Плавка стали в индукционных печах

Некоторое количество стали выплав­ляется в тигельных индукционных пе­чах, в которых расплавляемый металл находится в керамическом тигле, по­мещенном внутрь многовиткового ци­линдрического индуктора (рис. 17.22). Диапазон емкостей современных ти­гельных индукционных печей весьма велик — от нескольких килограммов (в основном для исследовательских работ в лабораториях) до десятков тонн. Под действием переменного магнитного поля, создаваемого индук­тором, в нагреваемом металле индуци­руется электродвижущая сила. За счет джоулева тепла, выделяющегося в ме­талле под действием тока, металл на­гревается и плавится.

Электромагнитные силы оказыва-

Рис. 17.22. Тигельная индукционная печь:

1 — жидкая сталь; 2— шлак; 3 — водоохлаждаемая катушка индуктора; 4— огнеупорная футеровка; 5— сливной носок; 6 — огнеупорный кирпич; 7—тер­моизоляция

Рис. 17.23. Промышленная тигельная откры­тая индукционная печь:

1 — механизм подъема и отворота свода; 2 — тигель; 3— индуктор; 4 — магнитопроводы (ферромагнит­ные экраны); 5— кожух; 6—сигнализатор; 7—ме­ханизм наклона

ют на жидкий металл статическое и динамическое воздействия, в резуль­тате чего верхняя часть металла отжи­мается от стенок тигля, а во всем объе­ме возникает электродинамическая циркуляция. Выпуклый мениск затрудняет обработку металла шлаком, поскольку шлак стекает к стенкам тигля; достаточно высокая скорость турбулентного движения металла уси­ливает износ футеровки. В принципе, если электромагнитные силы доста­точно велики и могут уравновесить действие гравитационных сил тяжес­ти, можно осуществить индукцион­ную плавку во взвешенном состоянии, без тигля (бестигельная плавка).

Практически в обычных индукци­онных печах шлак нагревается от жид­кого металла. Если шлак холодный и вязкий, то соответственно нет условий для удаления серы и фосфора. Этот не­достаток таких печей в какой-то мере устраняется использованием крышек (рис. 17.23), а в некоторых современных установках — плазменных горелок.

К достоинствам индукционных пе­чей относятся: 1) отсутствие электро­дов и соответственно отсутствие науг­лероживания металла; 2) отсутствие дуг и соответственно меньше насыще­ние металла азотом и водородом; 3) перемешивание металла; 4) возмож­ность выплавлять металл в любой контролируемой атмосфере и вообще в вакууме (рис. 17.24), а соответствен но и малый угар легирующих, отсут­ствие газов и т. п.

Рис. 17.24. Тигельная вакуумная индукционная печь:

7 8— подвижная и неподвижная части корпуса соответственно; 2— тигель; 3 — механизм наклона; 4— камера загрузки; 5 — дозатор; 6— рабочая площадка; 7— устройство для чистки тигля

Другими словами, качество метал­ла, выплавляемого в индукционных печах, в значительной мере определя­ется качеством шихты. По существу, плавка в таких печах есть переплав чи­стой, специально отобранной метал-лошихты с добавкой ферросплавов, лигатуры и некоторого количества шлакообразующих добавок.

Футеровка тиглей может быть кислой (кварцевый песок, кварцит) или основной (порошок магнезита или хромомагнезита). В огнеупорах для печей высокой частоты должны от­сутствовать токопроводящие и маг­нитные примеси, так как в высокоча­стотном поле они нагреются, опла­вятся, что может привести к прогора­нию тигля. Стойкость основной футеровки может достигать 100 пла­вок, стойкость кислой футеровки выше.