Технология плавки в вакуумных дуговых печах

Титан и его сплавы получают методом плавки в дуговых вакуумных печах двух видов: с нерасходуемым (графитовым) электродом и с расходуемым (титановым) электродом. Высокий вакуум надежно защищает металл от загрязнения газовыми примесями.

1) Технология плавки по способу нерасходуемого электрода (рис. 1).

Титановую губку засыпают в бункер 9, а легирующие компоненты в бункер 8. С помощью дозатора 7 выдерживается заданное соотношение между титаном и добавками. На поддон кладут темплет (вырезанный из того же сплава диск) для защиты поддона от прямого воздействия дуги. Графитовый электрод перемещают в нижнее положение до возникновения дугового разряда с поддоном. Из бункеров компоненты непрерывно подают в изложницу 4. По мере плавления металла электрод поднимают, слиток постепенно нарастает вверх, при этом в верхней части его образуется ванна жидкого металла. Таким образом, одновременно идут плавление шихты и кристаллизация слитка.

При вакуумной дуговой плавке из губки вначале удаляются вода и газы. С повышением температуры испаряются магний и хлористый магний, которые конденсируются на медной стенке над расплавом и на электроде. Часть солей, перегреваясь, прорывается через расплавленный металл и разбрызгивается на стенке изложницы. Поднимающийся в изложнице металл покрывается снаружи этим конденсатом, что является причиной сильной шероховатости слитка и загрязнённости его поверхности. Применение графита загрязняет металл углеродом. Полученный слиток имеет плохо проплавленную поверхность и неравномерный химический состав, поэтому плавка с нерасходуемым электродом применяется редко, только для некоторых сплавов. Слитки титана переплавляют вторично по способу расходуемого электрода.

2) Технология плавки по способу расходуемого электрода (рис. 2).

Это основной способ производства слитков титана высокой чистоты и титановых сплавов. Расходуемым электродом служит слиток первичной плавки или прессованный электрод из измельчённой губки. Для получения чистого титана изготавливают переплавляемый (расходуемый) электрод только из дробленой губки. Для титановых сплавов используют шихту из губки и легирующих элементов в соответствии с заданным химическим составом сплава. Цилиндрические электроды прессуют при 280-330 °С. В печи конец прессованного электрода разогревается дугой до температуры, превышающей температуру плавления титана и на нём образуются капли жидкого металла. Когда масса капли превысит силы поверхностного натяжения, капля отрывается и падает на поддон, происходит накопление металла в нижней части изложницы. Слиток постепенно нарастает за счет непрерывного плавления расходуемого электрода.

Важный момент при плавке слитков - непрерывность. Перерыв в плавке приводит к образованию в теле слитка усадочных пустот. В слитках титана и титановых сплавов часто встречаются внутренние дефекты в виде газовых и усадочных пор, а иногда и тончайших трещин. Для выявления дефектов слитки подвергают ультразвуковому контролю. При обнаружении крупных пор дефектную часть слитка отрезают. Если дефект залегает в середине слитка, его подвергают еще одному переплаву.