Способ плавки тугоплавких металлов в индукционной печи с холодным тиглем

 

(19)SU(11)1067904(13)A1(51)  МПК ⁶    _F27D11/06(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ПЛАВКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ В ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ С ХОЛОДНЫМ ТИГЛЕМ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам плавки тугоплавких металлов в индукционной печи с холодным тиглем. Известен способ индукционной плавки металлов, заключающийся в том, что расплавление загрузки ведут на полной мощности, а для расплавления мостов тигель печи наклоняют в сторону сливного носка или в противоположную сторону. Однако известный способ плавки является неприменимым при индукционной плавке тугоплавких металлов в холодном тигле. Если на индуктор сразу подать номинальную мощность, то большие куски загрузки будут растрескиваться от термических напряжений, так как с поверхности, в зоне выделения электромагнитной энергии, они быстро нагреваются, а средняя их часть относительно холодная. Значительная часть загрузки остается нерасплавившейся в виде моста из мелких кусочков, прозрачных для электромагнитного поля за счет микротрещин. Как показывает практика, в этом случае доля расплавившегося металла составляет 15-35% от всей загрузки, причем расплав сверху закрыт мостом, что полностью исключает подачу шихты в расплав. Расплавить мост путем наклона тигля невозможно, так как при контакте относительно небольшой массы расплава с водоохлаждаемой медной стенкой тигля расплав застывает и плавку приходится прекратить. Известен способ плавки тугоплавких металлов в индукционной печи с холодным тиглем, являющийся наиболее близким к предлагаемому способу, включающий плавку, которую начинают с пониженной мощности с последующим выходом на номинальную мощность, выдержку расплава, кристаллизацию. Однако известный способ не предотвращает образования мостов, удаление которых является трудоемкой операцией, сопровождающейся выплесками металла из тигля и повреждением его футеровки. Целью изобретения является исключение образования моста при расплавлении загрузки. Эта цель достигается за счет того, что в способе плавки тугоплавких металлов в индукционной печи с холодным тиглем, включающем плавку, которую начинают на пониженной мощности с последующим выходом на номинальную мощность, выдержку расплава, кристаллизацию, согласно изобретению, пониженную мощность выбирают равной 50-80% от номинальной мощности, причем пониженную мощность выдерживают до тех пор, пока загрузка не прогреется до температуры, равной 70-95% от температуры ее плавления. Вначале на пониженной мощности загрузку прогревают так, чтобы температура плавления всего объема шихты была одинаковой и близкой к температуре плавления. Как только этот режим будет достигнут, на индуктор подают номинальную мощность и практически одновременно расплавляют всю загрузку. Величину мощности, подаваемой на индикатор, в начале плавки определяют из условия быстрого нагрева загрузки и отсутствия ее расплавления. Этим требованиям отвечает величина мощности на индукторе, определенная экспериментально и составляющая 50-80% от номинальной. Выбранные соотношения мощности определяются тем, что при нагреве на мощности, составляющей менее 50% от номинальной, в общем случае необоснованно увеличивается время нагрева, а главное, при индукционном нагреве в холодном тигле на меньшей мощности ряда тугоплавких металлов (ниобия, вольфрама и т. п. ) при достижении определенной температуры, значительно меньшей, чем предлагается (70-95% от температуры плавления загрузки), устанавливается равновесие между мощностью, выделяющейся в загрузке, и тепловыми потерями к стенке холодного тигля, и дальнейший нагрев загрузки прекращается. Пpи нагреве загрузки на мощности, составляющей более 80% от номинальной, куски загрузки, находящиеся у стенок тигля в зоне более сильного электромагнитного поля, будут прогреваться быстрее, чем вся остальная масса загрузки, и начнут плавиться. Если загрузку предварительно прогреть до температуры, составляющей менее 70% от температуры плавления, то для металлов, имеющих относительно низкую теплопроводность (титан, вольфрам), при выходе на номинальную мощность в крупных кусках загрузки будут возникать сильные термические напряжения и куски будут растрескиваться, что приведет к удлинению времени расплавления, а в некоторых случаях сделав это невозможным. Прогревать загрузку до температуры, составляющей более 95% от температуры плавления нецелесообразно, так как при этих температурах шихта практически теряет механическую прочность, начинает "оcедать", а у стенок тигля в зоне наиболее интенсивного нагрева начинает плавиться и, как следствие, образуется мост. П р и м е р 1. Проводилась индукционная плавка на частоте 8000 Гц в холодном тигле диаметром 120 мм с целью получения компактного слитка из кусков хрома с максимальными размерами 15-50 мм. Температура плавления хрома 1930^оС, номинальная мощность печи для заданного процесса составляет 300 кВт. При подаче на индуктор сразу 300 кВт расплавить всю загрузку не удалось вследствие растрескивания кусков, их сплавления и образования моста над расплавом. Осуществив предварительный прогрев загрузки за три минуты на мощности 240 кВт до температуры около 1700^оС, на индуктор была подана мощность 300 кВт и через три минуты, практически одновременно, произошло расплавление всей загрузки, мощность на индукторе отключили и после кристаллизации расплава был получен слиток массой 20 кг. Во время предварительного прогрева отдельные куски хрома, лежащие у стенок тигля, начали с поверхности оплавляться. П р и м е р 2. Проводилась индукционная плавка на частоте 8000 Гц в холодном тигле диаметром 120 мм с целью получения компактного слитка из кусков хрома с максимальными размерами 15-50 мм. Номинальная мощность печи для заданного процесса составляет 300 кВт. При подаче на индуктор мощности 150 кВт был достигнут нагрев загрузки до температуры 1350^оС за 15 мин, причем при этой мощности установилось тепловое равновесие между мощностью, выделяющейся в загрузке, и тепловыми потерями к стенкам холодного тигля. Температура загрузки стабилизировалась и ее повышение прекратилось. П р и м е р 3. Проводилась индукционная плавка титана в холодном тигле диаметром 120 мм на частоте 8000 Гц. Температура плавления титана 1670^оС, номинальная мощность печи для заданного процесса 250 кВт. При подаче на индуктор мощности 175 кВт загрузка прогревалась до температуры 1500^оС за четыре минуты, при выходе на номинальную мощность 250 кВт вся загрузка расплавилась через две минуты. Использование заявленного способа плавки тугоплавких металлов в индукционной печи с холодным тиглем позволит осуществить индукционный переплав кусковых отходов тугоплавких металлов и их сплавов без предварительной их подготовки в электрод.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЛАВКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ В ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ С ХОЛОДНЫМ ТИГЛЕМ, включающий плавку, которую начинают на пониженной мощности с последующим выходом на номинальную мощность, выдержку расплава, кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью исключения образования моста при расплавлении загрузки, пониженную мощность выбирают равной 50-80% от номинальной мощности, причем пониженную мощность выдерживают до тех пор, пока загрузка не прогреется до температуры, равной 70-95% от температуры ее плавления.