» » Плавка циркония в электродуговой печи
07.02.2017

Дуговая плавка в медном охлаждаемом тигле устраняет возможности загрязнения металла углеродом. При этом, также как и для титана, наибольший интерес представляет плавка с расходуемым циркониевым электродом, так как в этом случае устраняется возможность загрязнения металла материалом электрода.
На рис. 136 схематически изображена электродуговая печь для плавки циркония.
Циркониевый электрод сваривали из брикетов размерами 50х50х500 мм, спрессованных под гидравлическим прессом (по боковой грани брикета давление достигало 8 т/см2). Исходным материалом служила измельченная до размеров минус 6 мм циркониевая губка. Прессование таких заготовок требовало рабочей мощности пресса 2000 т.
Плавка циркония в электродуговой печи

После герметизации печь эвакуировали и затем наполняли инертным газом. Посредством резиновых перчаток 5, укрепленных в прорезях в стенке камеры 2 без нарушения ее герметичности, оператор сваривал при помощи вспомогательного вольфрамового электрода концы спрессованных циркониевых заготовок, заложенных в камере 2.
Получающийся таким образом длинный электрод непрерывно продвигали вниз при помощи ведущих контактных роликов 6. Для плавки электрода указанных выше размеров применялся ток напряжением 40—45 в при силе тока 3500—3700 а. Электроток подводился к медному охлаждаемому водой тиглю 7 и к ведущим медным роликам, также охлаждаемым водой.
При внутреннем диаметре медного тигля 200 мм вес слитка составлял около 100 кг. К концу плавки сила тока постепенно снижалась в течение нескольких минут для уменьшения размеров усадочной раковины в верхнем конце слитка.
Для стабилизации пламени дуги в исходную циркониевую губку перед ее прессованием добавляли небольшое количество магния (0,02—0,04%) в форме проволоки.
Выход обточенных болванок в этом процессе составлял 75—85% от веса исходной губки.
Количество примесей в циркониевом слитке, полученном пере плавкой расходуемого электрода, характеризуется следующими цифрами. 0,5—0,29% (в среднем 0,15%) О; 0,001—0,01% (в среднем 0,004%) N; 0,002—0,01% (в среднем 0,004%) Н; 0,01—0,06% (в среднем 0,025%) С.
Твердость таких слитков по Бринеллю колеблется в пределах 100—150 кгмм2.
Стружку, получаемую после обточки слитков, использовали как добавку к исходной губке перед ее прессованием в электроды.
В последнее время стали обращать внимание на то, что на свойства циркония и титана существенно влияют весьма малые количества примесей водорода. Влияние водорода заметнее всего сказывается на ударной вяз кости, что видно из следующих цифр, характеризующих свойства циркония, закаленного в области β-фазы и отожженного в α-фазе.
Плавка циркония в электродуговой печи

Предполагаемой причиной повышения хрупкости циркония с увеличением содержания водорода служит весьма небольшая его растворимость в α-фазе, что приводит к выделению включения гидридной фазы. Это может оказать влияние и на ухудшение коррозионной устойчивости циркония Поэтому плавка (или спекание) циркония в вакууме заслуживает внимания с точки зрения возможности максимального снижения содержания водорода
Коррозионная стойкость циркония ухудшается также и при повышенном содержании азота (выше 0,004%).
В случае необходимости получения дуговым методом сплавов на циркониевой основе, к исходной измельченной губке добавляли легирующие металлы или соответствующие лигатуры При небольших размерах электродных брикетов для обеспечения более равномерного распределения легирующих добавок последние лучше всего вводить в форме проволок или прутков в прессформу. Проволоки или прутки укладывают в середину порошка перед прессованием каждой отдельной заготовки.
Недостаток описанного метода заключается в том что для прессования заготовок указанных размеров необходим гидравлический пресс большой мощности,
Для устранения этого недостатка процесс плавки может быть приспособлен к использованию небольших циркониевых брикетов, прессуемых с большой производительностью на небольшом автоматическом прессе. Такие брикеты могут быть сварены на отдельной сварочной машине в длинные электроды.
Проводились также опыты непосредственного сваривания коротких циркониевых брикетов в длинную штангу в верхней камере электродуговой печи.
При плавке в электродуговой печи с расходуемым электродом может быть применен и переменный ток. Вследствие более высокой температуры, развивающейся в дуге переменного тока, удельный расход электроэнергии несколько увеличивается.
Для плавки слитков большого диаметра возможно применение электродуговой печи с тремя электродами, питаемой трехфазным переменным током.
Усовершенствовать конструкцию печи можно путем применения механизма для непрерывного вытягивания застывающего слитка через сквозную медную охлаждающую трубу (кристаллизатор), заменяющую нижний медный тигель, подобно тому, как это было описано для титана.
Для экономии расхода электродов возможна также непрерывная подача измельченной циркониевой губки в зону пламени дуги через боковой загрузочный бункер.
Удельный расход электроэнергии на плавку циркония в описанной дуговой печи колеблется в пределах 0,9—2,5 квт*ч на 1 кг расплавленного металла.