Vakuumbågsugn

Bågsvakuumugn  - en anordning för att erhålla höga temperaturer för att smälta metaller i ett vakuum med energin från en ljusbåge.

Allmän beskrivning av vakuumbågsugnen

Med framväxten av sådana precisionsindustrier som rymd, raketer, kärnkraft, etc., har vakuumugnar blivit utbredda. Ugnar används för att smälta högkvalitativa och höglegerade stål: rostfria, strukturella, kullagrade , eldfasta och värmebeständiga legeringar .

Vakuumbågsugnar gör det möjligt att erhålla sådana fördelar som ett lågt innehåll av gaser och icke-metalliska inneslutningar i legeringen, hög likformighet och densitet hos götet på grund av riktad kristallisation av den flytande metallen och avsevärt förbättra metallens egenskaper. .

I vakuumugnar, på grund av deras design (användningen av en vattenkyld kropp och rostfritt stål), är det möjligt att uppnå speciella förhållanden: de högsta temperaturerna upp till 2000 ° C och höga tryck. Vakuumet i ugnarna möjliggör ett brett utbud av värmebehandlingar: torkning, sintring, smältning etc. Temperaturregimen kan styras både manuellt och med hjälp av en regulator.

Historik

I slutet av 1800-talet började metallurgin alltmer använda energin från en elektrisk ström för att erhålla legeringar av högsta kvalitet. Upptäckten av den elektriska bågen och möjligheten att smälta metaller är förknippad med namnet på den ryske fysikern V. V. Petrov, 1802 skapade han det största galvaniska batteriet från koppar-zinkceller. Ett patent på den första elektrotermiska ugnen erhölls 1853 av den franske ingenjören Pichon.

1898 fick fransmannen P. Erou patent på en elektrisk ugn med elektroder placerade ovanför badet.

1909 började industriell produktion av stål på elektriska ugnar i Ryssland, under det första året smältes 190 ton högkvalitativt stål i en ljusbågsugn designad av Eru, belägen vid Obukhov-fabriken i St. Petersburg. 1911 smältes redan 1 120 ton, och 1913 var 4 ugnar i drift vid fabriker i Ryssland, som producerade 3 500 ton stål per år.

År 1915 lanserade Motovilikha-fabriken i Perm den första enfasiga motståndsugnen för stålsmältning med badvärme från kolstavar ovanför den, skapad av de ryska ingenjörerna S. S. Steinberg och A. F. Gramolin. I framtiden utförde liknande ugnar framgångsrikt militära order under första världskriget.

Smältprocess

Frigörandet av termisk energi i ljusbågsugnar sker på grund av en elektrisk ljusbåge, som är en av formerna av en ljusbågsurladdning i gaser. Med en så liten bågvolym kan mycket höga temperaturer erhållas på grund av kraftkoncentrationen i volymen. Den höga koncentrationen av värme och kraft i ljusbågen tillåter uppvärmning av metallen på korta tidsperioder. Det finns 2 typer av ugnar, direkt och indirekt verkan. I ugnar med direkt verkan brinner ljusbågen mellan metallen och elektroden, i ugnar med indirekt verkan värms metallen upp av strålning, ljusbågen brinner mellan elektroderna. Värmeöverföringsförhållandena är mycket bättre i direktverkande ugnar, i vilket fall den heta platsen är så nära metallen som möjligt. En del av värmen från högtemperaturzonen absorberas av metallen, ugnstaket har en avskärmande effekt, vilket gör att mer kraft kan koncentreras i bågen och framgångsrikt värma upp till höga temperaturer. Direktverkande ljusbågsugnar används inte i stor utsträckning för att smälta dyra metaller med låg förångningstemperatur, eftersom förångning sker nära metallytan. Men de högre förångningstemperaturerna och den lägre kostnaden för järnmetaller gör nackdelen med en direktverkande ugn obetydlig, med tanke på fördelarna med denna typ, såsom möjligheten till högtemperaturbearbetning och högre produktivitet.

Ljusbågsugnar används i stor utsträckning inom järnmetallurgi och ferrolegeringsindustrin. Det finns två typer av vakuumbågsugnar, förbrukningsbara och icke förbrukningsbara elektroder. I den första typen brinner ljusbågen mellan den förbrukningsbara elektroden och metallbadet, i den andra mellan grafitelektroden och den smälta metallen.

Fördelar och nackdelar

Fördelar: möjlighet till icke-oxiderande uppvärmning av metaller; i många fall är användningen av lågtrycksugnsmiljö istället för skyddande och inerta gaser mer ekonomisk; säkerställa hög renhet av metallen på grund av vakuum; ökning av driftstemperaturen i ugnen på grund av skyddet av värmare från oxidation - ingen kontakt av flytande metall med keramiska material.

Nackdelar: begränsad uppehållstid för metallen i flytande tillstånd, vilket avsevärt minskar vakuumets raffineringsförmåga.

Litteratur