Схема одной из конструкций вакуумной электропечи с графитовым тиглем показана на рис. 135.
Графитовый нагреватель представляет собой трубу с продольным разрезом, не доходящим до верхнего конца.
Ток подводится к двум полуцилиндрическим частям этого нагревателя двумя изолированными друг от друга полукольцевыми электродами 5 и 6, обжимающими нижние концы двух разрезанных половин цилиндра.
Брикеты из циркониевой губки загружают в графитовый тигель 2, на дне которого имеется отверстие 3 для вытекания расплавленного металла в графитовую изложницу 10.
В крышку тигля врезан графитовый конденсатор в виде цилиндра 4, предназначенный для конденсации летучих остатков магния и хлористого магния (во избежание загрязнения ими внутренних частей печи).
Разъедание графитового тигля расплавленным цирконием незначительно благодаря образованию плотной корки тугоплавкого карбида циркония. Один тигель может выдержать около 30 плавок. Содержание углерода в слитках составляет око то 0,15%.
В подобного рода печи возможна не только переплавка исходной циркониевой губки но также и вторичная пере плавка всевозможных отходов компактного металла после его обработки давлением или резанием, а также получение сплавов на циркониевой или титановой основе.
Электрический ток, проходящий в двух противоположных направлениях по параллельно расположенным полуцилиндрическим частям трубы, стремится привести во вращение расплавленный металл; это в свою очередь может вызвать разрушение стенок графитовой изложницы под влиянием центробежного воздействия вращающегося жидкого металла. Для устранения вращения в нижней половине графитового тигля 2 встав лена графитовая решетка с крестообразными перегородками над нею.
Определенное преимущество представляет использование графитовой трубы накала с тремя разрезами, не доходящими доверху, так как в этом случае возможно применение трехфазного тока.
Непрерывное удаление расплавляемогo металла из тигля через отверстие в его дне устраняет опасность резкого выбрасывания жидкого металла остатками магния, хлористого магния и хлоридов циркония, выделяющихся в виде газов и инертного газа (аргона или гелия), заполняющего поры брикетов
При плавке циркония в графитовом тигле предпочтительно выливать расплавленный металл через донное отверстие в изложницу из графита, находящуюся вне горячей зоны. В этом случае содержание углерода в отливке удается снизить до 0,07—0,11%. При плавке в графитовом тигле «на козла» содержание углерода составляет 0,17—0,25%. Титан в таких же условиях поглощает углерода до 0,4—0,6%.
В случае применения циркония в качестве конструкционного материала с высокой коррозионной стойкостью следует учитывать влияние примеси углерода на коррозионные свойства этого металла.
При сравнительных испытаниях образцов циркония, полученных плавкой в дуговой печи в медном тигле и в индукционной печи в графитовом тигле, получены следующие результаты (табл. 66):
Цирконий, плавленный в графитовом тигле, всегда содержит большее или меньшее количество карбидных включений.
Ухудшение коррозионной стойкости циркония, содержащего карбидные включения, в водных растворах кислоты объясняется образованием микроэлектрохимических пар в участках контактов карбид циркония — цирконий. Выделяющийся при этом из раствора водород поглощается цирконием и вызывает его хрупкость.
Содержание кислорода в слитке металлического циркония, полученного плавкой в графитовом тигле в вакуумной печи (определенное путем вакуумной экстракции при расплавлении навески циркония в железной ванне с добавкой углерода), достигало около 0,07% (что примерно в 5 раз выше содержания кислорода в тетраиодидном цирконии).
Твердость металла с таким содержанием кислорода Hв = 140 кг/мм2.
Содержание азота в слитке составляет около 0,02%.
Преобладание примеси кислорода над примесью азота объясняется тем, что источником загрязнения кислородом является не только воздух, но и примесь окиси магния в металлическом магнии, следы влаги, могущие проникнуть в реактор на операциях восстановления и вакуумной рафинировки губки, а также примесь кислорода в благородном газе, заполняющем реактор для восстановления.