Файл: Фрумин Е.И. Нагрев стали в синтетических шлаках.pdf

кирпичом, для наведения расплавов АН-ШТ1 и АН-ШТ2 невозможно.

Тигельные печи-ванны просты в монтаже и в обслужива­ нии (рис. 66). Такие печи с наружным газовым обогревом состоят из круглого или квадратного тигля, изготовленного из специальной стали или сплава, и двух или более горелок, тангенциально расположенных между наружной стенкой

Рис. G6. Тигельная печь-ванна с наружным газовым обо­ гревом (о) и печь-ванна электросопротивления (б):

/ — тигель; 2 — термопары; 3 — две или более тангенциальные горелки либо нагреватели сопротивления; 4 — футеровка; 5 —

корпус (обшивка) из листовой стали; 6 — канал для о т х о д я щ и х газов.

тигля и внутренней стенкой футеровки. При проектировании таких печей важно предусмотреть достаточный объем каме­ ры сгорания с тем, чтобы пламя не било в тигель. Если этого избежать невозможно и пламя задевает тигель, то его следует вращать — по меньшей мере раз в неделю, или использовать защитный кожух, например, из карбида кремния. Контроль процесса должен осуществляться двумя термопарами: одна термопара устанавливается в тигле,

90

при использовании газо-воздушных. горелок, либо у дна печи — при использовании горелок, работающих при повы­ шенном давлении.

Печи с электрическим наружным обогревом менее рас­ пространены. В качестве нагревателей могут быть исполь­ зованы дисилицид молибдена, нихром, канталь и другие материалы.

Сг, 2—3% Nb и б—8% Fe) или из сплава на основе железа, содержащего 30—40% Ni и 15—23% Cr. Для печей, обогре­ ваемых газом, внутренний диаметр тиглей может изменять­ ся в пределах от 250 до 700 мм, глубина — от 200 до 700 мм, толщина стенки — около 10 мм. Для печей электросопро­ тивления можно рекомендовать тигли диаметром 300 мм и глубиной 400 мм. За рубежом такие тигли изготовляют цельноштампованными или сварными; в СССР обычно при­ меняют литые тигли.

В тигельных печах с нагревателями недопустимо попа­ дание расплава в рабочую камеру. С этой целью высокотем­ пературной огнеупорной замазкой должны быть надежно заделаны все неплотности в верхней части печи под фланцем.

Преимуществом таких печей является возможность при­ менения' их для различных целей,— это может быть осу­ ществлено заменой тиглей, содержащих, например, различ­ ные шлаки. К недостаткам этих печей следует отнести сла­ бую конвекцию расплава,— скорость нагрева изделий в тигельных печах невысока, а распределение температуры по объему печи неоднородное; ограничение в размерах тиг­ лей,— при использовании больших печей повышается не­ равномерность температуры, максимально достижимая тем­ пература в тигельных печах невысока, и, наконец, печи с наружным газовым обогревом взрывоопасны.

Синтетические шлаки АН-ШТ1 и АН-ШТ2 не взаимодей­ ствуют с металлами, полностью погруженными в расплав,

9J

но активно растворяют окислы железа, хрома, никеля, образующиеся на границе раздела шлак—воздух. Тигли разъедаются на линии раздела шлак—воздух: происходит непрерывное окисление нагретых внутренних стенок тигля, а окислы железа и хрома переходят в расплав. Насыщение расплава окислами повышает адгезию шлаковой пленки к поверхности деталей. На рис. 67 графически показано, как

увеличение содержания окислов железа в расплаве шлака АН-ШТ1 приводит к изменению отделимости шлаковой пленки в тигельной печи-ванне. При охлаждении тигля из стали Х24Н12СЛ корка шлака, покрывавшая внутренние стенки тигля, осыпается на застывшее зеркало ванны. Эта корка содержит до 40—50% Fe2 03 . Если перед повторным нагревом ванны оббивать внутренние стенки тигля и уда­ лять осыпавшийся шлак, то насыщение расплава нежела­ тельными примесями происходит гораздо медленнее (кривая /) и, соответственно, свойство шлаковой пленки самопроиз­ вольно отделяться в процессе охлаждения от поверхности стальных изделий сохраняется в течение более длитель­ ного времени.

92

Графитовые тигли вполне пригодны для наведения рас­ плавов шлака — углерод нейтрален к шлакам АН-ШТ1 и АН-ШТ2, однако в индукционных печах обычной конструк­ ции тигли обгорают и быстро выходят из строя. Соляная печь-ванна на базе установки ЛГЗ-67 с графитовым тиг­ лем описана в работе [67]. Внутренний диаметр тигля 200 мм. Для увеличения стойкости тигля его обмазывают снаружи шамотом с каолино-штапельным волокном. Из­ вестно применение индукционных печей с набивным тиглем из карбонитрида бора или плавленного электрокорунда. В последнем случае расплавы на основе В 2 0 3 могут обога­ щаться А1а 03 . В индукционных печах принудительная кон­ векция расплава слабее, чем в электродных печах,— тепло­ вое поле нестационарно; перепад температур может быть значительным; требуется сложное и громоздкое оборудо­ вание.

Электродные печи-ванны со вставным стальным тиглем.

В этом случае расплав наводится внутри стального тигля, толщина которого составляет 12—40 мм. Тигель обложен футеровкой, которая находится в корпусе из листовой ста­

шивается. Схема такой печи показана на рис. 68. Мощность подобных печей определяется мощностью трансформатора. Внутренний тигель не обязательно должен быть изготовлен из хромоникелевой стали, хорошо работают сварные тигли

имеют срок службы практически такой же, как и тигли. Смена электродов возможна на ходу, без дорогостоящего выключения и простоя.

В зависимости от расположения электродов температу­ ра легко поддерживается в заданных пределах и контроли­ руется с достаточной точностью. Размеры внутреннего тигля

93

могут быть практически любыми в ширину и длину — они определяются мощностью трансформатора. В отдельных случаях, например, при нагреве проволоки в бунтах, ис­ пользуют три трансформатора по 140 кет; печь вмещает около 3—5 m расплава солей. Такие печи не приспособле­ ны для быстрого изменения процесса. Тигли не предназна-

Рис. 68. Схема электродной печи-ванны со вставным тиглем:

чены быть сменными, взаимозаменяемыми. Они коробятся в процессе работы, наружная их поверхность покрывается плотной окалиной. Извлечь тигель трудно—требуются, значительные усилия; при извлечении тигля легко можно повредить футеровку. Иногда проще вычерпать тигель, чем извлечь его. При применении в качестве жидких тепло­ носителей шлаков АН-ШТ1 или АН-ШТ2 здесь также, как и в тигельной печи, будет происходить разъедание тигля и электродов на границе раздела расплав—воздух.

94

В работе [35] описана электродная печь с тиглем из карбонитрнда бора BNC, который не взаимодействует с расплавами на основе В 2 0 3 . По данным автора, срок служ­ бы тигля составляет более 10 ООО ч. Однако стоимость кар­ бонитрнда бора очень высокая — 75 руб. за 1 кг. Это огра­ ничивает его практическое применение.

Следует отметить, что при таком расположении электро­ дов, как показано на рис. 68, у передней стенки образуются настыли, особенно это замет­ но при работе с расплавами шлаков — жидкостей, более вязких, чем соли. Попытка предотвратить разъедание стальных стенок электродной печи-ванны была выполнена А. А. Говоровым [23]. Для предотвращения коррозии ти­ гель с расплавленной бурой помещали в железный короб с проточной водой, образовы­ вающаяся во время работы ванны у стенок тигля толстая гарниссажная пленка застыв­ шей буры предохраняла стен­ ки от разъедания. Схема

этого устройства приведена на рис. 69.

Г. Нойман [117] предложил оригинальную конструкцию тигля для соляных печей-ванн. Он представляет собой двухстенный (и более) сосуд с двойным (тройным и более) дном; пространство между стенками изолировано от атмо­ сферы и может быть заполнено материалом, препятствующим диффузии. Дно тигля либо выпуклое, либо плоское, но выпол­ нено таким образом, что дно внутреннего сосуда имеет выпук­ лости в виде шаровых сегментов внутрь тигля, а дно внеш­ него сосуда — выпуклости наружу. Благодаря такой кон­ струкции хлористая соль из-за недостатка кислорода

95

гарантирует получение светлой поверхности' обрабатывае­ мых деталей из-за насыщения расплава кислородом воздуха.

Для повышения охлаждающей (закаливающей) способ­ ности расплава щелочи и снижения температуры ее плавле­ ния на ванне установлено специальное устройство для вве-

дения воды в расплав по методу В. Н. Бирюковой [7]. Воду можно вводить как до закалки, так и непосредственно во время погружения изделий в расплав.

Ѵ47 3 - 1 3 «

Типовые режимы и технологическая о с н а с т к а *

При использовании шлаковых расплавов в качестве нагре­ вательных сред надо учитывать их особенности. Попадание в шлаковую ванну окислов железа, хрома и других элемен­ тов в виде ржавчины, окалины и т. п. приводит к растворе­ нию этих окислов; детали очищаются, а шлак постепенно загрязняется. Поэтому недопустимо погружение в расплав ржавых, окисленных деталей, а также деталей после ковки, штамповки, нормализации, отжига, цементации без пред­ варительной механической обработки или дробеструйной очистки.

Не следует добавлять в шлаковую ванну поваренную соль, хлористый барий, селитру, желтую кровяную соль, ферросилиций — это приводит к порче расплава. Не сле­ дует также смешивать разные шлаки.

Нагрев под закалку -производится погружением холод­ ных деталей в расплав шлака. В зависимости от конфигу­ рации деталей, их размещают в специальных приспособле­ ниях типа этажерок, елочек, подвесок, корзин и т. п., обеспечивающих равномерный нагрев и охлаждение дета­ лей. Типовые приспособления представлены в табл. 19. Оснастка должна быть изготовлена из сталей или сплавов на основе железа или никеля.

Общее время нагрева под закалку в электродной шлако­ вой ванне можно определять по формуле

1,1-г-1,3(2,5 мин + Ѵ3 мин X 1 мм условной толщины); (10) в шлаковой тигельной ванне с наружным обогревом по формуле

1,7 (2,5 мин + Ѵ3 мин X 1 мм условной толщины). (И) Условная толщина детали определяется как произве­ дение фактической максимальной толщины или диаметра детали на коэффициент формы, зависящий от соотноше­ ния между нагреваемой поверхностью и объемом детали.

* Этот параграф написан совместно с М. Я- Фридманом.

98