Плавка с расходуемым электродом

Чтобы слиток не загрязнялся материалом электрода, приме­няют плавку с электродом из переплавляемого металла. Элект­род при плавке расходуется и, расплавляясь, образует слиток. Применение расходуемого электрода имеет то преимущество, что переплавляемый металл непрерывно подогревается прохо­дящим током и интенсивно дегазируется.

Расходуемый электрод готовят или, из прутков иодидного материала, или из губки путем ее прессования или плавки в печи с нерасходуемым электродом. Трудность получения расхо­дуемого электрода из губки заключается в необходимости силь­ного ее измельчения перед прессованием. Для введения в металл легирующих добавок и для получения сплавов добавляемый ме­талл вводят в расходуемый электрод.

Успешная работа дуговой печи с расходуемым электродом за­висит от непрерывной подачи электродов к дуге до тех пор, пока слиток не достигнет необходимого размера.

Для плавки с расходуемым электродом можно применять как постоянный, так и переменный ток, однако на практике обычно применяют постоянный ток прямой полярности (элект­род отрицательный). При работе на постоянном токе более ста­бильна температура катода. При обратной полярности больше вероятность переброса дуги на стенку кристаллизатора. Для выпрямления тока используют мотор-генераторы или мощные выпрямители (селеновые, германиевые, кремниевые).

Существует два вида конструкций дуговых печей: у одних печен по мере хода плавки и нарастания электрода опускается изложница, у других поднимается электрод. Цирконий, напри­мер, плавят в вакуумно-дуговой печи, схематически изображен­ной на рис. 89.

Рис. 89. Общая схема дуговой печи с расходуемым электродом (Метал­лургия циркония. Под ред. Б. Ластмана и Ф. Керза, 1959,рис. 87): 1 - запасной электрод; 2 - сварочная камера; 3 - направляющее устройство; 4 – смотровое окно; 5 - резиновая перчатка; 6 - подвод тока для сварки электродных прутьев; 7 - коробка передач для передвижения, электрода; 8 - стальные направляющие ролики; 9 - ручка для передвижения электрода; 10 - подвод тока к электроду (катод); 11 - мед­ные контактные ролики для подвода тока к электроду; 12 - изолирующее кольцо; 13 - водяная рубашка; 14 - циркониевый слиток в тигле; 15 - ввод воды; 16 - отвод воды; 17 - подвод тока к тиглю (анод); 18 - смотровое стекло: 19 - тележка для пере­движения собранного тигля.

В верхней части печи проходит шток, на конце которого укреплена циркониевая цанга. Водоохлаждаемый медный поддон опускают, и на него ставят электрод, состоящий из цирко­ниевых прутков, скрепленных циркониевой проволокой, затем поддон поднимают до исходного положения. Между цангой и электродом зажигают дугу, и верхняя часть электрода расплав­ляется. Далее ток отключают, опускают шток, и цанга привари­вается к электроду. После остывания электрод поднимают над поддоном на некоторое расстояние. На поддон кладут немного металлического циркония для начала процесса и зажигают ду­гу. По мере расплавления электрод постепенно опускается. На уровне дуги снаружи печи установлен соленоид для перемеши­вания расплава. Плавку производят при остаточном давлении 10^-3 мм рт. ст.

В процессе плавки дуга может замкнуться не на поддон, а на водоохлаждаемую медную стенку изложницы. В этом слу­чае возникает опасность взрыва вследствие соприкосновения воды с расплавленным металлом. Кроме того, такие взрывы вызывают опасность загорания водорода, образующегося при реакции циркония с водяным паром. Чтобы замыкание дуги на стенку не произошло, необходимо поддерживать расстояние между электродом и стенкой изложницы. Обычно работают на дуге длиной 20-35 мм. Если же замыкание произойдет, то сра­батывает автоматическое устройство - так называемая макси­мальная токовая защита, отключающая подачу напряжения на печь в случае резкого увеличения тока. Мощные дуговые печи в целях безопасности помещают в защитные бункеры, и управ­ление работой печи осуществляют дистанционно. В печах, применяемых для плавки циркония, получают циркониевые слитки 300-400 кг.

Для плавки титана применяют печи аналогичной конструк­ции, но более мощные. В универсальной дуговой печи проводят две плавки: первую—с нерасходуемым графитовым электро­дом для получения расходуемого электрода, вторую—с расхо­дуемым. При второй плавке дуги 30-40 м.м, напряжение 27-32 в, ток 5400 а. Получаемые слитки титана достигают 5-10 т.

Делались попытки использовать плавку с расходуемым электродом для получения слитков бериллия. Однако оказалось, что для плавки бериллия требуется значительно больший рас­ход энергии, чем для плавки других металлов: 1,8 квт/кг по срав­нению с 0,1-0,3 квт/кг для Zr, Ti и т. д. Плавка и затвердевание бериллия происходят настолько быстро, что металл не претер­певает значительного рафинирования, что приводит к пористости слитков. К тому же большая вязкость расплавленного бериллия мешает хорошему заполнению изложницы и приводит к обра­зованию усадочных раковин.