СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУТЕРОВКИ ТИГЛЯ ВАКУУМНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ
METHOD OF MAKING A CRUCIBLE LINING OF A VACUUM INDUCTION FURNACE

Изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению футеровки тигля вакуумной индукционной печи для выплавки прецизионных сплавов повышенной чистоты.
Известен способ изготовления футеровки тигля индукционной печи, включающий послойную набивку футеровки тигля смесью, содержащей 26-30 мас. % порошка периклаза фракцией 0,063-0,16 мм, 70-74 мас. % порошка корунда фракцией 0,63-2,0 мм и 8-12 мас % (к сухой смеси) жидкого стекла в качестве связующего, нагрев футеровки со скоростью 300±30°С/ч до температуры 1700±50°С и выдержку при этой температуре из расчета 1±0,25 ч на 50±0,1 мм толщины футеровки, причем нагрев и выдержку осуществляют в процессе проведения первой плавки. Известный способ обеспечивает повышение прочности и стойкости футеровки в условиях теплосмен.
(RU 2303222, F27B 14/10, опубликовано 20.07.2007)
Недостатком известного способа является склонность футеровки к образованию трещин и необходимость проведения промывных плавок при смене марки выплавляемого сплава, а также повышенное образование гарнисажа, который постепенно уменьшает полезный объем плавильного пространства и способствует загрязнению расплава металлическими и неметаллическими примесями.
Известна огнеупорная набивная масса для изготовления футеровок индукционной печи, содержащая спекаемую смесь порошков алюмомагниевой шпинели и периклаза при следующем отношении компонентов, мас. %: алюмомагниевая шпинель 85-99, периклаз 1-15, причем зерновой состав содержит в мас. %: фракцию 3-1 мм - 40-54, фракцию 1-0 мм - 46-60, фракцию менее 0,083 мм - 23-32.
(RU 2116277, С04В 35/04, опубликовано 27.07.1998)
Недостатком футеровки индукционной печи, изготовленной с использованием известной набивной массы, является ее низкая механическая прочность при удалении гарнисажа и остатков металла предыдущих плавок.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления футеровки тигля индукционной печи, включающий набивку футеровочной массой основного слоя подины, установку шаблона, набивку основного слоя стенок футеровки по шаблону, первоначальный прогрев основного слоя футеровки, его охлаждение, извлечение шаблона, дополнительный нагрев футеровки до температуры 900-1300°С, охлаждение, очистку внутренней поверхности футеровки, ее пропитку раствором, содержащем тонкомолотый огнеупорный компонент и связующее для удаления трещин и неровностей, нанесение дополнительного защитного покрытия зернистостью менее 1 мм, сушку, загрузку металлической шихты или расплава, нагрев футеровки до ее спекания, охлаждение до температуры эксплуатации. Футеровочная масса для набивки основного слоя футеровки зернистостью 1,5-2,0 мм содержит 82 мас. % корунда, 4 мас. % борной кислоты и 14 мас. % алюмосиликатного материала, включающего 70 мас. % шамота и 30 мас. % огнеупорной глины. Пропитывающий раствор зернистостью менее 1,5-2,0 мм состоит из футеровочной массы для набивки, увлажненной фосфатным связующим, а дополнительное защитное покрытие включает футеровочную массу для набивки зернистостью менее 1 мм с добавкой 10% фтористого кальция, затворенного фосфатным связующим. Известный способ и составы футеровочных масс обеспечивают повышение надежности футеровки за счет создания бездефектной структуры ее рабочей зоны.
(RU 1822490, F27D 1/16, опубликовано 15.06.1993)
Недостатком известного способа является вероятность загрязнения расплава фтором и фосфором, а также склонность к повышенному образованию гарнисажа и необходимость проведения промывных плавок.
Задачей изобретения и ее техническим результатом является снижение степени загрязнения расплава компонентами футеровки, а также исключение необходимости проведения промывных плавок при смене марки выплавляемого сплава, увеличение стойкости и надежности тигля.
Технический результат достигают тем, что способ изготовления футеровки тигля вакуумной индукционной печи, включает формирование основного слоя футеровки набивкой футеровочной массой подины и стенок тигля по шаблону, извлечение шаблона, сушку, спекание основного слоя футеровки, охлаждение, очистку внутренней поверхности основного слоя, затирку дефектов и нанесение дополнительного покрытия с использованием смеси на основе корунда и силикатного связующего и сушку, причем затирку и нанесение дополнительного покрытия толщиной, составляющей 15-20% толщины основного слоя футеровки, ведут футеровочной массой, содержащей в качестве связующего 10-15 мас. % жидкого стекла и 85-90 мас. % смеси порошков белого электрокорунда, при этом зерновой состав порошка белого электрокорунда содержит в мас. %: фракцию 0,20-0,12 мм - 40-50; фракцию 0,04-0,02 мм - остальное; после чего футеровку сушат при температуре 200-300°С из расчета 1,25±0,25 ч на 5±0,1 мм толщины дополнительного покрытия.
Технический результат также достигают тем, что для набивки основного слоя подины и стенок футеровки тигля используют футеровочную массу, включающую порошок периклаза, порошок корунда и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас. %: порошок периклаза фракцией 0,063-0,16 мм 26-30 мас. %, порошок корунда фракцией 0,63-2,0 мм 70-74 мас. %, жидкое стекло (к сухой смеси) 8-12 мас %, причем основной слой футеровки спекают при нагреве со скоростью 300±30°С/ч до температуры 1700±50°С и выдерживают при этой температуре из расчета 1±0,25 ч на 50±0,1 мм толщины футеровки в процессе проведения первой плавки, а перед нанесением дополнительного покрытия внутреннюю поверхность основного слоя смачивают жидким стеклом.
Достижение поставленного технического результата можно проиллюстрировать следующим примером осуществления способа по изобретению.
Для формирования основного слоя подины и стенок футеровки тигля вакуумной индукционной печи емкостью 50 л использовали футеровочную массу на основе смеси порошка периклаза и порошка корунда при следующем соотношении компонентов, мас. %: порошок периклаза фракцией 0,063-0,16 мм 26-30 мас. %, порошок корунда фракцией 0,63-2,0 мм 70-74 мас. %. Смесь засыпали в барабанный смеситель и замешивали в течение 5-10 мин до усреднения фракционного состава. Затем в смесь добавляли 8-12 мас. % (к сухой смеси) жидкого стекла и проводили повторное перемешивание в течение 10-15 мин до образования однородной футеровочной массы.
После этого по шаблону проводили набивку указанной футеровочной массой подины толщиной 60 мм в один слой, устанавливали деревянный шаблон, предварительно натертый графитовым порошком, и производили набивку стенок толщиной 40 мм.
После извлечения шаблонов наносили воротник футеровки и проводили сушку футеровки на воздухе при комнатной температуре в течение одних суток. Последующее спекание основного слоя футеровки производили в процессе обжиговой плавки, включающей нагрев со скоростью 300±30°С/ч до температуры 1700±50°С, выдержку при этой температуре из расчета 1±0,25 ч на 50±0,1 мм толщины футеровки и медленное охлаждение до комнатной температуры.
Подготовка к нанесению дополнительного покрытия включает очистку внутренней поверхности основного слоя от остатков металла и шлака обжиговой плавки и смачивание жидким стеклом, что способствует повышению стойкости дополнительного покрытия к внешним воздействиям.
Затирку внутренней поверхности основного слоя футеровки вели с использованием футеровочной массы, содержащей в качестве связующего 10-15 мас. % жидкого стекла и 85-90 мас. % смеси порошков белого электрокорунда, причем зерновой состав порошка белого электрокорунда содержал в мас. %: фракцию 0,20-0,12 мм - 40-50; фракцию 0,04-0,02 мм -остальное. В сочетании с предварительным смачиванием жидким стеклом состав указанной футеровочной массы и соотношение компонентов обеспечил при затирке хорошее проникновение компонентов футеровочной массы в трещины и дефекты футеровки, а также высокое сцепление с материалом основного слоя футеровки, снижающим вероятность образование трещин при рабочих температурах тигля индукционной печи. Затем допустима сушка футеровки при температуре 200-300°С в течение 10-15 минут.
Указанную футеровочную массу также использовали для формирования дополнительного покрытия толщиной 12 мм на подине и 8 мм на стенках, что составило 20% толщины основного слоя футеровки. Такая толщина дополнительного покрытия и состав футеровочной массы обеспечили повышенную устойчивость футеровки тигля к циклическим воздействиям расплава металла и снижение степени загрязнения расплава компонентами футеровки, а также исключили необходимости проведения промывных плавок при смене марки выплавляемого сплава.
После формирования дополнительного слоя футеровку окончательно сушили при температуре 200-300°С из расчета 1,25±0,25 ч на 5±0,1 мм толщины дополнительного покрытия, что обеспечило отсутствие трещин в дополнительном слое футеровки.
Испытания тигля вакуумной индукционной печи с футеровкой, изготовленной с использованием способа по изобретению, для электрошлаковой выплавки стали ЧС-82 и сплава монель НМ40а показало достижение поставленного технического результата, что позволило увеличить в 1,5 раза число плавок без ремонта тигля.