Выплавка стали в вакуумных индукционных печах

Вакуумные индукционные печи могут быть периоди­ческого и полунепрерывного действия. Наиболее удобен последний тип печи. Полный цикл плавки в вакуумной индукционной печи складывается из следующих периодов:

• загрузка шихты;
• откачка печи до рабочего давления (если печь периодического действия или прово­дится первая плавка в печи полунепрерывного дейст­вия);
• расплавление;
• доводка и рафинирование металла;
• выпуск;
• чистка тигля.

Продолжитель­ность плавки в 0,5-т вакуумной печи составляет 3 ч 25 мин при следующей продолжительности отдельных периодов: загрузка 5 мин, откачка 8 мин, расплавление 2 ч 30 мин, рафинирование и доводка 35 мин, выпуск 4 мин, чистка тигля 3 мин.

Загрузка шихты

При выплавке стали в вакуумных индукционных печах высокие требования предъявляют к чистоте поверхности кусков шихты; их подвергают дробеструйной очистке или очистке во вращающихся барабанах (процесс «светления» шихты). Состав шихты должен быть точно известен. Поэтому для переплава в вакуумных печах применяют специально приготовлен­ную заготовку или крупногабаритные отходы прокатных цехов и собственные отходы. Загрузка печи осуществля­ется при помощи корзины. Ферросплавы, загружаемые вместе с шихтой, необходимо прокаливать для уменьше­ния количества адсорбированных на их поверхности га­зов и влаги. Шихту загружают так, чтобы избежать за­висания. Контейнер с шихтой в печи полунепрерывного действия помещается в камеру загрузки. Контейнер из­готавливают из мягкого железа, и его массу учитывают при расчете шихты.

Расплавление

Печи периодического действия после загрузки шихты закрывают и включают систему ваку­умирования. При достижении разрежения в несколько миллиметров ртутного столба включают ток. В печах полунепрерывного действия ток включают сразу после загрузки шихты.

При бурном закипании металла необходимо снизить подводимую мощность, а в печах небольшой емкости в момент бурного закипания в систему вводят аргон до давления 6,7—13 кПа (50—100 мм рт. ст.). После успокоения ванны и расплавления всей садки давление в печи снижают до рабочего. Период плавления занимает до 75% всего времени плавки в вакуумной индукцион­ной печи. Для сокращения этого периода иногда в ти­гель заливают жидкий полупродукт, полученный в дру­гом сталеплавильном агрегате, например дуговой электропечи. Продолжительность плавки на жидком по­лупродукте сокращается в три-четыре раза.

Доводка металла

В вакуумной индукционной печи можно провести десульфурацию металла. Для этого во время завалки на дно тигля необходимо загрузить шла­кообразующую смесь, например из 90% извести и 10% плавикового шпата. Десульфурация происходит во вре­мя расплавления, и через 2—5 мин после расплавления шихты степень десульфурации может достигнуть 70— 80%. Конечное содержание серы в металле в этом слу­чае составляет 0,002—0,003%.

Одно из преимуществ вакуумных печей заключает­ся в том, что глубокое раскисление металла осуществля­ется углеродом. Образующийся СО легко удаляется из металла. Поэтому металл не загрязняется продуктами раскисления. При выплавке безуглеродистых сплавов, например, на никелевой основе, безуглеродистой нержавеющей стали и т. д. для раскисления металла углеро­дом присаживают графит, чугун, углеродистый феррохром и др. Раскисление металла углеродом в вакуумных печах начинается в период плавления, когда пузыри СО зарождаются на кусках нерасплавившейся шихты.

Длительность выдержки металла в вакууме зависит от состава выплавляемого металла, глубины вакуума и принятой технологии выплавки. Удлинение выдержки способствует глубокой дегазации и раскислению метал­ла, также удалению летучих компонентов (Pb, Sn, As и т. д.).

Вместе с тем взаимодействие металла с футеров­кой тигля приводит к загрязнению его неметаллически­ми включениями и восстанавливаемыми из футеровки элементами например, бором, алюминием, кремнием и т. д. Оптимальная длительность выдержки в вакуумных печах малой емкости составляет 20—30 мин. Процессу дегазации металла способствует продувка его аргоном и гелием. Азот удаляется при продувке водородом.

Важным моментом получения качественного метал­ла является правильный порядок присадки легирующих элементов. Ферровольфрам, ферросилиций и молибден загружают обычно с шихтой в контейнер. После расплавления и раскисления металла углеродом в ванну приса­живают феррохром, и феррованадий. Затем вводят алю­миний, титан. В условиях вакуума марганец интенсивно испаряется. Поэтому его необходимо вводить в ванну в конце плавки вместе с алюминием и титаном. В конце плавки присаживают редкоземельные металлы, силикокальций, ферробор. Слишком ранняя присадка указан­ных элементов приводит к загрязнению металла неметал­лическими, оксидными и нитридными включениями. Поздняя присадка легирующих и раскислителей не по­зволяет обеспечить рафинирование металла от вредных примесей, содержащихся в добавках.

Выплавленный в вакуумной индукционной печи ме­талл разливают, как правило, в вакууме. Металл в ваку­уме вследствие отсутствия оксидных пленок на по­верхности характеризуется повышенной жидкотекучестью. Слитки, отлитые в вакууме, получаются плот­ными и пораженность усадочными пороками невелика.

Вакуумно-индукционные печи широко используют в литейном производстве для получения отливок из трудно деформируемых сплавов.