Кеменов В.Н., Нестеров С.Б. Вакуумная техника и технология, страница 4

Векшинского – 45лет со дня основания // Вакуумная техника и технология. Спб.:1992. Т.2. № 3,4. С.2−8.Кеменов В.Н. Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского накануне 55-летия со дня основания//Сб. докл. 5-го Междунар.симпоз. «Вакуумные технологии и оборудование»/ Под ред.

В.И. Лапшина, В.М. Шулаева. Харьков:2002.С. 6.Лазарев Б.Г. Истоки криовакуума // Труды Украинского вакуумного общества. Киев. 1995.Т.1.С.20−27.2. ВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИРазвитие практически всех отраслей металлургической промышленности связано с интенсивным использованием вакуумной техники. В металлургии − печей и средств внепечной обработки в технологических процессах, обеспечивающих выплавку высокочистых металлов и сплавов. В порошковой металлургии вакуумная технология находит применение для завершающей стадии компактирования − спеканиятвердых сплавов, постоянных магнитов и пр.

Вакуумные процессыэлектроннолучевой и термодиффузионной сварки позволяют получатьнеразъемные соединения приборов, деталей конструкций машин и сооружений в ядерной, автомобильной, электронной и других отрасляхпромышленности.2.1. Вакуумная внепечная обработкаОсуществление многих вакуумных технологических операций,таких как дегазация (непрерывная, при нагреве, частичная), раскисление, обезуглероживание и прочее вне печи позволяет расширить воз-15можности сталеплавильных агрегатов, в частности, кислородных конверторов и мартеновских печей по сортаменту выплавляемого металла,и поставлять новые виды продукции с требуемым химическим составоми свойствами. Процесс выплавки стали в этих агрегатах упрощается исводится только к расплавлению шихты, удалению вредных примесей,окисных включений, избытка углерода и нагреву металла до заданнойтемпературы.Одним из эффективных методов повышения качества стали является раскисление стали углеродом в вакууме в связи с возможностьюсущественного снижения содержания кислорода и получения мелкойдендритной структуры слитков.

Развитие реакции обезуглероживания ввакууме широко используется для получения стали с низким содержанием углерода (менее 0.01%), главным образом электротехнических исталей для эмалирования с одноразовым покрытием. Этот процесс позволяет сократить продолжительность дорогостоящего обезуглероживающего отжига стального листа или отказаться от него вообще [1,2].Порционные и циркуляционные установки внепечного вакуумирования используют для изготовления широкого сортамента нержавеющей стали, содержащих менее 0,02% углерода и хорошо полирующихся и обладающих высокими антикоррозионными свойствами. Например, на установках циркуляционного вакуумирования завода в Рурорте (Германия) и ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат"содержание углерода в металле составило 0,003% [2, 3].Процесс вакуумной дегазации, т.е.

удаление из жидкого металла растворенных в нем газов, обеспечивает не только получение металлас минимальным содержанием вредных примесей, но и способствуетулучшению его свойств. В настоящее время вакуумная дегазация широко используется производителями стального листа в автомобилестроении, так как стальные листы достигают при такой обработке повышенного предела текучести [4]. При этом дегазацию жидкого металла вовсем его объеме обеспечивает наиболее простой процесс вакуумнойобработки в ковше.К вакуумной внепечной обработке относится вакуумная обработка стали и сплавов в ковше, вакуумирование стали в струе, вакуумирование металла мелкими порциями всасыванием или принудительнойциркуляцией металла из ковша в специальный вакуумный резервуар.Удобной в промышленной эксплуатации оказалась установкадля ковшового вакуумирования завода "Днепроспецсталь" [5].

Стальнаясварная камера цилиндрической формы шарнирно соединена с крышкой, подъем и опускание которой производится с помощью электриче-16ской лебедки. В центре крышки имеется закрывающийся контейнер (дозатор) с открывающимся днищем для введения в ковш различных легирующих добавок и раскислителей. Вакуумная обработка производитсяпри остаточном давлении 3⋅103−3.5⋅103 Па.Эффективность способа вакуумирования стали в ковше можетбыть увеличена за счет принудительного перемешивания металла припомощи электромагнитного поля [2].

Современные установки для вакуумирования стали в ковше с электромагнитным перемешиваниемобеспечивают хорошую дегазацию всего находящегося в ковше металлаи равномерное распределение вводимых в ковш раскислителей и легирующих добавок.Вакуумирование стали в струе применяется для удаления водорода из стали при отливке слитков для крупных поковок. Распространение этого варианта внепечной обработки объясняется сравнительнойпростотой практического осуществления и высокой скоростью дегазации. В общем случае установка этого типа состоит из вакуумной камеры с изложницей, ковша с металлом, ограничителя разбрызгиванияструи, вакуумного затвора и вакуумного насоса. Самые крупные слитки, отливавшиеся в вакууме, имели массу около 400 т и предназначались для роторных валов атомной электростанции [6].Для вакуумирования в струе слитков относительно небольшихразмеров применяют метод перелива из ковша в ковш.

Порционный ициркуляционный методы вакуумирования отличаются от рассмотренных выше тем, что воздействию вакуума здесь одновременно подвергается только часть металла, засасываемого из обычного сталеразливочного ковша в расположенную над ним вакуум-камеру через всасывающий патрубок, погруженный в металл. Принципиальным различиеммежду этими методами является способ и характер перемещения металла из ковша в вакуум-камеру и обратно.Для установок внепечного вакуумирования широко применяются пароэжекторные вакуумные насосы, представляющие собой агрегаты из нескольких (4−6) последовательно соединенных эжекторов,обеспечивающих в целом скорости откачки и требуемое остаточноедавление.

Для ускорения откачки системы до рабочего состояния в установках внепечного вакуумирования предусматриваются пусковыеэжекторы (один или два), включаемые параллельно основному рабочему насосу. Эти эжекторы способны очень быстро откачать систему до1⋅104 − 2⋅104 Па, после чего отключаются.172.2. Вакуумные электропечиВакуумные электропечи получили широкое распространение всвязи с возникновением таких отраслей промышленности, как атомная,ракетная и пр. Вакуумная плавка металлов и сплавов в печах позволяетзначительно снизить содержание газов и количество неметаллическихвключений, обеспечить высокую однородность и плотность слитка засчет направленной кристаллизации жидкого металла, значительноулучшить физико-механические свойства металла.По принципу устройства и назначения вакуумные электропечиделятся на следующие типы: дуговые, индукционные, электроннолучевые и сопротивления.Вакуумные дуговые печи используются для выплавки качественных сталей − нержавеющих, конструкционных, электротехнических,шарикоподшипниковых; жаропрочных сплавов, тугоплавких и высокореакционных металлов.

Основные особенности конструкции печи приводятся ниже. Расходуемый электрод крепится на штоке, к которомуприсоединен отрицательный полюс источника постоянного тока. Штокэлектрода вводится в вакуумное пространство печи. Между концомэлектрода и прокладкой поддона кристаллизатора возникает электрическая дуга. Материал электрода под влиянием тепла дуги расплавляетсяи стекает в кристаллизатор, где затвердевает и из него постепенно формируется слиток. Электрод, служащий одним полюсом дуги, можетбыть расходуемым и нерасходуемым.

Нерасходуемый электрод участвует в процессе только как проводник тока. Другой принципиально отличный тип вакуумной дуговой печи - печь для плавки в гарнисаже,особенностью которой является наличие водоохлаждаемого тигля, заполненного металлом. Стенки тигля покрыты коркой застывшего металла, отделяющего жидкий металл от стенок тигля. Благодаря этойкорке (гарнисажу) выплавляемый металл не контактирует с материаломтигля и поэтому не загрязняется им.

В плавильном пространстве припомощи системы вакуумных насосов (форвакуумных ротационных илибо бустерных, либо высоковакуумных паромасляных, соединенныхпоследовательно с бустерным) поддерживается давление порядка10−10-1 Па [7].Вакуумные индукционные печи применяются для плавки и разливки различных металлов и сплавов, причем наибольшее распространение получили плавильные печи с наклоняемым тиглем внутри стационарного кожуха [7, 8].

Принцип работы печей заключается в том,что в огнеупорном тигле, установленном в вакуумной камере, при по-18мощи высокочастотного индуктора расплавляют твердую шихту (отходы специальной заготовки, чистые металлы и ферросплавы) и рафинируют жидкий металл; печи могут работать и на жидкой садке. Печи откачиваются диффузионными насосами, обеспечивающими достаточнонизкие остаточные давления − меньше 10 Па. В последние годы ведутсяинтенсивные разработки по созданию промышленной вакуумной плазменно-индукционной печи.