Для производства крупных заготовок (200-3000 кг), предназначенных для проката листов больших размеров, вытяжки труб и производства изделий методом литья освоена плавка молибдена и вольфрама, а также сплавов на их основе в дуговых и электронно-лучевых печах.
Дуговая плавка
Схема дуговой печи с расходуемым электродом для плавки молибдена и вольфрама:
1 — механизм подачи электрода; 2 — траверса; 3 — шток; 4 — токоподводящие шины; 5 — камера расходуемого электрода; 6 — расходуемый электрод; 7 — смотровое окошко; 8 — плавильная камера; 9 — механизм засыпки лигатур; 10 — патрубок к вакуумной системе; 11 — соленоид; 12 — слиток; 13 — поддон; 14 — нижний шток; 15 — кристаллизатор; 16 — механизм вытяжки слитка
Во всех современных дуговых печах плавку ведут в вакууме с расходуемым молибденовым или вольфрамовым электродом и охлаждаемым медным тиглем — кристаллизатором. Металл плавится в дуге, возникающей между верхним (расходуемым) электродом и нижним электродом – расплавленным металлом в медном кристаллизаторе. Плавку ведут большей частью на постоянном токе при полярности: расходуемый электрод – катод, расплав – анод. Однако для вольфрама в случае плавки на переменном токе дуга вполне устойчива (в отличие от плавки менее тугоплавких металлов).
Взрыв печи во время плавки металла
Наиболее распространены печи, в которых расходуемый электрод предварительно приготовляют из спеченных молибденовых или вольфрамовых штабиков. Стыковой сваркой штабики соединяют в электрод длиной 1 – 2,5 м. Затем их объединяют в пакет (4 – 16 штабиков и больше в зависимости от размеров кристаллизатора).
Перемещение расходуемого электрода при плавке и подвод к нему тока большей частью осуществляют с помощью штанги, на конце которой укреплен электрод. Плавку ведут вытягиванием слитка путем опускания поддона. Перед плавкой на дно кристаллизатора помещают диск из металла, подлежащего плавке. Плавку осуществляют в вакууме (0,13 – 0,013 Па) в рабочей камере печи.
В зоне дуги давление примерно на два порядка выше. Постоянство напряжения дуги (30 – 60 В) поддерживается автоматически за счет регулирования расстояния между электродами.
Для регулирования формы дуги и исключения побочных дуг (например, дуг между электродом и стенкой кристаллизатора) кристаллизатор окружен электромагнитной катушкой (соленоидом).
Легирующие добавки можно вводить в состав расходуемого электрода или вносить в зону дуги (в форме таблеток, крупного порошка). Так как при дуговой плавке в расплавленном состоянии находится кратковременно небольшая доля металла, легирующие добавки распределяются неравномерно. Для получения однородного по составу слитка обычно проводят повторную плавку.
Электронно-лучевая плавка
Схема печи для плавки электронным пучком:
1 — катод электронной пушки; 2 — анод; 3 — патрубок к вакуумной системе; 4 — электромагнитная катушка (линза); 5 — диафрагма; 6 — шибер; 7 — плавильная камера; 8 — электронный пучок; 9 — патрубок к вакуумной системе; 10 — выплавляемый слиток; 11 — охлаждаемый водой медный кристаллизатор; 12 — механизм вытягивания слитка; 13 — переплавляемая заготовка (спеченный штабик)
Как Расплавить САМЫЙ ТУГОПЛАВКИЙ МЕТАЛЛ?
Нагревание и плавка металлов электронным пучком основаны на превращении кинетической энергии электронов при их соударении с поверхностью металла в тепловую энергию. При разгоняющих напряжениях до 30 — 35 кВ, используемых в установках электронно-лучевой плавки, подавляющая часть энергии электронов превращается в тепловую энергию и лишь малая доля — в энергию рентгеновского излучения и энергию электронов вторичной эмиссии.
Электронная пушка, являющаяся источником пучка электронов, состоит из катода, полого ускоряющего анода, фокусирующей электромагнитной катушки (линзы) и диафрагмы. Катодом служат подогреваемые массивные вольфрамовые или танталовые диски. Электронный пучок выводится в плавильную камеру через сложные диафрагмы, создающие значительное газодинамическое сопротивление, что позволяет поддерживать в пушке более высокое разрежение, чем в рабочей камере, с помощью независимой вакуумной системы.
В более мощных печах, предназначенных для плавки крупных слитков, применяют несколько электронных пушек.
В отличие от дуговых вакуумных печей при плавке электронным лучом можно осуществить значительный (контролируемый) перегрев жидкого металла и поддерживать его в жидком состоянии заданное время. Это обстоятельство, а также возможность проведения плавки при очень низком остаточном давлении, создает условия для более полной дегазации и удаления примесей, чем при дуговой плавке. Дополнительное преимущество состоит в возможности переплавки металла в любом виде (штабики, таблетки из порошка, стружка), тогда как при дуговой плавке необходимо приготовление расходуемого электрода.
Успешная плавка в электронно-лучевых печах возможна при обеспечении высокой скорости откачки и остаточном давлении в плавильной камере порядка 0,0013 Па. Высокое разрежение необходимо для того, чтобы пучок электронов на пути к нагреваемому телу потерял возможно меньше энергии на столкновение с атомами и молекулами газов, а также для удаления из расплавленного металла испаряемых в условиях плавки примесей.
В результате электронно-лучевой плавки молибден и вольфрам очищаются от подавляющей части примесей. Для глубокой очистки от кислорода необходимо введение раскислителей.
Вследствие высокой чистоты слитки после электроннолучевой плавки имеют крупнокристаллическую структуру, и пластическая деформация их (особенно вольфрама) затруднительна. Поэтому вольфрамовые (а иногда и молибденовые) слитки после электронно-лучевой плавки переплавляют в дуговой печи.
Источник: Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. «Металлургия редких металлов», 1991
Источник: specmetal.ru
Как плавят самые тугоплавкие металлы?
Вот например, вольфрам. Температура плавления больше 3000 градусов. Как его плавят? В котле — не получится — котел сам расплавится от такой температуры.
комментировать
в избранное
Krass [136K]
10 лет назад
1__ В плазменно- дуговых печах.
Температура плазмы там, получаемой плазмотроном (п.1 на рис.) в среде инертного газа (аргона) достигает 10 тыс. градусов по Цельсию.
2 __ В электронно-лучевых плавильных печах.
Металл расплавляют за счёт тепловой энергии, которая выделяется при ударе его поверхности пучком электронов (луча) из электронной пушки. Процесс происходит в вакууме.
В качестве жаропочных стенок ныне используют композиты на основе графита, которые способны выдерживать температуру до 10 тыс. градусов Цельсия.
Источник: www.bolshoyvopros.ru
2.1.19. Плавка вольфрама
Наряду с методами порошковой металлургии в последнее время, в связи с развитием техники, применяют дуговую и электроннолучевую плавку вольфрамового порошка с последующей обработкой металла давлением.
2.1.19.1. Дуговая плавка
Дуговую плавку проводят в вакууме с расходуемым вольфрамовым электродом, спеченным из порошка и охлаждаемым медным тиглем — кристаллизатором. Получают любые по размерам заготовки, от 500 до 3000 кг.
Штабики стыковой сваркой связывают в прутки 12,5 м и связывают в пакеты по 416 прутков. Металл плавится в дуге между верхним расходуемым электродом (из спечённых штабиков) и нижним расплавленным металлом Расходуемый электрод перемещается вниз по мере оплавления. Выплавляемый металл стекает в медный кристаллизатор, охлаждаемый водой. Кристаллизатор покрыт защитным гарниссажем.
Процесс плавки ведут в вакууме. Плавку ведут большей частью на постоянном токе при полярности: расходуемый электрод – катод, расплав – анод. Длина дуги составляет 23 см. Постоянство напряжения дуги (3060 В) поддерживается автоматически за счёт регулирования расстояния между электродами. Сила тока – 23 кА.
Температура жидкого металла больше его температуры плавления на 150180 C.
Для удаления O2 из вольфрама в состав электрода, при приготовлении, вводят небольшие количества Ti, Zr, или C. Эти добавки можно вносить и в зону дуги. Так как при дуговой плавке в расплавленном состоянии находится кратковременно небольшая доля металла, легирующие добавки распределяются неравномерно. Для получения однородного по составу слитка обычно проводят повторную плавку.
2.1.19.2. Электронно-лучевая плавка
Нагрев и плавка металла осуществляется электронным пучком. При напряжении 3035 кВ, подавляющая часть энергии переходит в тепловую, и лишь незначительное количество в рентгеновскую.
Печь состоит из электронной пушки, в которой создаётся управляемый поток электронов, плавильной камеры и источника постоянного тока. Процесс ведут в вакууме.
Детали пушки: катод – диски вольфрама или тантала, полый анод, фокусирующая электромагнитная катушка и диафрагма. Электронный пучок через диафрагму выходит в плавильную камеру. Мощность пушки зависит от диаметра выплавляемых слитков.
В отличие от дуговой, в электронно-лучевой печи металл можно перегреть больше чем на 200 C(~ на 1000 C) выше температуры плавления.
Получающиеся слитки вольфрама имеют крупнокристаллическую структуру, поэтому после электронно-лучевой плавки их переплавляют дуговой плавкой.
Источник: studfile.net