Дуговые вакуумные печи

Технологическая схема:

В такой печи металл электрода плавится теплом эл. дуги, горящей между этим электродом и ванной жидкого металла. Капли металла, проходя через вакуумную среду, очищаются от примесей и растворенных газов и образуют ванну жидкого металла на верхнем конце слитка. Усиленное охлаждение кристаллизатора обеспечивает быстрое затвердевание металла и кристаллизацию слитка. По завершению наплавки слитка вакуум снимают, кристаллизатор отсоединяют, охлаждают и выгружают слиток.

В вакууме дуга интенсивно разбрызгивает металл, следовательно, на стенах кристаллизатора образуется корона, т.е. слой из застывших брызг. Данная корона постепенно поглощается слитком, следовательно, его периферия становится рыхлой и некачественной. Поэтому слитки и ДВП требуют обдирки перед дальнейшей обработкой. Плавка ДВП ведется на постоянном токе. Дуга переменного тока оказывается неустойчивой из-за усиленного охлаждения кристаллизатора, недостаточно глубокого вакуума внутри печи. Обычно используется обратная полярность дуги. Это связано с тем, что дополнительный подогрев ванны жидкого металла осуществляется за счет бомбардировки ее электронами, что способствует лучшему формированию слитка. Работа ДВП ведется на границе между весьма серьезными отклонениями эл. режимов. Так, удлинение дуги приводит к тому, что она перекидывается на стенку кристаллизатора и прожигает его (режим боковой дуги). При этом происходит разгерметизация печи и охлаждающая вода приходит в контакт с жидким металлом. Возможен взрыв в такой ситуации, особенно вероятен при плавке титана. Это объясняется тем, что при контакте с водой расплав металла образует гремучий газ. По этой причине ДВП для плавки титана помещают в стальной или бетонный бокс, а наблюдения за плавкой ведут извне с помощью перископа или промышленной телевизионной установки.

Удлинение дуги может также приводить к объему тлеющего разряда. Такой режим не эффективен с точки зрения плавления электрода и опасен с точки зрения концентрации тепла на стенках кристаллизатора и возможностью его прожига. Уменьшение длины дуги приводит к КЗ межэлектродного пространства каплями жидкого металла. Данные КЗ приводят не только к пикам тока во время КЗ, но и к перенапряжениям во время исчезновения КЗ.

Промышленные вакуумные печи являются потребителями 1-й категории. Обычно используется индивидуальное питание каждой печи от своего источника тока. В связи с большими токами во вторичных цепях, вся коммутация ведется при высоком напряжении (от 6 до 10 кВ). Данное напряжение питает выпрямительные установки. ДВП очень чувствительны к пульсациям питающего напряжения. Поэтому в выпрямительных установках используют трехфазную мостовую либо шестифазную нулевую схемы выпрямления. Низкая перегрузочная способность полупроводниковых вентилей ставит в условиях капельных КЗ задачу эффективного токоограничения.

Оптимальной внешней характеристикой источника питания является характеристика источника тока. Требуемый ход внешних характеристик достигается использованием в источниках питания обратных связей по току нагрузки. В некоторых установках для получения характеристики источника тока используют специальные резонансные схемы параметрических источников тока.

Важным элементом электрооборудования является автоматический регулятор режима, воздействующий на скорость подачи электрода. Данный регулятор поддерживает постоянной или меняет по заданной программе скорость плавления электрода. Информацию о скорости плавления электрода несет частота капельных КЗ. Кроме того, данный регулятор осуществляет зажигание дуги, а также оперативную ликвидацию режима боковой дуги и объемного разряда путем искусственного КЗ.