CS258302B1

CS258302B1 - A method for plasma heating of a casting and suction stream in a vacuum chamber and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: CS258302B1
Application number: CS851196A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Dembovsky; Josef Brabnik; Zdenek Motloch; Jiri Terlecky
Original assignee: Vladimir Dembovsky; Josef Brabnik; Zdenek Motloch; Jiri Terlecky
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS119685A1

Abstract

tíěelem navrženého řešení Je omezení nebo úplné vyloučení tepelných ztrát při přelévání roztaveného kovu z pánve do pánve. Uvedeného účelu se dosáhne prostorovým nastavením plazmových hořáků tak, aby ee paprsky plazmatu protínaly v prostoru mezi dnem pánve a nejvyšší dosažitelnou úrovni hladiny kovu. V průběhu přeléváni kovu do vakuové komory se závislý nebo superponovaný oblouk uzavírá přee licí proud až do okamžiku, kdy hladina přelitého kovu dosáhne úrovně průsečíku os paprsků plazmatu a následně. V dalším období po stoupnutí hladiny přelitého kovu nad průsečík ob paprsků plazmaty ee závielý nebo superponovaný elektricky oblouk uzavře přes hladinu kovu stoupající v pánvi nebo kokile. Vakuovaci komora je opatřena nšjoéně jedním plazmovým hořákem, který je suvně uložen v pouzdru, výkyvné uspořádaným ve svislé rovině.The purpose of the proposed solution is to limit or completely eliminate heat losses during the pouring of molten metal from ladle to ladle. The stated purpose is achieved by spatially adjusting the plasma torches so that the plasma beams intersect in the space between the bottom of the ladle and the highest achievable level of the metal level. During the pouring of metal into the vacuum chamber, the dependent or superposed arc closes the pouring current until the level of the poured metal reaches the level of the intersection of the axes of the plasma beams and subsequently. In the next period, after the level of the poured metal rises above the intersection of the two plasma beams, the dependent or superposed electric arc closes over the metal level rising in the ladle or mold. The vacuum chamber is equipped with at least one plasma torch, which is slidably mounted in a housing, swingably arranged in a vertical plane.

Description

Vynález se týká způsobu plazmového ohřevu licího 'a nasávaného proudu ve vakuové komoře 's využitím závislého a superponovaného elektrického oblouku včetně zařízení k provádění tohoto způsobu a řeší omezení nebo úplné vyloučení tepelných ztrát při přelévání roztaveného kovu z pánve do pánve.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for plasma heating a casting and suction stream in a vacuum chamber using a dependent and superimposed electric arc, including apparatus for carrying out the method, and to reduce or eliminate heat loss when pouring molten metal from ladle to ladle.

Při přelévání tekutého kovu, například ocele z pánve do pánve za podtlaku nebo při vakuovém lití ingotů, při kterém se tavenina působenímpodtlaku na lisí proud odplyňuje, dochází ke snížení teploty tekutého kovu, které musí být kompenzováno přehřátím taveniny před přeléváním. To má jednak nepříznivý vliv na jakost kovu, například zvýšení obsahu plynů a nekovových vměstků, jednak jsou negativně ovlivňovány některé teohnickoekonomioké parametry, například snížení životnosti vyzdívky peoe i pánve, prodloužení doby tawby apod. Snížení teploty ooeli v licím proudu může činit po.dle velikosti rozsbřiku a dráhy padajícího kovu 30°C i víoe a může znemožnit další zpracování přelitého kovu.The flow of liquid metal, for example steel from a ladle to a ladle under reduced pressure, or the vacuum casting of ingots, in which the melt is degassed by depressurising the die, reduces the temperature of the liquid metal, which must be compensated by overheating the melt. This has an unfavorable effect on the quality of the metal, for example an increase in the content of gases and non-metallic inclusions, and it has a negative effect on some teohnicoeconomic parameters, such as a reduction in the lining and pan times. and the falling metal path of 30 ° C or more can prevent further processing of the spilled metal.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob plazmového ohřevu licího a nasávaného proudu ve vakouvé komoře podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na počátku lití je licí a naeáVfoý proud tekutého kovu zasahován paprsky plazmatu, které vystupují z trysek plazmových hořáků, přičemž plazmové hořáky^racují před započetím lití a nasávání se superponovaným elektrickým obloukem a jsou vůči sobě prostorově nastaveny tak, _aby θθ superponovaný elektrický oblouk uzavíral přes paprsky plazmatu při jejich protnutí v prostoru vymezeném dnem pánve nebo kokily' a nejvyšší dosažitelnou úrovní hladiny kovu, přelitého nebo nasátého do pánve nebo kokily, načež v průběhu přelévání a nasávání kovu do vakuové komory je licí a nasáný proud ohříván závislým nebo superponovaným obloukem, který se uzavírá přes licí a nasá^ný proud až do okamžiku, kdy hladina přelitého a nasátého kovu dosáhne úrovně průsečíku os paprsků plazmatu. V následujícím obdobíjpo stoupnutí hladiny přelitého a nasátého kovu nad průsečík os paprsků plazmatu,je' kov i licí a nasátý prou$ ohříván závislým nebo superponovaným elektrickým obloukem uzavřeným přes.hladinu kovu etoupajícnC v pánvi nebo kokile. Předmětem vynálezu je dále zařízení k provádění navrženéhozpůsobu, jehož, podstatou je, že vakuovací komora je opatřena nejméně jedním plazmovým hořákem, který je suvně uložen v pouzdru, vykyvně uspořádaném ve svislé rovině.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the method of plasma heating of the casting and sucking stream in the vacuum chamber according to the invention, which consists in that at the beginning of the casting and pouring of the liquid metal stream is hit by plasma beams coming out of the plasma torch nozzles. commencing of casting of suction superimposed electric arc and are mutually spatially adjusted _and would θθ superimposed arc closed through the plasma beam at their intersection in the space bounded by the bottom pan or mold 'and the highest achievable level of the metal přelitého or sucked into the basin or during the pouring and sucking of the metal into the vacuum chamber, the casting and sucking stream is heated by a dependent or superimposed arc, which is closed through the casting and sucking stream until the level of spilled and sucked metal reaches the axes intersect by mouse plasma rays. In the following period, as the level of spilled and aspirated metal rises above the intersection of the plasma beam axes, the casting and aspirated streams are heated by a dependent or superimposed electric arc enclosed across a metal level etching in a ladle or ingot mold. The invention further relates to an apparatus for carrying out the method according to the invention, characterized in that the vacuum chamber is provided with at least one plasma torch, which is slidably mounted in a sleeve pivotally arranged in a vertical plane.

Výhodou způsobu plazmového ohřevu lidího a nasávaného proudu ve vakuové komoře podle vynálezu je omezení nebo úplné vyloučení tepelných ztrát při přelévání roztaveného kovu z pánve do pánve za povlaku nebo při vakuovém lití ingotů v kesonu,a zlepšení jakosti rafinovaného kovu bez nutnosti enormního přehřívání kovu v tavící peci, , lía přiložených výkresech je znázorněn způsob plazmového ohřevu licího a nasávaného proudu oceli podle vynálezu, kde na obr. 1 je zobrazeno zařízení pro plazmový ohřev licího proudu, přičemž v levé části obr. je situace před nebo při částečném zaplnění pánve umístěné ve vakuové komoře, a v pravé části je schéma uspořádání plazmového ohřevu licího proudu po zaplnění pánve, na bbr. 2 je znázorněno alternativní využití způsobu podle vynálezu pro plazmový ohřev vakuovací komory a rafinované oceli, kde pánev s vakuovací komorou je opatřena plazmovými hořáky, přičemž v levé polovině výkresu je prázdná vakuovací komora, jejíž vyzdívka je předehřívána a v pravé polovině výkresu je vakuovací komora zaplněna ocelí, která je ohřívána.Advantages of the plasma human heating and suction stream method in the vacuum chamber of the present invention are the reduction or elimination of heat loss when pouring molten metal from a ladle to a ladle under coating or vacuum casting ingots in a caisson, and improving refined metal quality without requiring enormous metal overheating. In the furnace shown in the accompanying drawings, there is shown a method of plasma heating of a casting and sucking jet of steel according to the invention, in which Fig. 1 shows a device for plasma heating of a casting jet. chamber, and in the right part is a diagram of the arrangement of plasma heating of the casting stream after the ladle is filled, on bbr. 2 shows an alternative use of the method according to the invention for plasma heating of a vacuum chamber and refined steel, wherein the pan with a vacuum chamber is provided with plasma torches, the left half of the drawing showing empty vacuum chamber having lining preheated and the right half of the drawing steel that is heated.

Zařízení k provádění způsobu plazmového ohřevu licího proudu a nasávaného proudu ve vakuové komoře v příkladném provedení polle vynálezu sestává ze dvou plazmových hořáků 6, které jsou suvně uloženy v pouzdrech 8, výkyvně uspořádaných ve svislé rovině * Pro bližší vysvětlení způsobu plazmového ohřevu podle vynálezu se uvádí, že prostorové nastavení vzájemné polohy plazmových hořáků 6 se před zaplněním vakuové komory JL provede tak, žé paprsky plazmatu vycházejíoí z trysek plazmových hořáků 6 se protínají v prostoru vymezeném dnem pánve 2 a nejvyšší dosažitelnou úrovní hladiny kovu 2 přilitého do pánve 2, čímž se vytvoří předpoklady pro vznik superponovaného elektrického oblouku, uzavřeného přes paprsky plazmatu. V průběhu přelévání kovu 2 ² odpichové pánve 2 nebo přes mezipánev 4 do pánve 2 ve vakuové komoře 2 zůstává prostorové nastavení plazmových hořáků 6 stejné a závislý neb’o superponovaný oblouk je uzavřen přes lioí proud· 2 ^a2 do okamžiku, kdy se hladina přelitého kovu J zvýší na úroveň průsečíku os paprsků plazmatu. V dalším období) po stoupnutí hladiny přelitého kovu 2 nad průseč.ík os paprsků plazmatujje závislý nebo superponovaný elektrický oblouk· uzavřen přes hladinu kovu 2 stoupající v pánvi 2.The apparatus for carrying out the method of plasma casting current and suction flow in a vacuum chamber in an exemplary embodiment of the present invention consists of two plasma torches 6 which are slidably mounted in sleeves 8, pivotally arranged in a vertical plane. The spatial adjustment of the relative position of the plasma torches 6 prior to the filling of the vacuum chamber 11 is carried out such that the plasma beams emanating from the plasma torch nozzles 6 intersect within the space defined by the bottom of the pan 2 and the highest attainable level of metal 2 flowed into the pan 2. prerequisites for the emergence of a superimposed electric arc enclosed by plasma beams. During the pouring of metal tapping ladle 2 ² 2 or 4 through the tundish into the pan 2 in the vacuum chamber 2 remains spatial adjustment of plasma torches 6 identical and superimposed rays, dependent arc is closed via the LiOH · 2 stream ^a2 to the point where the level of metal přelitého J increases to the point of intersection of the plasma beam axes. In the following period), after the level of the poured metal 2 rises above the intersection of the beam axes, the dependent or superimposed electric arc is closed over the metal level 2 rising in the ladle 2.

Zasažením licího proudu 2 paprsky plazmatu dochází k intenzivnímu ohřevu licího proudu 2» je-li pro stabilizaci závislého nebo superponovaného elektrického oblouku použit inertní plyn, dochází souběžně se snížením doprovodných prvků, vykazujících vysokou tenái par i ke snížení plynů, rozpuštěných v tekutém kovu 2* Při začlenění licího proudu.2 nebo hladiny přelitého kovu 2 do .elektrického obvodu závislého nebo superponovaného oblouku tvoří lioí proud 2 nebo hladina přelitého kovu 2·elektrody, které vykazují zvýšený podíl tepla přeneseného z elektric kého oblouku na takto vytvořené elektrody.If the inert gas is used to stabilize the dependent or superimposed electric arc, the concurrent flow of the plasma jet 2 is intensively heated by the impact of the plasma jet 2, in parallel with the reduction of the accompanying elements exhibiting high vapor pressure and gases dissolved in the liquid metal. When the casting current 2 or the level of spill metal 2 is incorporated into the electric circuit of the dependent or superimposed arc, the current or level of the spill metal 2 forms electrodes which exhibit an increased proportion of heat transferred from the arc to the electrodes thus formed.

Tímto nastavením prizmových hořáků 6 do polohy, která je neměnná v celém průběhu přelévání kovu 2 do vakuové komory'1, je možno postupnou volbou superponovaného a závislého elektrického oblouku provést předběžný předehřev vakuové komory 2 a následný nebo současný ohřev.licího proudu 2 ^a kovu přelitého do pánve 2 nebo kokily, umístěné ve vakuové komoře 1 v případě, kdy licí proud 2 j^e souvislý, může protielektrodu pro vznik závislého nebo superponovaného oblouku tvořit licí proud tekutého kovu 2· . ' 'By adjusting the prism burners 6 to a position that is constant throughout the pouring of the metal 2 into the vacuum chamber 1, the pre-heating of the vacuum chamber 2 and the subsequent or simultaneous heating of the pouring stream 2 ^{and the} metal poured 2 into the pan or mold disposed in the vacuum chamber 1, where the pouring stream 2 ^e j connected, the electrode for the formation of the arc-dependent or superimposed to form the pouring stream of liquid metal 2 ·. ''

Kení-li licí proud 2 souvislý a není mošno zajistit plynulý přívod elektrického proudu na licí proud je výhodné, aby protielektrodu pro závislý nebo superponovaný elektrický oblouk tvořila hladina přelitého kovu 2·If the casting current 2 is continuous and it is not possible to ensure a continuous supply of electric current to the casting current, it is preferable that the counter electrode for the dependent or superimposed electric arc is formed by the level of spilled metal 2 ·

Alternativně je možno uskutečnit způsob plazmového ohřevu licího a nasávaného proudu oceli ve vakuovací komoře 1,tak, že ve vakuovací komoře 1 se provede předehřátí vnitřní vyzdívky této vaku*ovací komory 1. pomocí plazmových hořáků 6, nasměrovaných prostřednictvím pouzder 8 do vakuovací komory 1 tak, že se dosáhne uzavření elektrického oblouku, superponovaného na elektricky vodivé paprsky plazmatu v místě, jež zajišťuje optimální účinnost přenosu tepla do vyzdívky. Po dosažení požadované teploty,, například · 16OO°Cjse k zařízení dopraví pánev 2 s tekutou ocelí. Po nasátí tekuté oceli do vakuovací komory 2 ^8e úhel vzájemného prostorového nastavení plazmových hořáků 6 v průběhu stoupající a klesající hladiny oceli mění prostřednictvím pouzder 8 tak, že paprsky plazmatu, vytékající z trysek plazmových hořáků 6, se protínají v ose symetrie poď hladinou nasátého kovu, čímž se závislý nebo superponovaný elektrický oblouk uzavře přes paprsky plazmatu a hladinu oceli. Přenos tepelné energie je uskutečňován především tepelným zářením paprsků plazmatu o velké délce a,vysoké teplotě. Rychlost předéhřevu a konečná teplota stěn vakuovaóí komory 2 je řízena elektrickým příkonem dodávaným do superponovaného oblouku. Příhřev oceli po zaplnění vakuovací komory 2 ftiůže být proveden stejnými plazmovými hořáky 6 s tím rozdílem, Že je. využito možnosti uzavření výkonového elektrického oblouku plazmových hořáků 6 P-es superponovaný nebo závislý oblouk a hladinu oceli, přemísťované’do vakuovací komory 2· rředehřev vakuovací komory 2 být prováděn v návaznosti na příhřev oceli tak, že s postupným zaplňováním rafinačního zařízení oceli se superponovaný elektrický oblouk uzavře přes povrch tekutého kovu, přičemž vhodná volt-ampérová charakteristika napájecího zdroje plazmových hořáků 6 pokryje změnu charakteristiky elektrického oblouku.Alternatively, a method of plasma heating of the casting and sucking steel stream in the vacuum chamber 1 can be carried out by preheating the inner lining of the vacuum chamber 1 by means of plasma torches 6 directed through the sleeves 8 into the vacuum chamber 1. that an arc closure superimposed on the electrically conductive plasma beams at a location that provides optimal heat transfer efficiency to the lining is achieved. After reaching the desired temperature, for example 1600 ° C, the liquid steel ladle 2 is conveyed to the device. After the liquid steel has been sucked into the vacuum chamber ^28e, the spatial adjustment angle of the plasma torches 6 changes during the rising and falling levels of the steel by means of the sleeves 8 so that the plasma beams emanating from the plasma torch nozzles 6 intersect along the axis of symmetry. thereby closing the dependent or superimposed electric arc through plasma beams and steel level. The transfer of thermal energy is primarily effected by thermal radiation of plasma beams of long length and high temperature. The preheat rate and final wall temperature of the vacuum chamber 2 are controlled by the electrical power supplied to the superimposed arc. The heating of the steel after the vacuum chamber 2 has been filled can be carried out by the same plasma torches 6 with the difference that it is. the possibility of shutting off the power arc of plasma torches 6 P-es superimposed or dependent arc and the level of the steel being transferred to the vacuum chamber 2 the preheating of the vacuum chamber 2 can be carried out after the heating of the steel. the arc closes over the surface of the liquid metal, wherein a suitable volt-ampere characteristic of the power supply of the plasma torches 6 covers the change in the characteristic of the electric arc.

Claims

Object of the invention

A method of plasma heating a casting and suction stream in a vacuum chamber using at least one plasma torch, characterized in that at the beginning of the casting, the casting and sucking stream (5) of the liquid metal is hit by plasma beams that exit the nozzles of the plasma torches (6). burners (6). before starting the casting with the superimposed electric arc so that during the pouring of the metal into the vacuum chamber (1) the casting and suction current (5) heats by a dependent or superimposed arc which closes through the casting and suction current (5) until wherein the level of spill metal (7) reaches the level of intersection of the axes of the plasma rays a in the following period after the spill metal level (7) rises. above the intersection of the axes of the plasma beams, both the metal (7) and the casting β suction current (5) are heated by a dependent or superimposed electric arc enclosed by a metal level (7) rising in a ladle (2) or in a chill

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the plasma torch (6) of the vacuum chamber (1) is slidably mounted in a sleeve (8) pivotally arranged in a vertical plane *