Технические характеристики Вакуумных индукционных печей

По конструктивному исполнению вакуумные индукционные тигельные печи можно классифицировать следующим образом:
а) поворотные печи с фиксированной изложницей;
б) поворотные печи с качающейся изложницей;
в) поворотные печи с выносной разливочной камерой;
г) печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха;
д) печи с неподвижными кожухом и тиглем;
е) печи с индуктором, расположенным вне вакуумного пространства.

Поворотная печь с фиксированной изложницей (рис. 2.20, а) представляет собой герметичный кожух с крышкой 2 и боковой горловиной для присоединения камеры изложницы 7. Фланцы крышки и горловины имеют, как и у вакуумных печей других конструкций, резиновые уплотнения и охлаждаются водой для предохранения резиновых прокладок от перегрева. При сливе металла из тигля 3 в изложницу 8 наклоняется вся печь вместе с кожухом; изложница неподвижна относительно тигля.
Откачка производится через полую ось наклона 5, что избавляет от необходимости устройства гибкого вакуум-провода. Печь снабжена застекленным смотровым окном 6 и ломи-ком 4, проходящим сквозь вакуумное уплотнение в крышке и позволяющим осаживать шихту без нарушения вакуума.
Недостатком печи является попадание металла при сливе на боковую стенку изложницы, что приводит к ее размыву, а также ухудшает условия кристаллизации слитка, портит его поверхность и затрудняет извлечение его из изложницы. Для устранения этого недостатка разработаны поворотные печи с качающейся изложницей (рис. 2.20, б). В такой печи изложница, подвешенная на

Рис. 2.20. Поворотные вакуумные индукционные тигельные печи: а – с фиксированной изложницей; б – с качающейся изложницей; в – с выносной разливочной камерой

цапфах, располагается в достаточно просторной камере и при повороте печи занимает вертикальное положение в течение всего времени сливания металла.
По режиму работы обе рассмотренные печи относятся к классу печей периодического действия: при каждом рабочем цикле в печь напускается воздух и крышка печи поднимается. Емкость таких печей не превышает нескольких сотен килограммов.
Значительно большую емкость – 10 т и более - могут иметь вакуумные поворотные печи с выносной разливочной камерой (рис. 2.20, в), поскольку плавильная камера 1 такой печи при заданной ее емкости имеет минимальные размеры, а в отдельной разливочной камере 2 может располагаться на поворот-ном столе 4 большое число изложниц или форм 3. При разливке поворачивается плавильная камера; сливаемый металл по наклонному желобу 5, проходящему в соединительном патрубке 6, ,попадает в изложницу, находящуюся в разливочной камере.
Печи с выносными разливочными камерами могут быть как периодического, так и полунепрерывного действия. Последние отличаются сохранением вакуума в плавильной камере в течение всей эксплуатации, длительность которой определяется состоянием тигля. Это резко повышает производительность печи за счет исключения операции откачки в каждом рабочем цикле и улучшает качество выплавляемого металла благодаря меньшему ко-личеству адсорбированных печью газов.
Печи полунепрерывного действия с выносной разливочной камерой оборудуются механизмом для втягивания желоба 5 в плавильную или разливочную камеру и вакуумным затвором, перекрывающим соединительный патрубок 6. Кроме того, они имеют загрузочную камеру, располагающуюся над тиглем и также отделяющуюся от плавильной камеры вакуумным затвором. Такое устройство позволяет производить загрузку печи и извлечение изложниц из разливочной камеры без нарушения вакуума в плавильной камере.
Вакуумные печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха имеют наибольшее распространение. Их преимущества - возможность заливки металла в любое число изложниц или форм, удобство наблюдения за процессом разливки благодаря неподвижности смотровых окон, жесткое крепление системы откачки к кожуху печи без поворотных уплотнений. Печь с неподвижным кожухом и наклоняющимся тиглем периодического действия (рис. 2.21) имеет устройство для осаживания шихты 1 и смотровое окно 2, камера изложниц у нее не отделяется от плавильной камеры.
Печь полунепрерывного действия отличается от нее наличием загрузочной камеры и камеры изложниц, отделяемых вакуумными затворами от плавильной камеры и от цеха.
Вакуумные печи с неподвижным кожухом и тиглем имеют донную разливку металла. Они выполняются небольшой емкости и позволяют получать слитки без неметаллических включений, поскольку шлак и примеси находятся на поверхности металла. Кроме того, печь с донным сливом имеет минимальные размеры кожуха, а срок службы тигля в такой печи возрастает благодаря отсутствию механических нагрузок, связанных с наклоном. Отверстие в дне тигля запирается внутренним или наружным стопором либо с помощью расплавляющейся пробки.
Достоинство печей с внутренним стопором (рис. 2.22) - возможность свободного истечения металла и выпуска его порциями, а недостатки - необходимость изготовлять шток стопора из материала, обладающего высокой огне-упорностью и химической стойкостью, а также уменьшение полезной емкости тигля и ухудшение условий его загрузки.
Печи с наружным стопором (рис. 2.22, б) лишены этих недостатков, но во избежание утечки металла пробка должна прижиматься к дну тигля с большой силой, а при открывании отверстия — быстро отводиться в сторону, чтобы предотвратить разбрызгивание металла и размыв пробки.
Наиболее надежно работают печи с донными стопорами, имеющие графитовые тигли и графитовые пробки.

Рис. 2.21. Вакуумная индукционная тигельная печь с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха	Рис. 2.22. Вакуумные индукционные тигельные        печи с неподвижным кожухом и тиглем

Печи с донной разливкой с помощью расплавляющейся пробки, которая изготовляется из того же металла, что и расплавляемый в тигле, имеют удлиненный сливной носок, оборудованный дополнительным индуктором для расплавления пробки по окончании плавки.
Отдельную группу составляют печи с индуктором, расположенным вне вакуумного пространства (рис. 2.20, б), имеющие обычно донную разливку. В качестве кожухов этих печей, которые должны быть непроводящими и немагнитными, газонепроницаемыми и термостойкими, используют трубы из кварца или плавленого электрокорунда, уплотненные на торцах стальными крышками. Однако по условиям механической прочности эти трубы не могут быть большого диаметра, вследствие чего печи такого типа не получили широкого распространения.
Помимо указанных выше, современные вакуумные печи имеют различные приспособления, позволяющие без нарушения вакуума производить необходимые технологические операции: бункера для дополнительных порций шихты, дозаторы для введения в тигель в определенном порядке присадочных материалов, устройства для измерения температуры жидкого металла термопарой и для взятия его проб, скребки для зачистки тигля после слива металла и др.
Герметичный кожух вакуумной индукционной печи представляет собой металлический замкнутый виток, охватывающий индуктор (исключение составляют печи с индуктором вне вакуумного пространства и неметаллическим кожухом). Увеличение диаметра кожуха с целью снижения потерь в нем связано с возрастанием вакуумируемого объема и необходимостью использования более мощной откачной системы, что нежелательно. Поэтому вакуумные печи даже небольшой емкости часто выполняют с магнитопроводом, что позволяет резко сократить потери в кожухе, не увеличивая его размеров. Для вакуумных печей удельные потери с поверхности пакетов магнитопровода не должны превышать 525 Вт/м2 при вакууме 2,5 Па и 475 Вт/м2 при 0,15 Па. Следует указать, однако, что магнитопровод усложняет конструкцию печи и снижает ее вакуумные свойства, так как стальные пакеты имеют развитые поверхности, которые адсорбируют газы.
В зависимости от степени разрежения различают низковакуумные печи, работающие при давлении до 10 Па, средневакуумные - от 10 до Па и высоковакуумные, работающие при давлении ниже 210−210− Па. Большая часть вакуумных индукционных тигельных печей относится к низко- и средневакуумным.
Система откачки печи состоит обычно из двух последовательно соеди-ненных вакуумных насосов: механического, форвакуумного, позволяющего достигнуть давления 1 Па, и диффузионного, создающего более глубокое разрежение, но не могущего работать при выпускном давлении, превышающем 100 - 150 Па.
Для получения некоторых сплавов применяют так называемые вакуум-но-компрессионные печи, которые могут работать как при пониженном, так и при повышенном давлении. Использование их целесообразно, например, при необходимости введения в сплав летучих компонентов. В этом случае плавку проводят в вакууме, а в конце процесса создают в печи повышенное давление инертного газа, после чего вводят летучие присадки.