке. После появления жидкого металла в тигель вводят шлакообразующую смесь из извести, плави кового шпата и магнезита в со отношении 4:1:1. Назначение наводимого шлака — уменьшить насыщение металла газами из атмосферы и окисление легирую щих элементов. При плавлении поддерживают максимальную мощность генер атора и высокий со s (ф) путем подкл ючения конденсаторов. Длительность плавления изменяется от 30— 40 мин на м алых печах (емкостью ~50 кг) до 2 ч на крупных. После расплавления отбирают пробу металла на анализ и с ли вают плавильный шлак, чтобы предотвратить восстановление из него фос фора, после чего наводят новый шлак, добавляя шлакообразующую смесь того же состава, что и в период плавления. Мощность, подаваемую на индуктор, сн ижают на 30— 40 %. После получения результатов анализа проводят легирование , корректировку состава металла и его раскисление путем введения в тигел ь соответствующих ферросплавов, после чего металл сливают из тигля в ков ш. Иногда при выплавке высококачественных сталей проводят диффузионно е раскисление металла. Для этого в шлак вводят раскислительные смеси, со стоящие из извести, молотого ферросилиция, порошкообразного алюминия, д елая выдержку в течение примерно 30 мин; циркуляция металла в тигле индукц ионной печи ускоряет раскисление. Ферросплавы при плавке в индукционной печи присаживают в следующем порядке: феррохром, ферровольфрам и ферромолибден вводят в з авалку; ферромарганец, ферросилиций и феррованадий — за 7— 10 мин до выпус ка; алюминий перед выпуском. При таком пор ядке введения угар элементов следующий: вольфрама около 2 %,- хрома, марган ца и ванадия — 5— 10 %, кремния — 10— 15 %, титана25— 35 Плавка в печи с кислой футеровкой. Содержание серы, фосфору и углерода не должно превышать допустимых в выплавляемой стали предело в. При выплавке сталей легированных хромом, вольфраме и молибденом в зав алку вводят феррохром, ферровольфрам, ферромолибден. Загрузку шихты и ра сплавление ведут так же, как и в с основной футеровкой. Шлак во время плавл ения шихты, наводя; добавками боя стекла, шамота и извести После расплавления и анализа отб ираемой пробы металла проводят легирование (корректировку состава) и ра скисление. Ферромарганец, ферросилиций и, если необходимо, феррованадий , вводят в металл на 7— 10 мин до выпуска, алюминий непосредственно перед вы пуском. Угар марганца составляет 10 %, кремний практически не угорает, угар вольфрама и молибдена около 2 %, хрома 5 %. Расход электроэнергии пр и выплавке стали в индукционных составляет 500— 700 кВт -ч/т. Плавка в вакуумных индукционных печах . Плавка в в акуумных индукционн ых печах позволяет пол учать сталь и сплавы с малым содержанием газов , неметаллических включений и примесей цветных металлов , легировать сплав любыми элементами , в том числе обладающими высоким сродством к кислороду без их потерь на окисление . Устройство печи. Первые печи были периодического действия. После выпуска п лавки вакуумную систе му отключали и печь открывали для извлечения слит ков и загрузки шихтовых материалов. Позже были созданы более совершенны е печи полунепрерывного действия. Эти печи позволяют загружать шихту, ус танавливать изложницы и извлекать слитки без нарушения вакуума в плави льной камере. Емкость существующих печей достигает 50 т. Рис. 7. Схема вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия На рис. 7 показана схема вак уумной индукционной печи полу; непрерывного действия. Плавильная камер а 2 имеет сверху съемную крышку. В каме ре установлен индуктор с тиглем 3, зак репленный на цапфах; наклон тигля для слива металла производят с помощью привода, расположенного с наружной стороны камеры. В крышке плавильной камеры над тиглем размещена шлюзовая загрузочная камера 8, отделяемая от плавильной вакуумным затвором 6 и закрываемая крышкой 7, что позволяе т загружать шихту без нарушения вакуума. В загрузочную камеру ставят бад ью с раскрывающимся дном, заполненную шихтой. Закрыв крышку 7, в камере 8 с оздаю вакуум, после чего открывают зат вор 6 и шихта из бадьи высыпается в тиг ель. Камера изложниц 1 отделена от плавильной камеры и от помеще ния цеха задв ижками 15. Через нее, как через шлюзовое ус тройство, в плавильную камеру подают изложницы 14, установленные на те лежке и после слива в них металла из тигля возвращают обратно. На крышке 11 смонтирован шлюзовой дозатор 10 для введения добавок по ходу плавки и гляделка 4. Через крышку // с помощью герметичных уплотнителей вводят термопару 5 и ломик 9 для осаживания шихты. Печь питается током повышенной частоты. Вакуумная систе ма состоит из группы форвакуумных 13 и бус терных 12 насосов, обеспечивающих вакуум порядка 1,33— 0,13 Па. Процесс плавки в вакуумной индукционной печи. Для плавки в вакуумных печах применяют ши хтовые материалы, очищенные от масла и окалины; состав их должен быть точ но известен. В шихту вводят никель, ферромолибден, ферровольфрам и кобал ьт, если этого требует состав выплавляемой стали. После загрузки шихты в ключают ток, а на печах периодического действия предварительно из печи о ткачивают воздух. Плавление ведут, непрерывно откачивая насосами из плави льного пространства выделяющиеся газы. За время плавления удаляется бо льшая часть вносимых шихтой газов — водород, часть азота, а также влага; ж идкий металл при плавлении кипит, что является ре зультатом выделения п узырьков окиси углерода, получающейся при взаимодействии углерода с ра створенным в металле кислородом. После расплавления д елают выдержку в течение 20 — 40 мин, вовремя которой происходит рафиниров ание от ряда примесей , раскисление и легирование металла. В печи в этот пе риод поддерживают давление 1,3 — 0,13 Па. Раскисление металла про исходит углеродом по реакции , равновесие к оторой в условиях вакуума сдвинуто вправо, поскольку продукт реакции не прерывно удаляют (откачивают). Преимуществом такого раскисления являет ся то, что металл не загрязняется его продуктами. Обычно выдержка длится до полного успокоения ванны (т. е. до прекращения выделения СО). Раскислени е идет либо за счет содержащегося в металле углерода, либо за счет углеро да, вводимого в начале рафинирования в виде графита, чугуна. Помимо рафинирования от к ислорода в период выдержки удаляются азот и водород и испаряются примес и цветных металлов (2п, 5п, РЬ, Аз, В). В период выдержки проводят легирование и окончательное раскисление кусковыми раскислителями, которые вводят че рез дозаторы. В начале выдержки вводят феррохром, феррованадий, в конце в ыдержки ферросилиций, ферротитан, алюминий, ферромарганец. Перед выпуск ом, если это потребуется, кальций, магний и РЗМ Выплавленный металл разливают в изло жницы, как правило, в вакууме. Иногда в процессе п лавки ведут десульфурацию металла. С этой целью на дно тигля до начала за валки шихты загружают десульфурирующую шлакообразующую смесь (наприме р, из 90 % СаО и 10 % Са F 2). Основные преимущества вакуумной индукционной плавки о бусловлены наличием вакуума, обеспечивающего рафинирование от ряда пр имесей и раскисление углеродом, а также отсутствием контакта ме талла с окислительной атмосферой. Выплавляемые при этом сталь и сплавы содержа т пониженные количества азота, примесей цветных металлов, кислорода и не металлических включений, почти не содержат водорода; все это повышает це лый ряд служебных свойств сталей. Отсутствие контакта с кислородом атмо сферы позволяет выплавлять стали и сплавы, содержащие легкоокисляющие ся элементы без их угара. Недостатком вакуумных индукционных печей является то, ч то при длительной выдержке в результате реагирования с окислами футеро вки металл загрязняется кислородом и неметаллическими включениями, а т акже восстанавливаемыми из футеровки элементами (кремнием, алюминием и др.). Заключени е Открытие явления электромагнитн ой индукции имело большое значение, так и была доказана возможность полу чения электрического тока с помощью магнитного поля. Этим была установл ена взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями, что послу жило в дальнейшем толчком для разработки теории электромаг нитного пол я. Используемая литература : 1. Трофимова Т.И. Курс Физики: Учебное пособие для вузов. стр.223-224. Паволоцкий ,Рощин В.Е. «Электромет аллургия и стали». Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. «Общая металлурги я» Учебник для вузов. Стр.482-496