Плавильная печь

Плавильная печь подвешена па боковой дверце плавильной камеры. В верхней части к дверце прикреплена консоль, оканчивающаяся двумя вертикальными тягами (фиг. 61). Консоль охлаждается водой. На концах тяг имеются подшипники скольжения, в которые вкладывается своими цапфами печь.

Плавильная печь представлена на фиг. 62. Она состоит из жесткого металлического каркаса с расположённым внутри него индуктором и тиглем. Па боковых поверхностях к каркасу прикреплены с помощью болтов две цапфы, вокруг которых происходит поворот печи при сливе металла. С помощью шлицевого соединения одна из цапф печи жестко связана с муфтой, а муфта, в свою очередь, с наружной трубой коаксиального ввода. Труба проходит через дверцу. С наружной стороны дверцы эта труба с помощью жестко связанной с ней шестерни сцепляется с приводным механизмом поворота печи. Внутри трубы проходят две концентрически расположенные медные трубки, разделенные резиновой оболочкой. Выводы трубок, .расположенные в плавильной камере, герметично соединены с концами индуктора с помощью фланцев и резиновых прокладок. Индуктор укреплен в каркасе на четырех распорках. Изоляция индуктора выполняется аналогично изоляции индукторов описанных выше печей периодического действия. Футеровка печи изготовляется по одному из способов, описанных в главе V.

Для осмотра и ремонта печь выводится из плавильной камеры наружу. Замена вышедшего из строя тигля пли индуктора может быть быстро осуществлена путем установки запасной, заранее футерованной печи. Для смены печи следует разболтать фланцы, соединяющие выводы индуктора, и освободить цапфы из подшипников. Поворот печи осуществляется механизмом, состоящим из редуктора и электромотора. Для ограничения поворота печи установлены концевые выключатели. Управление поворотом — дистанционное кнопочное; оно может осуществляться с любого места рабочей площадки.

Устройство дозаторов

Вакуумная индукционная печь типа В-165 снабжена двумя дозаторами: малым бункером-дозатором емкостью 10 кг и большим бункером-дозатором емкостью 60 кг. Одновременно печь может работать только с одним дозатором- Выбор дозатора для установки на плавильную камеру определяется характером применяемой шихты, а также технологией выплавки сплава. Большой дозатор рассчитан па введение в процессе плавки шихты в виде слитков, а малый для введения легирующих добавок в виде чистых первичных металлов. Малый дозатор изображен на фиг. 63. Он представляет собой цилиндрическую водоохлаждасмую камеру с конусообразным днищем.

Днище заканчивается патрубком с фланцем для подсоединения к корпусу плавильной камеры. С внутренней стороны по стенкам цилиндрической камеры располагаются теплоизоляционные экраны. Дозатор состоит из системы ячеек-секторов, отделенных друг от друга перегородками. Дно каждой ячейки-сектора одним своим концом (широкой частью) держится на поворотной петле, а другой частью (узкой) опирается на расположенную в центре дозатора опорную шайбу с прорезью. На эту же шайбу опираются узкие концы всех остальных донышек ячеек. Шайба надета па вертикальную ось, которая заканчивается внизу конической шестерней. Эта шестерня сцепляется с другой шестерней, насаженной на горизонтально расположенный вал, выходящий через резиновое уплотнение из корпуса дозатора. С наружной стороны па этот вал надет маховичок. Над ячейками дозатора располагается электроподогреватель, служащий для нагрева шихты в процессе вакуумирования. Он состоит из керамической плиты, в гнезда которой вставлена спираль сопротив-лепия. Сверху нагреватель прикрыт системой экранов, предохраняющих крышку дозатора от нагрева. Нагреватель с системой экранов с помощью шпилек укреплен па крышке дозатора. Ввод электропитания для спирали нагревателя также проведен через крышку. Крышка с одной стороны крепится на петле, а с другой — прижимается прижимом. При откидывании крышкой вместе с ней выводится из дозатора и нагреватель, открывая доступ к ячейкам дозатора. В конусной части дозатора приварен патрубок, через который производится вакуумирование.

Для введения присадок легирующие добавки укладываются в определенной последовательности в ячейки. Затем закрывается крышка, включается электроподогрев и производится дегазация нагретых добавок соответствующим механическим насосом вакуумной системы.

Введение легирующих добавок в тигель плавильной печи осуществляется поворотом маховичка. При повороте маховичка приходят в зацепление конические шестерни, и вместе с ними поворачивается опорная шайба, расположенная на вертикальном валу. В момент, когда узкий конец донышка ячейки совмещается с прорезью шайбы, донышко проваливается, и расположенные па нем добавки сбрасываются в тигель.

Каждое донышко-сектор имеет систему прикрепленных к нему снизу теплозащитных экранов. Для удобства определения последовательности введения добавок из ячеек дозатора ячейки нумеруются, а перед маховичком имеется лимб с делениями и цифрами, показывающими, какая ячейка опускается при определенном угле поворота маховичка. Добавки могут быть введены только в определенном порядке, поэтому их располагают в ячейках дозатора в последовательности, предусмотренной технологией выплавки данного сплава.

Камера дегазации форм

Камера дегазации форм представляет собой горизонтально лежащий на опорах цилиндр диаметром 900 леи и длиной 2000 леи (фиг. 64). Стенки камеры охлаждаются водой. Внутри камеры в виде двух полуколец расположены электроподогреватели. Водоохлаждаемые вводы для питания электроподогревателей проведены в боковых поверхностях камеры. Между подогревателями и корпусом камеры проходит система теплоизолирующих экранов, выполненная из листовой нержавеющей стали. Экраны защищают также и верхнюю часть камеры (стык между подогревателями). В нижней части камеры перпендикулярно ее продольной оси проходят два вала от приводного механизма, предназначенного для передвижения платформы. На каждом валу укреплено звездчатой формы колесо. Валы выведены наружу через соответствующие уплотнения. Кроме того, в нижней части камеры расположены в два ряда ролики, на которые опирается платформа с формами при ее передвижении вдоль камеры.

Оси роликов имеют интенсивное водяное охлаждение. Один торец камеры закрывается защищенной экранами и водоохлаждаемой дверцей; второй торец камеры через резиновые уплотнения соединяется с шлюзом.

Вакуумирование камеры осуществляется через отверстие в шлюзе; в отверстие вварен патрубок для присоединения трубопровода, ведущего к насосу. Температура внутри камеры измеряется термопарой и автоматически регулируется и записывается специальным прибором. Для того чтобы при передвижении платформы с формами внутри камеры при закрытой наружной дверце платформа не наехала на дверцу, в камере устроено приспособление, ограничивающее передвижение платформы в определенных пределах. Нагреватели обычно включают перед загрузкой форм в камеру. При подаче форм в плавильную камеру под заливку нагреватели выключают. При разгрузке форм перед открытием дверцы дают некоторое время остыть нагревателям, чтобы уменьшить их окисляемость при соприкосновении с воздухом окружающей атмосферы.

Ленточные электроподогреватели изготовляются из листовой жароупорной стали с помощью изолированных от металла специальных подвесок и крепятся к стенкам камеры. Каждое полукольцо ( секция) электроподогревателя в случае необходимости без особых затруднений может быть извлечено из камеры для ремонта или замены. Наличие системы экранов, состоящих из шести слоев листовой стали, надежно защищает стенки камеры от нагрева, который в условиях вакуума осуществляется в основном теплоизлучением-

Применение в камере дегазации форм металлических экранов вместо огнеупорной футеровки значительно уменьшает габариты камеры, сокращает время, необходимое для создания разрежения в камере, так как значительно уменьшается газоотделеиие. Кроме того, это позволяет создать более высокий вакуум при тех же мощностях установленного насосного оборудования. В камеру дегазации загружаются формы, имеющие температуру 900—950°.

Для предотвращения остывания форм в процессе дегазации температуру в камере поддерживают обычно в пределах 700—800^е. За короткое время пребывания форм в камере дегазации (15—20 мни.) и при наличии электроподогрева до указанных температур формы не успевают сильно остыть.

Шлюз

Для того чтобы иметь возможность подавать формы под заливку в плавильную камеру, а также производить разгрузку залитых форм без нарушения вакуума в плавильной камере, между последней и камерой дегазации форм предусмотрена установка шлюза. Шлюз (фиг. 65) представляет собой коробку прямоугольного сечения с охлаждаемыми водой стенками. В передней стенке (сторона, стыкующаяся с плавильной камерой) и задней (сторона, стыкующаяся с камерой дегазации) имеются окна для прохода форм при передвижении платформы. По периметру переднего окна приварен бурт для уплотнения с клапаном.

Переднее окно герметично закрывается клапаном, который с помощью специального механизма, приводимого в движение вращением штурвала, подается со стороны боковой стенки шлюза. Вращением штурвала можно закрыть и открыть в нужный момент переднее окно. При повороте штурвала против часовой стрелки клапан описывает сложную кривую и плотно прижимается к ножам переднего окна.

Для того чтобы тепловое излучение из камеры дегазации форм не сожгло резиновые прокладки, установленные в слабо охлаждаемом водой клапане, заднее окно шлюза закрывается покор ачивающимися экр а-нами. При вакуумировании плавильной камеры переднее окно шлюза плотно прикрыто клапаном, а заднее окно закрыто экранами. Перед подачей форм в плавильную камеру под заливку клапан открывают и убирают в положение, изображенное на фиг. 66. С заднего окна убирают экраны и поворачивают их так, чтобы они прикрыли от-108

веденный в боковое положение клапан. В этом положении экраны уже защищают резиновые прокладки клапана в тот момент, когда мимо них продвигаются подаваемые под заливку горячие формы. После заливки форм и подачи их на разгрузку в камеру дегазации клапан и экраны снова устанавливаются в исходное положение, т. с. клапан закрывает переднее, а экраны заднее окна. В правой боковой стенке шлюза имеется отверстие с. вваренным в него патрубком для подсоединения к вакуумной системе.

Контроль температуры и давления

Температура жидкого металла в тигле в процессе плавки замеряется вольфрамомолибденовой термопарой погружения. Устройство для введения термопары снабжено небольшой камерой с открывающейся дверкой- Камера отсекается от плавильной камеры и вакуумной системы двумя шиберами (см. вакуумную схему печи). Камера и система шиберов позволяют производить замену наконечников и ремонт горячего спая термопары без нарушения вакуума в плавильной камере. Для смены наконечника или ремонта термопары ее подтягивают так, чтобы горячий спай оказался в центре камеры, и перекрывают шиберы, ведущие в плавильную камеру и к насосу. Затем открывают дверцу и производят необходимый ремонт. Алундовый наконечник термопары удерживается на ней специальными прижимами. Показания термопары при замере темпер атуры регистрируются ирибором-у к аз ателем. Т емпер ату р а металла может также измеряться цветовым электронным пирометром типа ЦЭП-2А, который непрерывно показывает температуру па продолжении всей плавки. Для установки электронного пирометра на плавильной камере предусмотрено специальное место. При наличии цветового электронного пирометра термопара погружения выполняет функции периодического контроля показаний пирометра. Разрежение в плавильной камере и камере дегазации форм замеряется с помощью двух вакуумметров ВИТ-1. Каждый из вакуумметров соединен, кроме того, с самописцами, которые записывают на диаграмму изменение давления во времени в обеих камерах. Запись давления в процессе плавки на движущуюся лепту дает весьма наглядное представление о колебаниях давления в процессе плавки и заливки- На диаграмме обычно отмечают основные моменты ведения плавки: время включения насосов и генератора, подплавление и полное расплавление металла, время введения присадок, замера температуры слива и др. Каждая диаграмма нумеруется порядковым номером плавки и сохраняется вместе с плавильным журналом. Диаграмма позволяет в любой момент проверить ход плавки.

Подготовка печи к плавке

Вакуумная индукционная печь непрерывного действия при тщательной ее подготовке может работать несколько дней без нарушения вакуума в плавильной камере. Продолжительность кампании печи зависит в первую очередь от стойкости тигля и надежности его работы в условиях вакуума. Обычно в начале освоения технологического процесса камеру открывают один раз в сутки, постепенно увеличивая продолжительность работы без нарушения вакуума до 3—4 и более дней.

Перед началом работы индуктор и тигель должны быть тщательно осмотрены. При необходимости тигель подмазывают огнеупорной массой с последующей его просушкой. Если тигель пришел в негодность, его заменяют или производят заново набивку. Для осмотра тигля, ремонта или замены новым открывают дверцу подвески печи и выводят плавильную печь из литейной камеры наружу. Замена индуктора с тиглем производится путем отсоединения фланцев входного и выходного концов индуктора и освобождения цапф из подвесок консоли.

Из внутреннего пространствЙ плавильной камеры удаляют мусор, образовавшийся во время проведения плавок в виде кусочков керамической массы, настылей металла, налета на стенках, удаляют шлак из шлаковпи. Остатки керамического мусора и пыли удаляют с помощью мощного пылесоса. Внутренние стенки плавильной камеры тщательно промывают бензином или спиртом. Стекла смотровых окон освобождают от копоти. Следует также внимательно осмотреть уплотнительные резиновые прокладки.

Если производилась замена плавильной печи, то перед тем как ввести ее в плавильную камеру, следует пустить воду охлаждения на индуктор и проверить на течь. Дверцу подвески печи можно закрыть лишь после того, как будет полная уверенность в герметичности системы водоохлаждения индуктора, исправности изоляции его витков п выводов. После проверки агрегатов, расположенных внутри плавильной камеры, необходимо тщательно осмотреть камеру дегазации форм. Особое внимание следует обратить на исправность электроподогреватслей и теплоизолирующих экранов. На последних не должно быть коробления и выступающих частей. Для того чтобы убедиться в беспрепятственном продвижении платформы, ее прогоняют несколько раз в плавильную камеру и обратно. Установленные на платформе формы должны свободно с большим зазором проходить в пространстве между подогревателями и защищенными. экранами окнами шлюза. В противном- случае, при подаче форм под заливку в процессе плавки формы могут зацепиться и вывести из строя механизм передвижения платформы.

После проверки вакуумной печи в целом необходимо пустить воду охлаждения на узлы печи и насосы, которые будут работать во время плавки. Далее следует подготовить шихту, зарядить вымораживающую ловушку охлаждающей смесью и приступить к плавке.

Плавка металла и заливка форм

Конструкция вакуумной индукционной печи непрерывного действия предусматривает возможность работы па различных шихтовых материалах, т. е, выплавлять сплав непосредственно в печи из исходных компонентов или путем переплава готового чушкового металла. В случае применения пленообразующего сплава на никельхромовой основе, легированного алюминием и титаном, наиболее простой и короткий процесс плавки и отливки деталей из этого сплава получается, когда в качестве шихты употребляется готовый чушковый сплав, предварительно выплавленный в вакууме. Процесс переплавки такого сплава в вакуумной печи прост, обеспечивает максимальную производительность и лучшие свойства литых деталей.

Плавка и заливка могут происходить как в вакууме, так и в среде нейтрального газа. В случае применения при плавке или разливке нейтрального газа производительность работы печи понижается, так как затрачивается дополнительное время на откачку насосами нейтрального газа и восстановление вакуума после каждой плавки. Выплавка сплава на никельхромовой основе в вакууме непосредственно из исходных компонентов и разливка полученного сплава осуществляется следующим образом.

После соответствующей подготовки печи к плавке в тигель загружают нарезанный на пластины электролитический никель, мелкие куски электролитического, рафинированного в водороде хрома, штабики порошкового молибдена, штабики вольфрама, разрезанные¹ слитки кобальта. Модифицирующие добавки — алюминий, титан, бор и др. — загружают в дозатор.

Загрузку шихты в тигель осуществляют механизмом загрузки. Шихту укладывают в контейнер, раскрывающееся дно которого; предварительно связывают тонкой алюминиевой проволокой, и плавно опускают в тигель. Алюминиевая проволочка при соприкосновении с раскаленным тиглем расплавляется, и шихта опускается на дно тигля.

После загрузки шихты включают механический насос ВН-6Г н производят вакуумирование плавильной камеры- При достижении вакуума 1-10^-2 лен рт. ст. включают бустерный насос БН-4500, который увеличивает разрежение в камере. Одновременно с пуском бустерного насоса включают генератор сначала на малую, а затем на полную мощность.

По мере подплавления и оседания металла в тигле вводят очередную порцию шихты; для подгрузки шихты следует улавливать момент, когда еще не. произошло полного расплавления металла, с тем чтобы порция шихты из контейнера опускалась на твердые куски, оставшиеся от предыдущей загрузки. Шихта, постепенно прогреваясь и освобождаясь от газов, медленно погружается в расплав. Если же холодную и недегазированную шихту из контейнера сразу опустить в жидкую ванну, то возможны сильные выбросы металла из тигля и его разбрызгивание.

Подплавление металла обычно начинается в момент, когда вакуум в плавильной камере достигает величины 9—7 леи рт. ст. При доведении металла до полного расплавления в расплав из дозатора вводят алюминий, титан, бор и другие добавки. Бор обычно вводят в виде лигатуры хром-бор или никель-бор (для сплавов на хромоникелевой основе). В момент введения добавок наблюдается кратковременное резкое падение вакуума, который вслед за этим быстро восстанавливается. За несколько минут до слива металла вводят углерод. Углерод вводят в виде порошка электродного боя, завернутого в алюминиевую фольгу. Затем металл перемешивают. Углерод иногда закладывают непосредственно в тигель вместе с шихтой или вводят его вместе с добавками.

В процессе плавки температура жидкого металла поддерживается в соответствии с требованиями инструкции па выплавку данной марки сплава. По окончании плавки металл разливают в кокиль, изложницы или в формы.

Заливка форм в вакууме сплавом на никельхромовой основе производится, как правило, при температурах 1500—1550°. В случае применения при заливке нейтрального газа эту температуру несколько увеличивают. Необходимость поднятия температуры вызывается потерей жидкотекучести сплава при наличии в камере аргона или гелия по сравнению с жидкотекучестью в вакууме. За 20—25 мин. до начала слива металла в камеру дегазации загружают предварительно прокаленные при 950" в камерной электропечи формы. Формы сначала устанавливают на платформу, находящуюся па тележке; при этом формы следует выровнять так, чтобы центры литниковых чаш всех форм находились па одной прямой линии, а края форм не выступали над краем платформы. Позади всех форм устанавливают футерованный ковш для слива небольшого количества металла из тигля, оставшегося после заливки форм. Затем тележку с установленными формами подкатывают вплотную к камере дегазации и включают механизм для передвижения платформы. Загрузив формы в камеру, включают насосы и производят вакуумирование камеры. Электроподогреватели камеры включают несколько раньше с тем, чтобы они успели набрать температуру к моменту загрузки форм.

При достижении в камере определенного разрежения открывают шлюз, соединяющий камеру дегазации с плавильной камерой. Так как давление в камере дегазации при откачке из нее газов только механическим насосом было выше, чем в плавильной, то вакуум сначала падает, а затем быстро выравнивается и достигает 1-Ю^-3— 5-10^-3 лиц рт. ст. в обеих камерах. По окончании режима дегазации форм последние передвигают в плавильную камеру под заливку. Продолжительность нахождения форм в камере дегазации рассчитывают таким образом, чтобы подача их под заливку согласовывалась с окончанием приготовления сплава в тигле плавильной камеры. После установки форм под заливку производят последний замер температуры металла в тигле и приступают к заливке форм. Для этого поворачивают промежуточные воронки для слива металла так, чтобы отверстие воронки совпадало с центром литниковой чаши формы, после чего наклоняют тигель и тонкой струей сливают металл. Для того чтобы при заливке было минимальное разбрызгивание, зазор между формой и воронкой должен быть небольшим. Струя металла сначала ударяет в конусообразную поверхность сливной воронки, а из нее уже более плавно заполняет форму. Регулирование порции металла в каждую форму осуществляют наклоном тигля. Заливка шести-восьми форм обычно продолжается 1,5—2 мин. После слива металла из тигля последний быстро очищают от настылей и шлака с помощью счищалки и шлаков ни и приступают к очередной плавке. Залитые формы выдерживают некоторое время для окончания кристаллизации, подают на разгрузку, и цикл повторяется.

В случае применения шихты в виде слитков, выплавленных в атмосфере воздуха, процесс ведения плавки значительно упрощается, и продолжительность его будет короче. Однако ввиду того, что сплав этот окислен, возможность получения чистых от окисных плен отливок в этом случае меньше по сравнению с процессом, когда применяется шихта, составленная из свежих компонентов.

Работа на сплаве, выплавленном в атмосфере воздуха, протекает следующим образом: с помощью механизма загрузки или большого дозатора (емкостью 60 кг) загружается первая порция шихты в тигель. Включают механические насосы и создают разрежение в плавильной камере. Затем включают бустерный насос и генератор. По мере подплавления металла из дозатора с помощью бадьи или с помощью контейнера механизма загрузки вводят оставшиеся слитки, не нарушая при этом вакуум в плавильной камере.

Металл нагревают до расплавления и снимают шлак с поверхности жидкой ванны с помощью мешалки. Затем поднимают температуру металла и дают выдержку до исчезновении всплывших на поверхность окисных плен и удаления из металла газов. За несколько минут до слива металла в расплав вводят углерод в количестве 0,02—0,03% °т веса металла с целью компенсации его угара в процессе плавки.

Загрузка форм в камеру дегазации, их вакуумирование и подача под заливку осуществляется так же, как и при процессе плавки на шихте из свежих компонентов. При отливке в вакууме слитки и отливки иногда получаются пористыми. Это можно объяснить тем, что при данных условиях кристаллизации количество растворенного в расплаве газа больше растворимости его в твердом состоянии. Если металл закристаллизовать в тигле и снова расплавить с повторением такой операции несколько раз, можно создать условия для уменьшения пористости. С этой же целью перед сливом металла в изложницу или форму в печи создают повышенное давление напуском в камеру нейтрального газа. Заливка в среде нейтрального газа почти ничем не отличается от заливки в вакууме. Инертный газ (обычно аргон) вводят в камеру, создавая в зависимости от надобности давление от 20—100 до 760 лги рт. ст. Введение инертного газа создает лучшие условия не только для кристаллизации отливки, по также значительно сокращает разбрызгивание струи металла, придавая ей ламипарность истечения. Последнее обстоятельство значительно облегчает заливку металла в формы, избавляя от необходимости предусмотрения в литниковой системе форм больших по размеру- литниковых чаш. График изменения давления в процессе плавки с применением шихты в виде слитков, выплавленных в атмосфере воздуха, и заливки форм точного литья приведен на фиг. 67. Здесь показано изменение давления в камере форм двумя насосами ВЫ-6Г и Б11-4500. Для упрощения схемы и сокращения продолжительности никла плавки можно создавать разрежение в камере форм только одним насосом ВН-6Г( см. вакуумную схему печи фиг. 60).