Учебное пособие для факультета спо

 
 

---

47 
2.17. 
Специальные типы индукционных плавильных устройств
 
Плавка в гарнисаже
производится следующим образом. Гарнисажем 
называется твердый слой, отделяющий расплав от конструктивных элемен-
тов плавильного устройства и имеющий тот же химический состав, что и 
расплав. Образуется в результате спекания шихтовых материалов или кри-
сталлизацией расплава.
Гарнисажная плавка применяется для металлов
, 
имеющих высокую хи-
мическую активность при высоких температурах (титан), и огнеупорных ма-
териалов, электропроводных в расплавленном состоянии
(рисунок 2.57)
. 
Обеспечивает очень высокую чистоту расплава, так как расплав не соприка-
сается с инородным материалом тигля.
1 
–
индуктор; 2 –
расплав; 3 –
гарнисаж;
4 
–
водоохлаждаемая поверхность
Рисунок 2.57 –
Гарнисажная плавка
Существуют две
схемы
гарнисажной плавки:
1.
Ввод энергии в загрузку осуществляется
через боковую стенку (
а
). 
Схема обеспечивает высокий КПД и равномерность температуры по высоте.
2.
Через поверхность ванны (
б
). Происходит перегрев металла на 
поверхности ванны, низкий КПД из
-
за плохой магнитной
связи торцевого 
индуктора с загрузкой.
Плавка в холодном тигле
происходит следующим образом (рису
- 
нок 2.58). Индукционная плавка в холодном тигле представляет собой разно-
видность плавки, при которой энергия электромагнитного поля передается 
расплаву через медный охлаждаемый тигель.
Печь с холодным тиглем представляет собой медный водоохлаждаемый 
тигель, помещенный внутрь плавильного индуктора. Низкая температура 
тигля предотвращает химическое взаимодействие между ним и расплавом.
Для того чтобы металлический тигель не экранировал поле индуктора от 
загрузки, он выполняется не сплошным, а из отдельных водоохлаждаемых 
а
 
б
 

---

48 
секций. Такая конструкция препятствует замыканию в тигле вихревых токов, 
наводимых магнитным полем индуктора.
В нижней части печи помещается охлаждаемое основание, которое слу-
жит для вытягивания закристаллизованной части слитка. Внутренняя по-
верхность тигля может покрываться тугоплавкими окислами для изоляции. 
Окислами могут быть заполнены зазоры между секциями.
На поверхности холодного тигля, соприкасающейся с расплавом, обыч-
но образуется гарнисаж толщиной
в доли миллиметра, который снижает теп-
ловые потери от расплава к тиглю. Еще больше снизить тепловые потери 
позволяет частичное или полное отжатие расплава от тигля электромагнит-
ным полем.
1 
–
индуктор; 2 –
расплав; 3 –
тигель; 4 –
основание;
5 
–
закристаллизованный расплав
Рисунок 2.58 –
Плавка в холодном тигле
Зонная плавка
происходит следующим образом (рисунок 2.59). Зонная 
плавка охватывает совокупность методов, позволяющих перераспределять 
растворимые добавки или примеси в кристаллических веществах.
Вертикальная зонная плавка широко применяется для очистки материа-
лов, получения монокристаллических слитков и выравнивания в слитках 
концентрации нужных примесей.
Для этого метода характерно медленное перемещение узкой расплав-
ленной зоны через сравнительно длинный твердый слиток, в результате чего 
достигается перераспределение примесей.

---

49 
1 
–
слиток; 2 –
индуктор; 3 –
жидкая зона
Рисунок 2.59 –
Зонная плавка
В слитке с помощью индуктора проплавляется некоторая его зона, жид-
кий металл в которой удерживается от растекания электромагнитными сила-
ми индуктора и силами поверхностного натяжения. Зона медленно переме-
щается по длине стержня. Примеси движутся вместе с расплавленной зоной 
или в противоположную сторону и в результате оттесняются к одному из 
концов стержня.
Способность зоны перераспределять примеси обусловлена процессами 
на затвердевающей поверхности. Более легкоплавкие примеси (по сравнению 
с основным материалом) отталкиваются от фронта кристаллизации, а туго-
плавкие притягиваются.
За несколько проходов удается получить слиток сверхвысокой чистоты.
Плавка во взвешенном состоянии (левитационная плавка)
происходит 
следующим образом (рисунок 2.60).
1 
–
индуктор; 2 –
расплав
Рисунок 2.60 –
Плавка во взвешенном состоянии (левитационная
плавка)
Широко применяется в лабораторных условиях для изготовления особо 
чистых образцов металлов для физико
-
химических исследований.
При левитационной плавке жидкий металл свободно висит
в простран-
стве, удерживаемый электромагнитными силами.

---

50 
В систему
индукторов
, 
создающих переменное электромагнитное поле
, 
помещают кусок металла
, 
подлежащий плавлению. При достаточной интен-
сивности электромагнитного поля и определенной его конфигурации металл 
плавится и остается висеть в электромагнитном поле
, 
занимая область с ми-
нимальной напряженностью магнитного поля (потенциальная яма). Не зави-
симо от интенсивности электромагнитного поля и конструкции индуктора, в 
нижней точке расплава электромагнитные силы отсутствуют (потенциальная 
щель), где вес металла не может быть уравновешен электромагнитными си-
лами
, 
и расплав не проливается только благодаря силе поверхностного натя-
жения.
Жидкий металл будет висеть, если глубина проникновения поля будет 
меньшей либо равной радиусу кривизны поверхности в нижней точке объема 
металла. Для взвешенной плавки применяют частоты от 66 до 440 кГц.