Производство стали в вакуумных дуговых печах. Вакуумные дуговые печи (ВДП) подразделяют на печи с нерасходуемым и расходуемым электродом. Нерасходуемый электрод изготавливают из вольфрама или графита. При плавке с нерасходуемым электродом измельченная шихта загружается в водоохлаждаемый медный тигель и под действием электрической дуги расплавляется, рафинируется от вредных примесей и затем кристаллизуется в виде слитка.
Эти печи промышленного применения не нашли, так как в них не возможно получать слитки большой массы. В настоящее время распространение получили вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом. Рисунок 64 Схема вакуумной дуговой печи 1–источник питания; 2–рабочая камера; 3–электродержатель; 4–механизм подачи электрода; 5–к вакуумным насосам; 6–электрод; 7–жидкий металл; 8–слиток; 9–кристаллизатор; 10–шток для подъема поддона; 11–поддон.
Здесь представлена схема ВДП с расходуемым электродом. Печь состоит из рабочей камеры, медного водоохлаждаемого кристаллизатора, электрододержа¬теля, механизма подачи электродов и системы вакуумных насосов. Расходуемый электрод крепится к электродержателю, который через вакуумное уплотнение проходит сквозь верхний торец рабочей камеры. Электродержатель служит для провода тока к электроду и фиксации его в ка¬мере печи. Электродежатель с помощью гибкой подвески связан с механизмом подачи электрода.
Расходуемый электрод представляет собой подлежащий пере¬плаву исходный металл. Он может быть круглого или квадратного сечения. Как правило, расходуемые электроды содержат все необходимые легирующие эле¬менты. Диаметр электрода выбирается таким, чтобы зазор между электродом и стенкою кристаллизатора был больше длины дуги, горящей между электродом и ванной жидкого металла. В противном случае возможен переброс электрической дуги на стенку кристаллизатора.
Кристаллизатор представляет собой медную водоохлаждаемую трубку со стен¬кой толщиной от 8 до 30 мм. Кристаллизаторы бывают двух типов: глухие и сквозные. При плавки металла в сквозном кристаллизаторе можно вытягивать слиток вниз по ходу плавки. Сквозные кристаллизаторы применяют при плавке тугоплавких металлов и сплавов. При плавке стали используют глуходонные кри¬сталлизаторы.
Сверху кристаллизатор имеет фланец. Через кристаллизатор к слитку подводится ток. Вакуумные дуговые печи работают как на постоянном, так и на постоянном токе. При переплаве стальных электродов применяют постоянный ток. «Плюс» подается на электрод, «минус» – на слиток. После установки расходуемого электрода в камере печи и откачки ее до необ¬ходимого давления (около 10-2 Па) зажигают электрическую дугу между электро¬дом и металлической затравкой, лежащей на дне кристаллизатора.
Под действием тепла электрической дуги нижний торец электрода оплавляется и капли металла стекают в кристаллизатор, образуя жидкую металлическую ванну. По мере оплав¬ления электрод с помощью механизма подается вниз для поддержания расстояния между электродом и металлом. Рафинирование металла от вредных примесей происходит во время прохожде¬ния жидких капель металла через электрическую дугу и с поверхности расплава в кристаллизаторе. Одним из преимуществ вакуумного дугового переплава является отсутствие контакта жидкого металла с керамическими материалами.
Основной недоста¬ток – ограниченное время пребывания металла в жидком состоянии, что суще¬ственно снижает рафинирующие возможности вакуума.