Огнеупорный тигель вакуумной индукционной печи является важнейшей частью установки. Его стойкость определяет как производительность печи, так и чистоту выплавляемого металла — его качество. В настоящее время разработаны многие способы интенсификации работы вакуумных индукционных печей: применение жидкой шихты, продувка металла газами через пористую пробку, применение шлаковых реагентов и др.

Однако использование этих методов возможно лишь при условии высокой стойкости футеровки. По мере увеличения размера печей вопросы службы футеровки становятся все серьезнее и ответственнее. Успешное решение этой проблемы связано с применением кирпичной кладки, хорошо зарекомендовавшей себя в других сталеплавильных агрегатах.

Для изготовления тиглей вакуумных индукционных печей используют, как правило, чистые огнеупорные материалы: электроплавленные окислы магния, циркония, алюминия, их смеси.

Применение электроплавленных материалов обусловлено тем, что в них закончились объемные и другие превращения, удалены нежелательные примеси.

Для малых лабораторных печей применяют готовые заводские тигли емкостью до 1 л, изготовленные либо методом литья, либо методом прессования в прессформах.

Для печей емкостью от нескольких килограмм до 1 т и более применяют набивку тигля внутри индуктора. Для соблюдения требований вакуумной гигиены эту операцию рационально производить на специальном стенде вне печи и желательно в другом помещении, отделенном от плавильного отделения.

Перед набивкой тигля изолированный индуктор изнутри покрывают тонким слоем обмазки. В качестве обмазки можно использовать смесь винифлексового лака с маршаллитом или тальком (65%) и бакелитом (35%). Можно использовать массу, состоящую из спирта, мелкого электрокорунда и этилсиликата. Например, смесь на этилсиликате состоит: из 50% цирконовой муки, 25% электрокорунда № 100 и 25% электрокорунда № 300. Можно применять и стеклоткань, которую приклеивают к катушке индуктора жидким стеклом или декстрином. Нанесенную обмазку просушивают. Обмазка образует «кожух» футеровки и не дает огнеупорным материалам высыпаться в зазоры между витками индуктора. Затем набивают тигель вокруг железного или графитового шаблона, обмотанного 1—2 слоями картона. Картон предохраняет от сваривания внутренние слои футеровки с шаблоном при спекании.

Набивку тигля производят порошкообразной массой. После набивки и спекания тигель должен иметь внутренний плотный рабочий слой и наружный более рыхлый, который демпфирует механические нагрузки, возникающие при перемещении витков индуктора под влиянием магнитных полей, при механических нагрузках на тигель и от тепловых и объемных изменений в стенках тигля. Эта задача создания двухслойной футеровки разрешается подбором зернового состава массы. Тигель, изготовленный только из одной мелкой фракции, получается очень плотным, быстро пропекается и подвержен трещинообразованию. Применение только крупной фракции может привести к слишком большой пористости, следствием которой будет глубокое пропитывание стенок металлом.

На одном из заводов применяли следующий зерновой состав массы для набивки тигля из 94% плавленой окиси магния и 6% электрокорунда.

Электрокорунд применяли фракции 0,5—1,0 мм.

Хорошо перемешанную массу прокаливали и набивали из нее тигель без связки и увлажнения. К концу кампании печи толщина рабочего слоя тигля составляла 10 мм, толщина буферного слоя

25—30 мм, что обеспечивало среднюю стойкость тигля до 30 плавок.

Для печи ОКБ 571Б емкостью 0,5 т тигель набивают на специальном стенде следующим образом. Подину набивают пневмо-трамбовкой слоями по 30—50 мм. Перед набивкой следующего слоя предыдущий слой взрыхляют на глубину 5—8 мм. Подину набивают до уровня нижнего или до половины второго витка снизу. Устанавливают шаблон из листового железа с отверстиями диаметром 2—3 мм. Внутрь шаблона помещают груз, разрыхляют слои между шаблоном и индуктором и набивают откосы слоями по 40 мм толщиной с промежуточным рыхлением. Плотнее набивают слои, прилежащие к стенкам шаблона.

Воротник печи выкладывают из магнезитового или хромомагнезитового кирпича. Носок ставят готовый, предварительно изготовленный в пресс-форме. Затем индуктор с набитым тиглем устанавливают в печь. Футеровку сушат и спекают при мощности 20—30 кВт в течение 2 ч, затем через каждые 30 мин увеличивают мощность на 30—40 кВт. Тигель загружают отходами армко-железа или углеродистой стали, расплавляют металл и выдерживают его при 1580—1610° С в течение 20—30 мин. После первой проводят еще дополнительно две-три закрепительных плавки. Последнюю промывную плавку делают на шихте, состав которой определяется выплавляемым сплавом.

В работе [124] сообщалось об успешной работе тигля, изготовленного из чистого корунда для печи небольшой емкости 50 кг. Смесь составляли из электрокорунда марки ЭБ-99 следующего фракционного состава: 70% № 24—32; 25% № 80—120; 5% № 200—300 с добавкой 1,5—2,0% борной кислоты для связки. Тигель набивали вокруг графитового шаблона. После набивки тигля и сушки температуру на внутренней поверхности шаблона постепенно повышали до оплавления корунда и появления гладкой оплавленной внутренней поверхности тигля. Стойкость таких тиглей достигала на одном и том же сплаве до 300 плавок.

В работе [125] также сообщается об изготовлении тиглей из корунда. Смесь составляли из 60% электрокорунда марки KlOO и 30% марки КЗби 10% глинозема. В качестве связки давали 4%-ный раствор декстрина в воде. Набивку тигля производили вокруг железного шаблона. Верхнюю часть тигля, выше уровня жидкого металла, набивали из той же массы, но с добавкой жидкого стекла. Из нее же изготовляли и воротник тигля. Тигель сушили на воздухе 12—20 ч. Затем включали печь на малую мощность на 4 ч, а в последующие 4 ч доводили шаблон до расплавления. Первую плавку проводили на чугуне. После слива металла в тигель вставляли графитовый шаблон и разогревали его до высокой температуры для оплавления стенок тигля.

Изготовление тигля из трехокиси алюминия не всегда желательно, так как при восстановлении Al2O3 компонентами сплавав металлической ванне происходит повышение содержания алюминия.

Одним из самых распространенных материалов для изготовления тиглей вакуумных индукционных тиглей является окись магния. Преимущество MgO состоит в том, что восстанавливаемый из нее магний испаряется вследствие большой упругости пара и в металле не остается.

Для набивки тиглей используют либо чистую окись магния, либо смесь 75% электроплавленной окиси магния и 25% порошка металлургического магнезита или из 70 или 80% окиси магния и 30—20% корунда.

По зарубежным данным, массу для небольших печей из чистой окиси магния (98% MgO) приготовляли из 65% фракции 1—2 мм и 35% фракции 0,06—0,12 мм. Получали смесь плотностью 3,56 г/см3, пористостью 30%. После обмазки индуктора на дно тигля укладывали сегментный кирпич, набивали подину и устанавливали графитовый шаблон с линзообразным дном, обернутым одним-двумя слоями волнистого картона.

После центровки шаблона производили послойную набивку. Процесс спекания начинали на воздухе. После достижения температуры 600—800° С ток выключали и откачивали печь до остаточного давления 20 мм рт. ст. Затем нагревали шаблон сначала до 1700° С и постепенно доводили температуру до 2500° С. Давление в печи при спекании возрастало до 200 мм рт. ст*. После выемки шаблона внутренняя поверхность тигля получалась гладкой светло-серой.

Для тиглей небольших печей также используют для набивки корундаль—массу, состоящую из 89% Al2O3 и 10% SiO2 или магнезитохромитовую, состоящую из 73% MgO, 17,0% Cr2O3, 10,0% Fe2O3.

Стойкость набивных тиглей в крупных печах составляет 20— 40 плавок. В целом стойкость набивных тиглей ВИП не удовлетворяет современным требованиям производства. Очевидно, что проблему футеровки крупных печей можно решить только применением огнеупорных кирпичей.

Печь фирмы «Латроб стил» емкостью 27 т имеет кирпичную футеровку, состоящую из двух слоев.

Прилегающий к индуктору наружный слой выполняется из высокоглиноземистого кирпича или чисто корундового кирпича высокой степени чистоты на муллитовой связке, высокой плотности

* Перед открыванием печи после спекания на графитовом шаблоне во избежание возможного взрыва следует либо откачать корпус печи до низкого давления, либо наполнить корпус азотом или аргоном.

с хорошим сопротивлением термонапряжениям и структурной стабильностью. Кирпич благодаря высокой чистоте и плотности имеет хорошую стабильность и термостойкость.

Внутренний рабочий слой выполняется либо из магнезитового кирпича высокой степени чистоты на шпинельной связке из MgO-Al2O3 также высокой степени чистоты, либо из корундового кирпича. Схема футеровки показана на рис. 91.

Высокая стойкость футеровки обеспечивается ограниченными допусками размеров кирпичей и хорошим качеством поверхности. 27-т тигель имеет стойкость 36 плавок при использовании корундовых кирпичей. Магнезитовая футеровка имеет меньшую стойкость. Работа на твердой или жидкой шихте не влияет на стойкость футеровки.

Имеют значение также огнеупорные материалы, применяемые при разливке, в частности для сборки надставок. Такие материалы, как глина, в вакууме непригодны вследствие большого газоотделения. Особенно соблюдение этого условия важно при заливке нескольких слитков, так как после отливки первого слитка надставка прогревается, начинается газоотделение и следующие слитки заливаются уже в худших условиях. Наилучшей термоизоляцией надставок является неорганическая фибровая изоляция, не выделяющая газов при контакте с жидким металлом.

Серьезную проблему представляет подбор различных смесей для засыпки головной части слитков; порошкообразные материалы не годятся, так как в вакууме они создадут в камере изложниц пылевое облако. Рекомендуется применять листовую изоляцию из неорганической бумаги.

Плавка в вакуумной индукционной печи должна обеспечить выполнение тех требований, которые предъявляются к готовому металлу. В соответствии с поставленными задачами осуществляются в той или иной последовательности технологические операции, занимающие определенное время. Кроме требований потребителя, при составлении технологии выплавки необходимо учитывать качество шихтовых материалов, возможности самой плавильной установки, качество тигля.