Вакуумно-дуговая печь

Дуговая вакуумная печь — устройство для получения высокой температуры для плавки металлов в вакууме энергией электрической дуги.

Общее описание вакуумной дуговой печи

С возникновением таких точных отраслей промышленности как космическая, ракетостроение, атомная энергетика и тд, широкое распространение получили вакуумные печи. Печи используются для плавки высококачественных и высоколегированных сталей: нержавеющих, конструкционных, шарикоподшипниковых, тугоплавких и жаропрочных сплавов.

Вакуумно-дуговые печи позволяют получить такие преимущества как низкое содержание газов и неметаллических включений в сплаве, высокую однородность и плотность слитка за счёт направленной кристаллизации жидкого металла, значительно улучшить свойства металла.

В вакуумных печах благодаря их конструкции (использование водоохлаждемого корпуса и нержавеющей стали) возможно достижение особых условий: самых высоких температур до 2000°С и высоких давлений. Вакуум в печах позволяет проводить широкий спектр термообработок: сушка, спекание, плавка и т. д. Управление температурным режимом может производиться как вручную, так и с помощью регулятора.

История

В конце XIX века в металлургии все шире начинают использовать энергию электрического тока для получение наиболее качественных сплавов. Открытие электрической дуги и возможность плавки металлов связано с именем русского физика В. В. Петрова, в 1802 г. он создал крупнейшую гальваническую батарею из медно-цинковых элементов. Патент на первую электро-термическую печь в 1853 году был получен французским инженером Пишоном.

В 1898 году француз П. Эру получил патент на электропечь с электродами расположенными над ванной.

В 1909 году в России начинается промышленное производство стали на электропечах, в первый год на дуговой печи конструкции Эру, расположенной на Обуховском заводе в Петербурге было выплавлено 190 т качественной стали. В 1911 г было выплавлено уже 1120 т, а к 1913 году на заводах в России работало уже 4 печи, производившие в год 3500 т стали.

В 1915 г. на Мотовилихинском заводе в Перми была пущена первая сталеплавильная однофазная печь сопротивления с нагревом ванны от расположенных над ней угольных стержней, созданная русскими инженерами С. С. Штейнбергом и А. Ф. Грамолиным. В дальнейшем аналогичные печи успешно выполняли военные заказы во время первой мировой войны.

Процесс выплавки

Выделение тепловой энергии в дуговых печах происходит благодаря электрической дуге, являющейся одной из форм дугового разряда в газах. При таком небольшом объёме дуги возможно получение очень высоких температур, благодаря концентрации мощности в объёме. Высокая концентрация тепла и мощности в дуге позволяет нагревать металл за короткие промежутки времени. Различают 2 типа печей, прямого и косвенного действия. В печах прямого действия дуга горит между металлом и электродом, в печах косвенного действия нагрев металла происходит излучением, дуга горит между электродами. Условия теплопередачи значительно лучше в печах прямого действия, в этом случае очаг высоких температур находится максимально близко к металлу. Часть тепла из зоны высоких температур поглощается металлом, свод печи обладает экранизирующим действием, это позволяет сконцентрировать в дуге больше мощности и успешно проводить нагрев до высоких температур. Дуговые печи прямого действия не получили широкого применения для плавки дорогих металлов с низкой температурой испарения, так как вблизи поверхности металла происходит его испарение. Но более высокие температуры испарения и меньшая стоимость черных металлов делает недостаток печи прямого действия не существенным, если учесть достоинства этого типа, такие как: возможность проведение высокотемпературной обработки и большую производительность.

Дуговые печи широко распространены в чёрной металлургии и ферросплавной промышленности. Существуют два типа дуговых вакуумных печей, с расходуемым и не расходуемым электродом. В первом типе дуга горит между расходуемым электродом и ванной метала, во втором между графитовым электродом и расплавляемым металлом.

Достоинства и недостатки

Достоинства: возможность безокислительного нагрева металлов; во многих случаях применение низкого давления печной среды вместо защитных и инертных газов экономически выгоднее; обеспечение высокой чистоты металла благодаря вакууму; увеличение рабочей температуры в печи за счет защиты нагревателей от окисления — отсутствие контакта жидкого металла с керамическими материалами.

Недостатки: ограниченное время пребывания металла в жидком состоянии, что существенно снижает рафинирующие возможности вакуума.

Литература

• Казачков Е. А., Чепурной А. Д. Вакуумно-дуговой переплав 1992
• Линчевский Б. В., Соболевский А. Л., Кальменев А. А. Металлургия чёрных металлов 1986.

Отрывок, характеризующий Вакуумно-дуговая печь

Первые пятнадцать лет XIX столетия в Европе представляют необыкновенное движение миллионов людей. Люди оставляют свои обычные занятия, стремятся с одной стороны Европы в другую, грабят, убивают один другого, торжествуют и отчаиваются, и весь ход жизни на несколько лет изменяется и представляет усиленное движение, которое сначала идет возрастая, потом ослабевая. Какая причина этого движения или по каким законам происходило оно? – спрашивает ум человеческий.
Историки, отвечая на этот вопрос, излагают нам деяния и речи нескольких десятков людей в одном из зданий города Парижа, называя эти деяния и речи словом революция; потом дают подробную биографию Наполеона и некоторых сочувственных и враждебных ему лиц, рассказывают о влиянии одних из этих лиц на другие и говорят: вот отчего произошло это движение, и вот законы его.
Но ум человеческий не только отказывается верить в это объяснение, но прямо говорит, что прием объяснения не верен, потому что при этом объяснении слабейшее явление принимается за причину сильнейшего. Сумма людских произволов сделала и революцию и Наполеона, и только сумма этих произволов терпела их и уничтожила.
«Но всякий раз, когда были завоевания, были завоеватели; всякий раз, когда делались перевороты в государстве, были великие люди», – говорит история. Действительно, всякий раз, когда являлись завоеватели, были и войны, отвечает ум человеческий, но это не доказывает, чтобы завоеватели были причинами войн и чтобы возможно было найти законы войны в личной деятельности одного человека. Всякий раз, когда я, глядя на свои часы, вижу, что стрелка подошла к десяти, я слышу, что в соседней церкви начинается благовест, но из того, что всякий раз, что стрелка приходит на десять часов тогда, как начинается благовест, я не имею права заключить, что положение стрелки есть причина движения колоколов.
Всякий раз, как я вижу движение паровоза, я слышу звук свиста, вижу открытие клапана и движение колес; но из этого я не имею права заключить, что свист и движение колес суть причины движения паровоза.
Крестьяне говорят, что поздней весной дует холодный ветер, потому что почка дуба развертывается, и действительно, всякую весну дует холодный ветер, когда развертывается дуб. Но хотя причина дующего при развертыванье дуба холодного ветра мне неизвестна, я не могу согласиться с крестьянами в том, что причина холодного ветра есть раэвертыванье почки дуба, потому только, что сила ветра находится вне влияний почки. Я вижу только совпадение тех условий, которые бывают во всяком жизненном явлении, и вижу, что, сколько бы и как бы подробно я ни наблюдал стрелку часов, клапан и колеса паровоза и почку дуба, я не узнаю причину благовеста, движения паровоза и весеннего ветра. Для этого я должен изменить совершенно свою точку наблюдения и изучать законы движения пара, колокола и ветра. То же должна сделать история. И попытки этого уже были сделаны.
Для изучения законов истории мы должны изменить совершенно предмет наблюдения, оставить в покое царей, министров и генералов, а изучать однородные, бесконечно малые элементы, которые руководят массами. Никто не может сказать, насколько дано человеку достигнуть этим путем понимания законов истории; но очевидно, что на этом пути только лежит возможность уловления исторических законов и что на этом пути не положено еще умом человеческим одной миллионной доли тех усилий, которые положены историками на описание деяний различных царей, полководцев и министров и на изложение своих соображений по случаю этих деяний.


Силы двунадесяти языков Европы ворвались в Россию. Русское войско и население отступают, избегая столкновения, до Смоленска и от Смоленска до Бородина. Французское войско с постоянно увеличивающеюся силой стремительности несется к Москве, к цели своего движения. Сила стремительности его, приближаясь к цели, увеличивается подобно увеличению быстроты падающего тела по мере приближения его к земле. Назади тысяча верст голодной, враждебной страны; впереди десятки верст, отделяющие от цели. Это чувствует всякий солдат наполеоновской армии, и нашествие надвигается само собой, по одной силе стремительности.
В русском войске по мере отступления все более и более разгорается дух озлобления против врага: отступая назад, оно сосредоточивается и нарастает. Под Бородиным происходит столкновение. Ни то, ни другое войско не распадаются, но русское войско непосредственно после столкновения отступает так же необходимо, как необходимо откатывается шар, столкнувшись с другим, с большей стремительностью несущимся на него шаром; и так же необходимо (хотя и потерявший всю свою силу в столкновении) стремительно разбежавшийся шар нашествия прокатывается еще некоторое пространство.