Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Индукционные печи

В индукционных печах используются вихревые токи, которые наводятся в металле, помещенном в переменное магнитное поле. Металл непосредственно нагревается благодаря своему омическому сопротивлению этим токам, а при ферромагнитных материалах ниже точки Кюри также дополнительно выделяется тепло в результате гистерезисных потерь.

В печах, работающих на токе высокой частоты, последний эффект незначителен.

Непрерывно изменяющееся сильное магнитное поле получается при помещении металлической шихты в центре индуктора (соленоида), через который протекает переменный электрический ток. Индуктор обычно изготовляется из полой медной трубки, охлаждаемой водой. Введение изолятора между катушкой и нагреваемым металлом мало влияет на магнитное поле и, следовательно, на нагрев. Благодаря этому можно обеспечить термическую изоляцию, что позволяет получать в печи высокие температуры. Кроме того, металлическая шихта и термическая изоляция могут быть отделены от атмосферы кварцевой трубой; так как эта труба всегда находится при более низкой температуре, чем непосредственно нагреваемая шихта, можно без особых трудностей, связанных с действием очень высоких температур на огнеупор, применить вакуум или контролируемую атмосферу.

Известны три типа генераторов для питания индукторов, различающихся главным образом частотой переменного тока. Для сравнительно низких частот (от 60 до 10000 гц) применяются мотор-генераторы; для промежуточных частот ( гц) применяют искровые разрядники, а для высоких частот используют ламповые генераторы. Индуцируемые токи протекают преимущественно в поверхностных слоях проводника, так как глубина проникновения тока в металл обратно пропорциональна квадратному корню из частоты. При малых размерах частиц эффективный нагрев возможен только при токах высокой частоты, в связи с чем ламповые генераторы имеют преимущества при плавке порошковой шихты.

Высокочастотные индукционные печи могут применяться как для приготовления сплавов, так и для термического анализа. Металл помещают в соответствующий тигель, обычно

корундизовый, который в свою очередь находится в корундизовом тигле большего размера. Потери тепла через верхнюю часть печи ограничиваются корундовой крышкой, в центре которой имеется отверстие для наблюдения за поверхностью металла через стеклянное окошко в латунной головке, монтируемой на кварцевой трубе. После расплавления благодаря вихревым токам в жидкой ванне возникает легко наблюдаемое движение, которое обеспечивает полное перемешивание металла.

Индукционные печи могут применяться для термического анализа (см. гл. 15). В этом случае важно до минимума уменьшить тепловые градиенты. Обычно применяют нагревательные цилиндры из молибдена или вольфрама, расположенные снаружи тигля, в котором находится металл, и поглощающие большую часть мощности; металлическая шихта непосредственно нагревается этими цилиндрами. Такой метод был применен Эдкоком [34]. Нагревательные цилиндры также могут применяться в печах, работающих на средних и низких частотах, в случае, если металлическая шихта слишком дисперсна для эффективного нагрева непосредственно вихревыми токами.

Брандес [35] описал молибденовый проволочный нагреватель, применяемый для этих целей, а также используемый в печах для термического анализа.

В вакуумных высокочастотных индукционных печах часто возникает разряд в парах металла. Разряд может происходить даже при нагреве слабо испаряющихся металлов. Это явление поглощает часть мощности печи и препятствует эффективному нагреву.

Эдкок преодолел эту трудность, используя заземленный электростатический экран, расположенный внутри индуктора. Такой экран, состоящий из нескольких вертикальных проволок, не влияет на магнитное поле, но электрическое поле распределяет таким образом, что возможность разряда уменьшается. Кроме того, плавка может быть произведена в атмосфере аргона или водорода, что также существенно для уменьшения потерь при испарении летучих металлов.

Коэффициент полезного действия лабораторной высокочастотной индукционной печи всего лишь 50%, но описанные удобства работы компенсируют этот недостаток. Температурный предел печи обычно ограничивается качеством огнеупорных материалов и тепловой изоляции; этот тип печи наиболее подходит для высокотемпературной плавки.

Главный недостаток обычных индукционных печей заключается в том, что сплав должен непосредственно охлаждаться в печи, в результате чего получается относительно грубая структура. Было сделано много попыток сконструировать вакуумное разливочное устройство; одна из наиболее удачных конструкций показана на рис. 39—40 [36].

Рис. 39. Приспособление к индукционной печи для разливки в вакууме или инертной атмосфере: 1 — стеклянная плита; 2 — вакуумный колпак; 3 — вакуумный кран; 4 — резиновая трубка; 5 — цапфа; 6 — каркас катушки; 7 — кварцевая труба; 8 — медная катушка; 9 — деревянная скоба; 10 — металлическая шина; 77 — подвод воды; 12 — медные шины; 13 — подвод газа (по необходимости); 14 — водоохлаждаемые фланцы

Разливка осуществляется опрокидыванием печи. Кварцевую трубу, в которой поддерживается вакуум, помещают в индуктор и герметически закрывают с каждого конца водоохлаждаемыми металлическими фланцами. Тигель, содержащий шихту, находится внутри молибденового нагревательного цилиндра и поддерживается блоками, установленными на нижнем фланце. Стальная муфта, укрепленная на верхнем фланце, поддерживает корундизовую изложницу и вакуумный колпак. На крышке его закреплена стеклянная пластинка, вакуумное уплотнение которой

достигается с помощью резинового кольца. В верхней части изложницы оставлено узкое смотровое отверстие диаметром 4,7 мм, через которое можно следить за процессом плавки и измерять температуру в тигле оптическим пирометром. При опрокидывании печи для разливки это смотровое отверстие закрывается задвижкой (не показанной на схеме), скользящей под действием собственного веса.

Печь прикрепляют медными полосами к деревянной скобе, которая может поворачиваться в специальной цапфе. Воду и энергию подводят через эту цапфу, не мешая операции разливки. Выплавка и разливка могут проводиться под вакуумом или в атмосфере инертного газа.

Приспособление для вакуумной разливки медных сплавов (рис. 41) описано Пирсоном и Бекером [37]. Шихта расплавляется индукционными токами высокой частоты; контролируемая атмосфера или вакуум поддерживаются в кварцевой трубе. Кварцевый стопор притирается к отверстию, находящемуся в дне корундизового тигля, через которое разливается металл. Стальная насадка на верхней части стопора позволяет удалять его

Рис. 40. Детали тигля и изложницы для устройства, данного на рис. 39: 1 — основание из окиси алюминия; 2— надставка из скиси алюминия; 3 — металлический колпак; 4 — кварцевая труба; 5 — изоляционная засыпка; 6 — водяное охлаждение; 7 — смотровое стекло; 8 — молибденовый нагревательный стакан

электромагнитом, помещенным снаружи трубы.

Рис. 41. (см. скан) Устройство для выплавки и разливки в контролируемой атмосфере (Пирсон и Бекер): 1 — окно; 2 — Водоохлаждаемая медная крышка; 3 — стальная насадка на стопоре; 4 — тигель внутри предохранительного стакана; 5 — дистанционная муфта; 6 — изложница; 7 — стопорная втулка

Окошко в верхней плите приспособления дает возможность вести наблюдение за плавкой и измерять температуру оптическим пирометром, визированным внутрь стопора, который снизу защищен пробкой для обеспечения условий излучения абсолютно черного тела.

(кликните для просмотра скана)

Разливку производят в медную изложницу или в цилиндрическую форму из сухого песка. Плавка и разливка могут проводиться в вакууме или в контролируемой атмосфере.

Выплавка и разливка титана представляют значительные трудности, так как при температуре плавления титан реагирует со всеми окислами, содержащимися в огнеупоре. Однако Саттон и Мак Кинли [38] производили плавку в графитовых тиглях и разливку в графитовые изложницы, причем в металл переходило не более На рис. 42 показано применявшееся ими плавильное устройство. Шихта находится в графитовом резервуаре, дно которого переходит в более тонкую графитовую трубу, закрывающуюся пробкой из губчатого титана. Шихта расплавлжтся токами высокой частоты от большого индуктора, расположенного вокруг графитового тигля. После этого расплавляется губчатая пробка в графитовой трубе от вспомогательного маленького индуктора, находящегося вокруг этой трубы, и титан выливается в графитовую изложницу. Аппарат снабжен смотровым окошком для наблюдения за плавкой и температурных измерений. Выплавка и разливка производятся в атмосфере аргона.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление