Рафинирование жидкого металла и разливка

За время существования вакуумной металлургии наибольшее развитие получили такие ее направления, как вакуумная плавка и дегазация. Десять лет назад, за исключением установок атомной промышленности, количество вакуумных печей в США было незначительным. К тому же они невелики по мощности. В настоящее время примерно на 15 заводах черной и цветной металлургии работают вакуумные индукционные печи емкостью от 0,5 до 1,5 т и дуговые вакуумные печи емкостью до 2250 кг. В титановой промышленности в дуговых печах чаще используют вакуум, чем защитные атмосферы.

В Германии на заводе фирмы «Бохумер ферайн» под вакуумом производится разливка плавок весом 150 т. Метод дегазации используется на заводе фирмы «Дортмунд хордер хюттенунион»; в США на промышленных установках вакуумная обработка стали применяется фирмой «Юнайтед Стейтс стил корпорейшн»; установки меньшего размера используются для дегазации при отливке цветных сплавов. Таким образом, вакуум начинает прочно укреплять свои позиции в промышленных процессах. В связи с этим можно сделать следующие выводы:

а) плавка в вакуумных индукционных печах позволяет повысить температурный предел использования жаропрочных сплавов для газовых турбин на 80°;

б) применение вакуумной дуговой плавки дает возможность получить комплекс материалов для дисков турбин с повышенными свойствами и лучшей пластичностью;

в) вакуумная обработка жидкой стали при разливке снижает в тяжелых отливках содержание водорода, отрицательно влияющего на свойства металла, что сокращает в результате время отжига в колодцах.

Использование вакуума как в индукционной или дуговой плавке, так и при обработке жидких металлов позволяет соответственно снизить стоимость этих процессов, что в свою очередь отражается на снижении себестоимости продукции. Ни один из этих методов не дает, однако, ответа на все поставленные вопросы как технического, так и экономического характера, но каждый из них имеет свои оптимальные сферы применения.

Вакуумная дегазация стали, по-видимому, будет единственным логическим путем для удаления водорода. Точно так же очевидно, что вакуумные индукционные печи являются единственным оборудованием, которое может быть применено при производстве точного литья или такой продукции, как жаропрочные сплавы. Возникает сомнение, что сложные реакционные сплавы можно изготовить комбинированной плавкой на воздухе электродов и переплавкой их в дуговых вакуумных печах. Небольшая часть таких сплавов, содержащих реакционные элементы, по-видимому, будет выплавляться в индукционных печах, а основ- ная их масса будет производиться в дуговых вакуумных печах путем переплавки электродов, выплавленных и отлитых в вакуумных индукционных печах.

Очевидно, что многие ковкие при высокой температуре магнитные и высокопрочные сплавы должны быть стандартизованы по содержанию в них газов, а в некоторых случаях и по вакуумной обработке. Многие виды литья должны производиться в вакууме или из металла, выплавленного в вакууме. Определенные виды литья из жаропрочных сплавов в настоящее время изготовляются именно таким образом; работы Лаборатории военно-морского флота показали, что вакуумная дегазация цветного литья, предназначенного для работы в критических условиях, должна быть обязательной.

В очень тяжелых отливках, предназначенных для изготовления валов генераторов или паровых турбин, содержание водорода должно быть ограниченно, что требует применения вакуумной обработки. При колебаниях влажности воздуха или состава сырых материалов имеются все основания для использования вакуумной обработки для понижения концентрации водорода. Несомненно, что популяризация технологии новых процессов дегазации, особенно основанных на работах, проведенных в США, может содействовать созданию промышленных вакуумных установок на ряде крупных сталелитейных заводов.

С этой точки зрения нам кажется, что существуют два главных положения в отношении нормального развития вакуумной плавки. Во-первых, признание производственниками и потребителями того, что ни один из методов вакуумной металлургии не является идеальным и что необходимо самое тщательное изучение (а не реклама) каждого из этих методов, прежде чем они будут внедрены в промышленность. Во-вторых, признание необходимости в координированных усилиях промышленности для разработки технических условий вакуумной технологии, которые будут иметь существенное значение для контроля качества металлов и будут также реальными с точки зрения их воспроизводимости. Игнорирование этих положений может привести к повторению ошибок, которые обойдутся очень дорого, и к возникновению разногласий между производственниками и потребителями.

Кроме относительно широко распространенных металлов, например железа, никеля, кобальта и титановых сплавов, приобретают возрастающее промышленное значение и такие металлы, как цирконий, уран, торий и хром. Вследствие их высокой реакционной способности и предъявляемых к ним требований в отношении высокой чистоты дуговая вакуумная плавка является лучшим способом для их производства.

Существует мнение, что при дуговой или индукционной вакуумных плавках проблема тигля и электрода не может быть решена. Однако найден новый метод решения этой проблемы, который заключается в электронной бомбардировке материалов в высоком вакууме. Двадцать лет назад ОБрайн применил этот метод для испарения металлов и огнеупорных материалов. Несколько позже Хальтгрен осуществил плавку небольших количеств тантала. Значительно позже Рокко и Сирс (фирма «Дженерал электрик») проводили исследование материалов, нагретых до 2100° при давлении 0,1 мк. рт. ст.; Дэвис и сотрудники использовали электронную бомбардировку для зонной плавки вольфрама и рения. Если удастся этот метод нагрева использовать в промышленном масштабе, тогда будет сделано многое в отношении вакуумной плавки ряда материалов. Однако этот метод может иметь и некоторые ограничения вследствие влияния испарения.