Получение компактного титана

Высокая температура плавления титана в сочетании с высокой химической активностью не позволяют плавить титан в обычных металлургических печах. Чтобы титан не стал хрупким в результате загрязнения газами и другими примесями, плавку и литье проводят в вакууме, что способствует испарению примесей из губки, или в атмосфере инертного газа высокой чистоты, а также не допускают соприкосновения металла с огнеупорными материалами.

Применяют несколько методов плавки титана, предотвращающих его загрязнение:

1) вакуумная дуговая плавка - самая распространённая технология;

2) плавка в печи с гарниссажем – новая уникальная технология, не имеющая аналогов в мире, позволяет получать однородные по структуре рафинированные слитки титана;

3) плазменно-дуговая плавка - позволяет переплавить любые измельчённые отходы губки. Источником тепла служит поток ионизированного газа (плазмы), подаваемого специальными устройствами - плазмотронами.

Титан и его сплавы получают методом плавки в дуговых вакуумных печах двух видов: с нерасходуемым (графитовым) электродом (рис. 13) и с расходуемым (титановым) электродом (рис. 14). Высокий вакуум надежно защищает металл от загрязнения газовыми примесями. Плавление титановой губки происходит под действием тепла от электрической дуги, которая горит между электродом и поверхностью жидкого титана. Используют постоянный ток силой до 40 кА при напряжении 30-80 В; отрицательный полюс - электрод, положительный - выплавляемый слиток.

Рисунок 13 -Вакуумно-дуговая печь с нерасходуемым электродом 1 - поддон; 2 - корпус; 3 - соленоид; 4 - изложница; 5 - патрубок к вакуум-насосу; 6 - бустерный насос; 7 - дозаторы; 8 - бункер для легирующих материалов; 9 - бункер для губки; 10 – подающий механизм; 11 - подвижное уплотнение; 12 - смотровое окно; 13 - крышка; 14 - электрододержатель; 15 - графитовый электрод

Рисунок 14 -Вакуумно-дуговая печь с расходуемым электродом 1 - поддон; 2 - изложница; 3 - слиток; 4 - соленоид; 5 - расходуемый электрод; 6 - электрододержатель; 7 - смотровое окно; 8 - токоподводящий контакт; 9 - подающий механизм; 10 - подвижное уплотнение;  11 - патрубок к насосу

Все электродуговые вакуумные печи для плавки титана имеют общие основные узлы.

Корпус печи изготавливают из коррозионностойкой стали и соединяют с вакуумной системой.

Изложница - кристаллизатор самая важная часть печи, представляет собой медный цилиндр. В изложнице происходит горение дуги, плавление губки и кристаллизация слитка. При работе печи в кольцевой зазор между кристаллизатором и корпусом под давлением подается вода для охлаждения кристаллизатора. Высокая теплопроводность меди обеспечивает длительную работу кристаллизатора при воздействии жидкого металла и излучения дуги.

На корпус наматывается соленоид, который создаёт внутри кристаллизатора продольное магнитное поле. Взаимодействуя с электрической дугой, магнитное поле стабилизирует горение дуги и вращает жидкий металл. Изменяя ток на соленоиде, можно «сжимать» или «развертывать» дугу, усиливать или уменьшать перемешивание расплава.

П оддон закрывает кристаллизатор снизу и в начальный период плавки испытывает большие тепловые нагрузки. Поддон изготавливают из меди и также охлаждают водой, подаваемой под давлением.

Электрододержатель - предназначен для подачи напряжения и вертикального перемещения электрода.

Крышку и электрододержатель делают из стали. В крышке расположено смотровое окно, через которое при помощи перископа ведут визуальное наблюдение за ходом плавки.

Газоотводная система состоит из вакуумных насосов высокой производительности, вакуумпроводов, запорной арматуры и приборов контроля.