RU109281U1 - Induction Crucible Furnace - Google Patents
Induction Crucible Furnace Download PDFInfo
- Publication number
- RU109281U1 RU109281U1 RU2011115143/02U RU2011115143U RU109281U1 RU 109281 U1 RU109281 U1 RU 109281U1 RU 2011115143/02 U RU2011115143/02 U RU 2011115143/02U RU 2011115143 U RU2011115143 U RU 2011115143U RU 109281 U1 RU109281 U1 RU 109281U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- furnace
- flange
- induction
- evacuating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области металлургии, более конкретно, к конструкции вакуумных и вакуумно-компрессионных индукционных печей с холодным тиглем для производства высококачественных легированных сталей и сплавов специальных марок, используемых, в частности, при изготовлении оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, лезвийного хирургического инструмента и др.The utility model relates to the field of metallurgy, and more particularly, to the design of vacuum and vacuum compression induction furnaces with a cold crucible for the production of high-quality alloy steels and alloys of special grades used, in particular, in the manufacture of shells for fuel elements of nuclear reactors, blade surgical instruments, etc. .
Решаемой задачей полезной модели является создание высокорентабельной промышленной индукционной тигельной печи для производства особо чистых легированных сталей и сплавов, используемых в различных областях техники и технологии.The solvable task of the utility model is the creation of a highly profitable industrial induction crucible furnace for the production of highly pure alloy steels and alloys used in various fields of engineering and technology.
Достигаемый технический результат заключается в повышении качества выплавляемых сталей и сплавов, увеличении удельной производительности в том числе, за счет изменения технологической схемы функционирования вакуумной индукционной печи, обеспечивающей сокращение времени технологического цикла производства при одновременном повышении надежности оборудования и снижении трудовых затрат.The technical result achieved is to improve the quality of smelted steels and alloys, to increase the specific productivity, including by changing the technological scheme of the operation of a vacuum induction furnace, which reduces the time of the production cycle while increasing the reliability of equipment and reducing labor costs.
Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются следующим образом. В индукционной тигельной печи, содержащей неподвижный охлаждаемый металлический тигель, многовитковый индуктор, источник питания, средства для вакуумирования печи, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта, согласно полезной модели, тигель снабжен съемной охлаждаемой металлической крышкой, оборудованной средствами для вакуумирования рабочего объема и баллистического ввода реагентов в толщу расплава, внутренняя часть охлаждаемого тигля выполнена в виде усеченного конуса, снабженного фланцем с жидкометаллическим затвором для соединения со съемной крышкой, причем по оси днища тигля установлен шток для выталкивания слитка, вокруг тигля друг над другом размещены первый основной и второй вспомогательный индукторы, над которыми расположен третий индуктор для нагрева указанного фланца, а снаружи тигельной печи установлены механизмы для перемещения крышки, слитка и загрузочного бункера.The solution of the problem and the specified technical result are achieved as follows. In an induction crucible furnace containing a fixed cooled metal crucible, a multi-turn inductor, a power source, means for evacuating the furnace, loading raw materials and unloading the finished product, according to a utility model, the crucible is equipped with a removable cooled metal lid equipped with means for evacuating the working volume and ballistic input reagents in the thickness of the melt, the inner part of the cooled crucible is made in the form of a truncated cone, equipped with a flange with a liquid metal shutter m for connection with a removable lid, and a rod for pushing the ingot is installed along the axis of the crucible bottom, the first main and second auxiliary inductors are placed around the crucible, above which the third inductor is used to heat the specified flange, and mechanisms for moving the lid are installed outside the crucible , ingot and loading hopper.
Кроме того, металлический тигель может быть выполнен сварным из коаксиальных обечаек, или из раздельных вертикальных секций, или спиральным из труб трапециидального сечения, причем раздельные теплоносителя, охлаждающего тигель, фланец и индукторы могут быть соединены с теплообменными контурами общего теплообменника для утилизации выделяемого тепла, а жидкометаллический затвор на верхней поверхности фланца может включать кольцевой паз, заполненный легкоплавким сплавом.In addition, the metal crucible can be made welded from coaxial shells, or from separate vertical sections, or spiral from trapezoidal cross-section pipes, and separate heat transfer media cooling the crucible, flange and inductors can be connected to the heat exchange circuits of the common heat exchanger to utilize the generated heat, and the liquid metal shutter on the upper surface of the flange may include an annular groove filled with a fusible alloy.
Кроме того, тигельная печь может быть размещена в защитном бетонном боксе, а средства для охлаждения, вакуумирования, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта могут быть выполнены с возможностью дистанционного управления. In addition, the crucible furnace can be placed in a protective concrete box, and the means for cooling, evacuating, loading the feedstock and unloading the finished product can be remotely controlled.
Description
Полезная модель относится к области металлургии, более конкретно, к конструкции вакуумных и вакуумно-компрессионных индукционных печей с холодным тиглем для производства высококачественных легированных сталей и сплавов специальных марок, используемых, в частности, при изготовлении оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, лезвийного хирургического инструмента и др.The utility model relates to the field of metallurgy, and more particularly, to the design of vacuum and vacuum compression induction furnaces with a cold crucible for the production of high-quality alloy steels and alloys of special grades used, in particular, in the manufacture of shells for fuel elements of nuclear reactors, blade surgical instruments, etc. .
Известно устройство для передела рудного сырья, содержащее вакуумную индукционную печь с футерованным тиглем, многовитковый индуктор, источник питания, средства для вакуумирования печи, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта (см. патент РФ №2215050, МПК С22В 26/22, опублик. 27.10.2003).A device for redistributing ore raw materials is known, containing a vacuum induction furnace with a lined crucible, a multi-turn inductor, a power source, means for evacuating the furnace, loading the feedstock and unloading the finished product (see RF patent No. 2215050, IPC C22B 26/22, published. 27.10 .2003).
Известное устройство предназначено для производства магния и других ценных металлов или металлоидов из доломитового сырья. Особенностью вакуумной индукционной печи в известном устройстве является наличие футерованного тигля конической формы с плоским днищем, установленным с возможностью перемещения относительно направляющих стоек блока приема рудных остатков и герметично сочлененным с корпусом вакуумной индукционной печи с помощью жидкометаллического затвора, и конденсатор, установленный над корпусом вакуумной индукционной печи с возможностью перемещения и поворота относительно корпуса вакуумной индукционной печи и герметичной вспомогательной емкости, снабженной изложницей и внешним нагревателем, и герметично сочлененный с ними с помощью жидкометаллических затворов, причем все жидкометаллические затворы содержат среду с температурой плавления 90-130°С.The known device is intended for the production of magnesium and other valuable metals or metalloids from dolomite raw materials. A feature of the vacuum induction furnace in the known device is the presence of a conical lined crucible with a flat bottom installed with the possibility of movement relative to the guide racks of the ore residue receiving unit and hermetically connected to the body of the vacuum induction furnace using a liquid metal shutter, and a capacitor mounted above the case of the vacuum induction furnace with the ability to move and rotate relative to the housing of the vacuum induction furnace and a sealed auxiliary tank STI, the ingot mold and equipped with an external heater and hermetically jointed to them using liquid metal closures, and all liquid metal closures comprise a medium with a melting point of 90-130 ° C.
В известном устройстве предварительно приготовленные брикеты рудного доломитового сырья, содержащие железо и кремний, загружают послойно с фрагментами из магнитопроводящих металлов через загрузочный бункер в вакуумную индукционную печь. Затем осуществляют герметизацию и вакуумирование печи при остаточных давлениях от 0,1 до 1,0 мм рт.ст. и проводят индукционный нагрев рудного сырья до температуры 1300-1450°С для силикотермического восстановления и конденсации магния. После завершения восстановления конденсат легкоплавкого продукта расплавляют во вспомогательной емкости с помощью дополнительного индуктора с получением в изложнице литой заготовки, а рудный остаток извлекают из печи при перемещении плоского днища тигля.In the known device, pre-prepared briquettes of ore dolomite raw materials containing iron and silicon are loaded layer by layer with fragments of magnetically conductive metals through a feed hopper into a vacuum induction furnace. Then carry out the sealing and evacuation of the furnace at residual pressures from 0.1 to 1.0 mm Hg and conduct induction heating of the ore to a temperature of 1300-1450 ° C for silicothermic reduction and condensation of magnesium. After completion of the recovery, the condensate of the low-melting product is melted in an auxiliary vessel using an additional inductor to obtain a cast billet in the mold, and the ore residue is removed from the furnace by moving the crucible flat bottom.
К тиглю вакуумной индукционной печи в известном устройстве предъявляются высокие требования. Футеровка тигля должна выдерживать большие температурные напряжения, гидростатическое давление расплава и значительные механические нагрузки от вибрации индуктора, при загрузке и осаживании шихты. Указанные обстоятельства ограничивают стойкость тигля и продолжительность эксплуатации вакуумной индукционной печи. Кроме того, материал футеровки тигля при высоких температурах может химически взаимодействовать с расплавленным металлом. Это затрудняет получение весьма чистых металлов и сплавов заданного состава и стабильность их свойств, что сказывается на качестве получаемых изделий.To the crucible of a vacuum induction furnace in a known device, high demands are made. The lining of the crucible must withstand high temperature stresses, hydrostatic pressure of the melt and significant mechanical stresses from the vibration of the inductor when loading and settling the charge. These circumstances limit the stability of the crucible and the duration of operation of the vacuum induction furnace. In addition, the material of the lining of the crucible at high temperatures can chemically interact with molten metal. This makes it difficult to obtain very pure metals and alloys of a given composition and the stability of their properties, which affects the quality of the products obtained.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является индукционная тигельная печь, содержащая неподвижный охлаждаемый металлический тигель, многовитковый индуктор, источник питания, средства для вакуумирования печи, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта (см. Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для вузов/ А.Е.Слухоцкий, В.С.Немков, Н.А.Павлов и др.; Под ред. А.Е.Слухоцкого. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981, с.241 - прототип).The closest technical solution to the proposed one is an induction crucible furnace containing a fixed cooled metal crucible, a multi-turn inductor, a power source, means for evacuating the furnace, loading raw materials and unloading the finished product (see Induction heating plants: Textbook for universities / A.E. .Slukhotsky, V.S. Nemkov, N.A. Pavlov and others; Edited by A.E. Sluhotsky. - L.: Energoizdat. Leningra. Department, 1981, p.241 - prototype).
Особенностью известной вакуумной индукционной тигельной печи является наличие разрезного цилиндрического тигля, выполненного из отдельных вертикально расположенных водоохлаждаемых металлических секций (так называемый «холодный» тигель). Это обеспечивает повышение эффективности печи за счет уменьшения экранирования поля индуктора от загрузки при заданных конфигурации стенок тигля и рабочей частоте источника питания. В нижней части такой тигельной печи размещено подвижное водоохлаждаемое основание для вытягивания кристаллизующейся части слитка. Внутреняя поверхность секций тигля может иметь изоляционное покрытие из тугоплавкого окисла, а зазоры между секциями могут быть заполнены высокотемпературным изоляционным материалом.A feature of the known vacuum induction crucible furnace is the presence of a split cylindrical crucible made of separate vertically arranged water-cooled metal sections (the so-called “cold” crucible). This provides an increase in furnace efficiency by reducing the shielding of the inductor field from loading for a given configuration of the crucible walls and the operating frequency of the power source. In the lower part of such a crucible furnace there is a movable water-cooled base for drawing the crystallizing part of the ingot. The inner surface of the crucible sections may have an insulating coating of refractory oxide, and the gaps between the sections may be filled with high-temperature insulating material.
Несмотря на значительные энергозатраты, известная вакуумная индукционная печь с металлическим водоохлаждаемым тиглем обеспечивает сравнительно высокую чистоту получаемых металлов, сплавов и окисных материалов. При этом низкая температура рабочей поверхности охлаждаемого тигля способствует образованию на его стенках слоя гарнисажа толщиной в доли миллиметра, который отделяет расплав от стенок тигля, предотвращает химическое взаимодействие между ними и обеспечивает сравнительно высокий ресурс печи.Despite significant energy consumption, the known vacuum induction furnace with a metal water-cooled crucible provides a relatively high purity of the resulting metals, alloys and oxide materials. At the same time, the low temperature of the working surface of the cooled crucible promotes the formation of a skull layer on its walls with a thickness of a millimeter, which separates the melt from the walls of the crucible, prevents chemical interaction between them and ensures a relatively high furnace life.
К недостаткам известного устройства следует отнести прежде всего сложность используемого оборудования для вакуумирования рабочего объема тигельной печи, поскольку тигель и необходимые узлы такой печи обычно размещают внутри герметичной емкости, имеющей значительные размеры и массу (см. там же стр.239). Обслуживание тигельных печей внутри замкнутого объема герметичной емкости ограничивает проведение подготовительных операций, массу загрузки сырья и общее время цикла плавки, снижая в целом эффективность и ресурс известного устройства. Кроме того в известной индукционной печи отсутствуют приспособления, позволяющие без нарушения вакуума производить необходимые технологические операции, а также средства для введения в определенном порядке непосредственно в расплав легирующих и присадочных материалов, улучшающих качество отливок.The disadvantages of the known device should be attributed primarily to the complexity of the equipment used to evacuate the working volume of the crucible furnace, since the crucible and the necessary components of such a furnace are usually placed inside an airtight container having significant dimensions and weight (see also p. 239). Servicing crucible furnaces inside a closed volume of a sealed container limits the preparatory operations, the load mass of raw materials and the total melting cycle time, reducing the overall efficiency and resource of the known device. In addition, in the known induction furnace there are no devices that allow, without breaking the vacuum, to carry out the necessary technological operations, as well as means for introducing, in a certain order, directly into the melt alloying and filler materials that improve the quality of castings.
Решаемой задачей полезной модели является создание высокорентабельной промышленной индукционной тигельной печи для производства особо чистых легированных сталей и сплавов, используемых, в том числе, при изготовлении оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, лезвийного хирургического инструмента и др.The solvable task of the utility model is the creation of a highly profitable industrial induction crucible furnace for the production of highly pure alloy steels and alloys, which are also used in the manufacture of shells for fuel elements of nuclear reactors, blade surgical instruments, etc.
Достигаемый технический результат заключается в повышении качества выплавляемых сталей и сплавов, увеличении удельной производительности в том числе, за счет изменения технологической схемы функционирования вакуумной индукционной печи, обеспечивающей сокращение времени технологического цикла производства при одновременном повышении надежности оборудования и снижении трудовых затрат.The technical result achieved is to improve the quality of smelted steels and alloys, to increase the specific productivity, including by changing the technological scheme of the operation of a vacuum induction furnace, which reduces the time of the production cycle while increasing the reliability of equipment and reducing labor costs.
Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются следующим образом. В индукционной тигельной печи, содержащей неподвижный охлаждаемый металлический тигель, многовитковый индуктор, источник питания, средства для вакуумирования печи, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта, согласно полезной модели, тигель снабжен съемной охлаждаемой металлической крышкой, оборудованной средствами для вакуумирования рабочего объема и баллистического ввода реагентов в толщу расплава, внутренняя часть охлаждаемого тигля выполнена в виде усеченного конуса, снабженного фланцем с жидкометаллическим затвором для соединения со съемной крышкой, причем по оси днища тигля установлен шток для выталкивания слитка, вокруг тигля друг над другом размещены первый основной и второй вспомогательный индукторы, над которыми расположен третий индуктор для нагрева указанного фланца, а снаружи тигельной печи установлены механизмы для перемещения крышки, слитка и загрузочного бункера.The solution of the problem and the specified technical result are achieved as follows. In an induction crucible furnace containing a fixed cooled metal crucible, a multi-turn inductor, a power source, means for evacuating the furnace, loading raw materials and unloading the finished product, according to a utility model, the crucible is equipped with a removable cooled metal lid equipped with means for evacuating the working volume and ballistic input reagents in the thickness of the melt, the inner part of the cooled crucible is made in the form of a truncated cone, equipped with a flange with a liquid metal shutter m for connection with a removable lid, and a rod for pushing the ingot is installed along the axis of the crucible bottom, the first main and second auxiliary inductors are placed around the crucible, above which the third inductor is used to heat the specified flange, and mechanisms for moving the lid are installed outside the crucible , ingot and loading hopper.
Кроме того, металлический тигель может быть выполнен сварным из коаксиальных обечаек, разрезным из вертикальных секций или спиральным из труб трапециидального сечения, причем раздельные контуры теплоносителя, охлаждающего тигель, фланец и индукторы могут быть соединены с теплообменными контурами общего теплообменника для утилизации выделяемого тепла, а жидкометаллический затвор на верхней поверхности фланца может включать кольцевой паз, заполненный легкоплавким сплавом.In addition, the metal crucible can be welded from coaxial shells, cut from vertical sections or spiral from trapezoidal cross-section pipes, and separate circuits of the heat carrier cooling the crucible, flange and inductors can be connected to the heat exchange circuits of a common heat exchanger to utilize the generated heat, and liquid metal the shutter on the upper surface of the flange may include an annular groove filled with a fusible alloy.
Кроме того, тигельная печь может быть размещена в защитном бетонном боксе, а средства для охлаждения, вакуумирования, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта могут быть выполнены с возможностью дистанционного управления.In addition, the crucible furnace can be placed in a protective concrete box, and the means for cooling, evacuating, loading the feedstock and unloading the finished product can be remotely controlled.
Такое выполнение полезной модели, по сравнению с известными техническими решениями позволяет повысить удельную производительность при производстве промышленных количеств особо чистых легированных сталей и сплавов, преимущественно, за счет увеличения эффективности функционирования рабочего объема индукционной тигельной печи, сокращения времени технологического цикла производства при одновременном повышении надежности оборудования и снижении трудовых затрат. Предложенное техническое решение обеспечивает создание высокорентабельной промышленной индукционной тигельной печи для выплавки квалифицированных сталей и сплавов, используемых, в том числе, при изготовлении оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, лезвийного хирургического инструмента и др.This embodiment of the utility model, in comparison with the known technical solutions, allows to increase the specific productivity in the production of industrial quantities of highly pure alloy steels and alloys, mainly by increasing the efficiency of the working volume of the induction crucible furnace, reducing the time of the production cycle while increasing the reliability of the equipment and lower labor costs. The proposed technical solution provides the creation of a highly profitable industrial induction crucible furnace for the smelting of qualified steels and alloys used, including, in the manufacture of shells of fuel elements of nuclear reactors, blade surgical instruments, etc.
На фиг.1 представлена принципиальная схема индукционной тигельной печи для производства высококачественных легированных сталей и сплавов специальных марок.Figure 1 presents a schematic diagram of an induction crucible furnace for the production of high-quality alloy steels and alloys of special grades.
Индукционная тигельная печь содержит неподвижный охлаждаемый металлический тигель 1, снабженный съемной охлаждаемой металлической крышкой 2 с механизмом 3 для баллистического ввода реагентов в толщу расплава 4. Внутренняя часть охлаждаемого тигля 1 выполнена в виде усеченного конуса, снабженного фланцем 5 с жидкометаллическим затвором для соединения со съемной крышкой 2. По оси днища 6 тигля 1 установлен шток 7 с механизмом для выталкивания твердого слитка с последующей транспортировкой его на переработку. Вокруг тигля 1 друг над другом размещены первый основной и второй вспомогательный индукторы 8, 9, над которыми расположен третий индуктор 10 для нагрева фланца 5. Снаружи тигля 1 индукционной печи установлены механизм 11 для перемещения крышки и механизм 12 для перемещения слитка и загрузочного бункера 13.The induction crucible furnace contains a fixed cooled metal crucible 1 equipped with a removable cooled metal cover 2 with a mechanism 3 for ballistic input of reagents into the thickness of the melt 4. The inner part of the cooled crucible 1 is made in the form of a truncated cone equipped with a flange 5 with a liquid metal shutter for connection with a removable cover 2. On the axis of the bottom 6 of the crucible 1, a rod 7 is installed with a mechanism for pushing a solid ingot with its subsequent transportation to processing. Around the crucible 1, one above the other, the first main and second auxiliary inductors 8, 9 are placed, over which the third inductor 10 is located to heat the flange 5. Outside of the crucible 1 of the induction furnace, a mechanism 11 for moving the lid and a mechanism 12 for moving the ingot and the loading hopper 13 are installed.
На фиг.1 металлический тигель 1 выполнен сварным из коаксиальных обечаек из листов сплава на основе меди, имеющим, по крайней мере, один вертикальный разрез (не показан) для уменьшения экранирования поля индукторов 8 и 9. В других вариантах реализации тигель 1 может быть выполнен разрезным из нескольких вертикальных секций или спиральным из труб трапециидального сечения, которые могут служить витками индукторов 8 и 9. Раздельные контуры (не показаны) теплоносителя охлаждающего тигель 1, фланец 5 и индукторы 8, 9, 10 соединены с теплообменными контурами общего теплообменника 14 для утилизации выделяемого тигельной печью и индукторами тепла с получением электроэнергии, например, в паротурбинной установке (не показана). Жидкометаллический затвор на верхней поверхности фланца 5 содержит кольцевой паз, заполненный легкоплавким сплавом с температурой плавления в диапазоне 90-130°С. Тигель 1, индукторы 8, 9, 10, механизмы 3, 7, 11, 12, загрузочный бункер 13 и теплообменник 14 размещены в защитном бетонном боксе 15, снабженном съемным перекрытием 16 и шлюзами 17 для осуществления загрузки бункера 13 шихтой из накопителя 18, а также для транспортировки слитка к участку 19 переработки слитка в готовую продукцию, например, в виде листовой стали для изготовления хирургических инструментов, трубок ТВЭЛ и др.In Fig. 1, the metal crucible 1 is made of welded coaxial shells of copper-based alloy sheets, having at least one vertical section (not shown) to reduce the shielding of the field of the inductors 8 and 9. In other embodiments, the crucible 1 can be made split from several vertical sections or spiral from pipes of trapezoidal cross-section, which can serve as turns of inductors 8 and 9. Separate circuits (not shown) of the coolant coolant 1, flange 5 and inductors 8, 9, 10 are connected to heat exchange circuits Urah common heat exchanger 14 for utilization of the heat emitted by the crucible furnace and inductors to produce electricity, for example, in a steam turbine installation (not shown). The liquid metal shutter on the upper surface of the flange 5 contains an annular groove filled with a fusible alloy with a melting point in the range of 90-130 ° C. The crucible 1, inductors 8, 9, 10, mechanisms 3, 7, 11, 12, the loading hopper 13 and the heat exchanger 14 are placed in a protective concrete box 15, equipped with a removable overlap 16 and locks 17 for loading the hopper 13 with a charge from the drive 18, and also for transporting the ingot to the ingot processing section 19 into finished products, for example, in the form of sheet steel for the manufacture of surgical instruments, TVEL tubes, etc.
Тигельная печь содержит систему 20 вакуумирования рабочего объема тигля 1 до давлений порядка 0, 01 атм и систему 21 для его заполнения нейтральным газом до избыточного давления порядка 3-5 атм при проведении некоторых режимов баротермической плавки. При этом вакуумирование и заполнение рабочего объема тигля 1 нейтральным газом осуществляется через трубопроводы, соединенные через полости в механизме 11 с каналами в крышке 2 печи. Механизмы 3, 7, 11, 12 имеют дистанционно управляемый электромеханический привод от пульта управления 22. Контуры охлаждения тигля 1, днища 6, фланца 5 и индукторов 8, 9, 10 снабжены дистанционно управляемыми с пульта 22 насосами и необходимым запорно-регулирующим оборудованием (не показаны). В качестве теплоносителя используется химочищенная вода или один из видов органических жидкостей. Для источника питания 23 индукторов 8, 9, 10 тигельной печи используются независимые тиристорные или машинные генераторы мощностью в десятки и сотни кВА с рабочей частотой в сотни и тысячи Гц (не показаны) в зависимости от вида шихты, объема загрузки тигля и других параметров тигельной печи.The crucible furnace contains a system 20 for evacuating the working volume of crucible 1 to pressures of the order of 0.01 atm and a system 21 for filling it with neutral gas to an excess pressure of the order of 3-5 atm during certain barothermic melting modes. In this case, the evacuation and filling of the working volume of the crucible 1 with neutral gas is carried out through pipelines connected through cavities in the mechanism 11 with channels in the lid 2 of the furnace. Mechanisms 3, 7, 11, 12 have a remotely controlled electromechanical drive from the control panel 22. The cooling circuits of the crucible 1, bottom 6, flange 5 and inductors 8, 9, 10 are equipped with 22 pumps remotely controlled from the panel and the necessary locking and regulating equipment (not shown). As a heat carrier, chemically purified water or one of the types of organic liquids is used. For a power source of 23 inductors 8, 9, 10 of a crucible furnace, independent thyristor or machine generators with a power of tens and hundreds of kVA with an operating frequency of hundreds and thousands of Hz (not shown) are used, depending on the type of charge, the volume of loading of the crucible, and other parameters of the crucible furnace .
Индукционная тигельная печь функционирует следующим образом.Induction crucible furnace operates as follows.
Предварительно из исходного сырья готовят шихту, в виде гранул или компактов заданного фракционного и химического состава с расчетным количеством легирующих и корректирующих добавок. Подготовленную шихту из накопителя 18 через шлюзы 17 в необходимом количестве подают в загрузочный бункер 13. С помощью механизма 12 с несколькими степенями свободы бункер 13 подводят к открытому тиглю 1 для его заполнения до необходимого уровня (предварительно крышка 2 тигля 1 отводится механизмом 11 в сторону). После этого бункер 13 возвращают в исходное состояние, а крышку 2 устанавливают в рабочее положение до заглубления ее кромки в кольцевой паз во фланце 5, заполненный расплавленным с помощью индуктора 10 сплавом Pb-Bi с температурой плавления 130°С. После отключения индуктора 10 и охлаждения водой фланца 5 сплав застывает, образуя герметичный затвор между съемной крышкой 2 и тиглем 1. Затем осуществляют предварительную продувку рабочего объема печи нейтральным газом из системы 21 с последующим вакуумированием с помощью системы 20 до давления около 0,01 атм. Одновременно включают систему подачи воды на охлаждение тигля 1 и индукторов 8, 9, после чего подключают основной и вспомогательный индукторы 8, 9 к источнику питания 23 и обеспечивают расплавление шихты.Preliminarily, a charge is prepared from the feedstock in the form of granules or compacts of a given fractional and chemical composition with a calculated amount of alloying and correcting additives. The prepared charge from the drive 18 through the locks 17 in the required quantity is fed into the loading hopper 13. Using the mechanism 12 with several degrees of freedom, the hopper 13 is brought to the open crucible 1 to fill it to the required level (previously, the cover 2 of the crucible 1 is taken away by the mechanism 11 to the side) . After that, the hopper 13 is returned to its original state, and the lid 2 is set to its working position until its edge is deepened into an annular groove in the flange 5, filled with Pb-Bi alloy melted with an inductor 10 with a melting point of 130 ° C. After turning off the inductor 10 and cooling the flange 5 with water, the alloy solidifies, forming a tight shutter between the removable cover 2 and the crucible 1. Then, the working volume of the furnace is preliminarily purged with neutral gas from system 21, followed by evacuation using system 20 to a pressure of about 0.01 atm. At the same time, the water supply system for cooling the crucible 1 and the inductors 8, 9 is turned on, after which the main and auxiliary inductors 8, 9 are connected to the power source 23 and the charge is melted.
По окончании режима плавки отключают основной индуктор 8, что вызывает охлаждение расплава 4 в тигле 1 и его постепенное затвердевание. Индукционный нагрев и поддержание в течении некоторого времени прибыльной части слитка в жидком состоянии позволяет дополнительно улучшить микроструктуру материала прибыли слитка, а также снизить потери металла. При достижении температуры слитка около 1300°С рабочий объем тигля 1 заполняют из системы 21 инертным газом до атмосферного давления и с помощью индуктора 10 нагревают фланец 5 до расплавления сплава Pb-Bi. Затем с помощью механизма 11 отводят крышку 2 в сторону и выталкивают слиток из тигля штоком 7 вверх до захвата вилкой поворотного механизма 12 для дальнейшего перемещения через шлюз в защитном бетонном боксе 15 к участку 19 с целью переработки слитка в готовую продукцию, например, в виде высококачественной листовой стали с последующим изготовлением из нее товарной продукции. После завершения описанного цикла, осмотра и профилактических работ на указанном оборудовании осуществляют новый цикл плавки сырья, при этом средства для охлаждения, вакуумирования, загрузки исходного сырья и выгрузки готового продукта выполнены с возможностью дистанционного управления.At the end of the melting mode, the main inductor 8 is turned off, which causes the cooling of the melt 4 in the crucible 1 and its gradual hardening. Induction heating and maintaining for some time the profitable part of the ingot in a liquid state can further improve the microstructure of the material of the profit of the ingot, as well as reduce metal loss. When the ingot temperature reaches about 1300 ° C, the working volume of the crucible 1 is filled from the system 21 with inert gas to atmospheric pressure and, using the inductor 10, the flange 5 is heated to melt the Pb-Bi alloy. Then, using the mechanism 11, the lid 2 is pushed to the side and the ingot is pushed out of the crucible with the rod 7 upwards until the fork grips the rotary mechanism 12 for further movement through the lock in the protective concrete box 15 to section 19 in order to process the ingot into finished products, for example, in the form of high-quality sheet steel, followed by the manufacture of commercial products from it. After completion of the described cycle, inspection and maintenance work on the specified equipment, a new cycle of smelting of raw materials is carried out, while the means for cooling, evacuating, loading of raw materials and unloading the finished product are made with remote control.
Предложенная индукционная печь с охлаждаемым тиглем допускает применение как вакуумного, так и баротермического переплава компактов, например, из заранее подготовленной смеси металлических порошков жаропрочных сплавов. Для обеспечения минимального содержания неконтролируемых микропримесей в рядовой стали нижний температурный предел для предложенной индукционной печи отвечает перегреву ванны расплава до 1700-1750°С, а для тугоплавких, например, титановых сплавов до 2000°С. Сталь при данной температуре выдерживают в тигле 1 в течение 10-60 мин (термо-временная обработка), после чего температуру расплава снижают до 1600°С и порционно-последовательно с помощью механизма 3 вводят в расплав 4 множество компактов в виде шариков магния массой от 10 г в количестве до 0,1% от массы загрузки. Баллистический ввод реагентов со скоростью 300-800 м/сек позволяет инжектировать их в среднюю и донную часть расплава, что обеспечивает эффективное взаимодействие магния с вредными примесями в о всем объеме расплава. В расплав кроме металлического магния можно вводить другие реагенты в виде добавок с высокой упругостью пара.The proposed induction furnace with a cooled crucible allows the use of both vacuum and barothermic remelting of compacts, for example, from a pre-prepared mixture of metal powders of heat-resistant alloys. To ensure the minimum content of uncontrolled microimpurities in ordinary steel, the lower temperature limit for the proposed induction furnace corresponds to overheating of the molten bath to 1700-1750 ° C, and for refractory, for example, titanium alloys, to 2000 ° C. The steel at this temperature is kept in crucible 1 for 10-60 minutes (thermo-temporary treatment), after which the melt temperature is reduced to 1600 ° C and a plurality of compacts are introduced into melt 4 in the form of magnesium balls weighing from 10 g in an amount of up to 0.1% by weight of the load. Ballistic injection of reagents at a speed of 300-800 m / s allows them to be injected into the middle and bottom of the melt, which ensures effective interaction of magnesium with harmful impurities in the entire volume of the melt. In addition to metallic magnesium, other reagents in the form of additives with high vapor pressure can be introduced into the melt.
Предложенная индукционная тигельная печь допускает безопасное и эффективное применение баллистического ввода добавок (Mg, Na и др.) в толщу расплава на глубину до 0,5-1,0 м. Это определяет возможность радикального снижения содержания серы в финишном металле (ниже 0,001%) и восстановление магнием многих вредных соединений и микропримесей. Наблюдается также заметное изменение количества и морфологии неметаллических включений, которые приобретают наименее опасную для сохранения структуры металла форму глобулей. Возможность введения возгоняющихся добавок (натрий, гидриды и пр.) открывает перспективы производства пористых тугоплавких композиций нового поколения. Проведенные авторами в разное время исследования позволили установить оптимальный температурный режим плавки в вакуумной индукционной печи с холодным тиглем некоторых видов сырья и оптимальную по времени изотермическую выдержку расплава. Важным фактором повышения качества получаемых металлов и сплавов является также поддержание заданной скорости затвердевания жидкой ванны расплава за счет самопроизвольного отвода тепла в вохлаждаемый тигель, обеспечивая постоянный градиент температур и образование гарнисажа при кристаллизации расплава. При переплаве осуществляются дегазация металла, термолиз неметаллических включений и сублимация компонентов с высокой упругостью пара.The proposed induction crucible furnace allows the safe and effective application of ballistic input of additives (Mg, Na, etc.) into the melt to a depth of 0.5-1.0 m. This determines the possibility of a radical decrease in the sulfur content in the finishing metal (below 0.001%) and magnesium recovery of many harmful compounds and trace elements. There is also a noticeable change in the number and morphology of non-metallic inclusions, which acquire the form of globules that is least dangerous for maintaining the metal structure. The possibility of introducing sublimating additives (sodium, hydrides, etc.) opens up the prospects for the production of new generation of porous refractory compositions. The studies carried out by the authors at different times made it possible to establish the optimum temperature regime of melting in a vacuum induction furnace with a cold crucible of some types of raw materials and the optimal isothermal exposure of the melt in time. An important factor in improving the quality of the metals and alloys obtained is also the maintenance of the set solidification rate of the liquid melt pool due to spontaneous heat removal to the cooled crucible, providing a constant temperature gradient and the formation of a skull during melt crystallization. During remelting, metal degassing, thermolysis of non-metallic inclusions and sublimation of components with high vapor pressure are carried out.
В результате получаемый в предложенной индукционной печи металл имеет повышенные физико-механические и эксплуатационные свойства, например легированные стали и сплавы в составе изделий имеют повышенный коррозионный ресурс и не требуют использования дополнительных покрытий. Это позволяет освоить производство принципиально нового класса изделий из тугоплавких сплавов на основе титана, циркония и др. для агрегатов специальной техники. Принятые параметры термической обработки в предложенной индукционной тмигельной печи обеспечивают оптимизацию структуры ближнего порядка расплава (см. Вертман А.А., Самарин A.M. «Свойства расплавов железа», М., изд. АН СССР), что предопределяет получение материалов с заранее заданными свойствами.As a result, the metal obtained in the proposed induction furnace has enhanced physical, mechanical and operational properties, for example alloy steels and alloys in the composition of products have an increased corrosion resource and do not require the use of additional coatings. This allows us to master the production of a fundamentally new class of products from refractory alloys based on titanium, zirconium, etc. for units of special equipment. The adopted heat treatment parameters in the proposed induction furnace for blast furnace provide optimization of the structure of the short-range order of the melt (see Wertman A.A., Samarin A.M. “Properties of iron melts”, M., ed. USSR Academy of Sciences), which determines the receipt of materials with predetermined properties.
Проведенный авторами анализ свидетельствует о значительном прогрессе в области электрометаллургии легированных сталей при освоении вакуумных индукционных печей с холодным тиглем (ИПХТ). Они были разработаны в середине прошлого века для передела урана и радиоактивных материалов и могут быть использованы также для выплавки особо квалифицированных сталей и сплавов. Отсутствие футеровки в предложенной ИПХТ полностью исключает загрязнение расплава наиболее опасными крупными экзогенными включениями и изменение состава металла за счет его взаимодействия с огнеупорами, а также исключает ручной труд и снижает текущие затраты. Возможность экстремального перегрева, в том числе, и тугоплавких металлов является другим важным преимуществом предложенной ИПХТ, которое не может быть реализовано в печах другой конструкции. Ведение процесса в вакууме или при повышенном давлении нейтральных газов до 5 атм и возможность оперативного перехода от вакуумной плавки к бароплавке открывают новые возможности управления качеством получаемого металла, а регулируемое охлаждение отливки для исключения образования усадочной раковины дополнительно повышает выход годного металла и улучшает микроструктуру прибыльной части слитка.The analysis carried out by the authors indicates significant progress in the field of electrometallurgy of alloyed steels in the development of vacuum induction furnaces with a cold crucible (IPCT). They were developed in the middle of the last century for the redistribution of uranium and radioactive materials and can also be used for the smelting of highly qualified steels and alloys. The absence of lining in the proposed IPCP completely eliminates the contamination of the melt with the most dangerous large exogenous inclusions and a change in the composition of the metal due to its interaction with refractories, and also eliminates manual labor and reduces current costs. The possibility of extreme overheating, including refractory metals, is another important advantage of the proposed IPCP, which cannot be implemented in furnaces of a different design. The process in a vacuum or at an increased pressure of neutral gases up to 5 atm and the ability to quickly switch from vacuum smelting to a bar melt open up new possibilities for controlling the quality of the obtained metal, and the controlled cooling of the casting to prevent the formation of a shrink shell additionally increases the yield of metal and improves the microstructure of the profitable part of the ingot .
Масса слитка выплавляемого в предложенной ИПХТ, ограничена и даже в перспективе, вероятно, не превысит 1-2 т, в связи с чем наибольший интерес имеют технологии производства эксклюзивных изделий типа трубок для ТВЭЛ, постоянных магнитов, лезвийных изделий, тонкой проволоки для металлотканей фильтров и пр. Для примера следует указать, что стойкость рядовой стали Х18Н9Т в агрессивных средах после переработки в предложенной ИПХТ возрастает в 3-5 раз без дополнительного легирования, что объясняется микрогетерогенной структурой расплава вблизи температуры плавления. Отмечено заметное повышение свойств прецизионных сплавов, в том числе, повышение ресурса ценного хирургического инструмента.The mass of the ingot smelted in the proposed IPCP is limited, and even in the future, probably will not exceed 1-2 tons, in connection with which the most interesting are technologies for the production of exclusive products such as tubes for fuel rods, permanent magnets, blade products, thin wire for metal filters and etc. For example, it should be pointed out that the resistance of ordinary X18H9T steel in aggressive environments after processing in the proposed IPCP increases 3-5 times without additional alloying, which is explained by the microheterogeneous structure of the melt near t Melting mperatury. A marked increase in the properties of precision alloys was noted, including an increase in the resource of a valuable surgical instrument.
Применение предложенной ИПХТ позволяет изготавливать класс тугоплавких сплавов и соединений нового поколения, свойства которых заслуживают детального изучения. В существующих ИПХТ наблюдается экстремально высокий расход электроэнергии (до 3000 кВтч/т или до 2,6 Гкал), причем до 80% (~2,0 Гкал/т) подводимой энергии ныне безвозвратно теряется, т.к. теплосодержание воды для охлаждения тигля и индуктора не утилизируется. Потребительская ценность низкопотенциального теплоносителя достигает 40-50 $/Гкал и непрерывно возрастает, поэтому энергозатраты в предложенной ИПХТ могут быть снижены примерно на 30%, а при переходе на использование органического теплоносителя с повышенной температурой кипения на 40-50%, что дополнительно определяет высокую доходность производства.The application of the proposed IPCP allows us to produce a class of refractory alloys and compounds of a new generation, the properties of which deserve detailed study. In existing IPCP, an extremely high energy consumption is observed (up to 3000 kWh / t or up to 2.6 Gcal), and up to 80% (~ 2.0 Gcal / t) of supplied energy is now irretrievably lost, because the heat content of water for cooling the crucible and inductor is not disposed of. The consumer value of the low-grade coolant reaches $ 40-50 / Gcal and is constantly increasing, therefore, the energy consumption in the proposed IPCP can be reduced by about 30%, and when switching to using an organic coolant with an increased boiling point by 40-50%, which additionally determines high profitability production.
Особенности конструкции предложенной ИПХТ определяют перспективу создания специализированных участков или миникомплексов с объемом холодного тигля от единиц до сотен литров с годовым выпуском порядка 1000-2000 т ценной продукции. С учетом изложенного можно отметить, что создание микрокомплекса по производству 1000 т/год указанной трубной продукции (~3,0 т/сутки или до 1,0 т/смена) является весьма доходным предприятием, не требующим крупных капвложений, которое может быть сооружено в сравнительно краткие сроки.The design features of the proposed IPCP determine the prospect of creating specialized sections or minicomplexes with a cold crucible volume from units to hundreds of liters with an annual output of about 1000-2000 tons of valuable products. Based on the foregoing, it can be noted that the creation of a micro-complex for the production of 1000 tons / year of specified pipe products (~ 3.0 tons / day or up to 1.0 tons / shift) is a very profitable enterprise that does not require large capital investments, which can be built in relatively short deadlines.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011115143/02U RU109281U1 (en) | 2011-04-18 | 2011-04-18 | Induction Crucible Furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011115143/02U RU109281U1 (en) | 2011-04-18 | 2011-04-18 | Induction Crucible Furnace |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU109281U1 true RU109281U1 (en) | 2011-10-10 |
Family
ID=44805600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011115143/02U RU109281U1 (en) | 2011-04-18 | 2011-04-18 | Induction Crucible Furnace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU109281U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107988465A (en) * | 2017-12-26 | 2018-05-04 | 金龙精密铜管集团股份有限公司 | A kind of metal pipe material forming internal threads and annealing integration machine and method |
| RU2667268C2 (en) * | 2013-04-26 | 2018-09-18 | Комиссарья А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Electromagnetic induction furnace and use thereof for melting mixture of metal(s) and oxide(s), said mixture representing corium |
| RU2717123C2 (en) * | 2015-12-03 | 2020-03-18 | Комиссарья А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Furnace with cold crucible with heating by two electromagnetic inductors equipped with device which forms magnetic flux concentrator, use of furnace for melting of mixture of metal(s) and oxide(s) characteristic for corium |
| RU2737663C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-12-02 | Российская Федерация от имени Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" | Induction furnace with cold crucible for vitrification of hlw |
-
2011
- 2011-04-18 RU RU2011115143/02U patent/RU109281U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2667268C2 (en) * | 2013-04-26 | 2018-09-18 | Комиссарья А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Electromagnetic induction furnace and use thereof for melting mixture of metal(s) and oxide(s), said mixture representing corium |
| RU2717123C2 (en) * | 2015-12-03 | 2020-03-18 | Комиссарья А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Furnace with cold crucible with heating by two electromagnetic inductors equipped with device which forms magnetic flux concentrator, use of furnace for melting of mixture of metal(s) and oxide(s) characteristic for corium |
| CN107988465A (en) * | 2017-12-26 | 2018-05-04 | 金龙精密铜管集团股份有限公司 | A kind of metal pipe material forming internal threads and annealing integration machine and method |
| CN107988465B (en) * | 2017-12-26 | 2023-11-14 | 新乡市金龙精密铜管制造有限公司 | Metal pipe internal thread forming and annealing integrated machine and method |
| RU2737663C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-12-02 | Российская Федерация от имени Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" | Induction furnace with cold crucible for vitrification of hlw |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102032783B (en) | Cold crucible induction melting and ingot pulling method for melting titanium or titanium alloy | |
| Tanaka et al. | Development of high purity large forgings for nuclear power plants | |
| CN107164639B (en) | A kind of electron beam covers the method that formula solidification technology prepares high temperature alloy | |
| CN102719682B (en) | Smelting method of GH901 alloy | |
| RU109281U1 (en) | Induction Crucible Furnace | |
| US20120198968A1 (en) | Method for producing metallic magnesium by vacuum circulating silicothermic process and apparatus thereof | |
| US20030089481A1 (en) | Method and apparatus for melting metals | |
| BR112017009373B1 (en) | PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ALLOYS AND ALLOYS | |
| CN105385931A (en) | Method for smelting high-nitrogen steel at normal pressure by two steps | |
| CN102304632B (en) | Method for preparing lead bismuth alloy for nuclear reactor | |
| CN103526037A (en) | Method for purified smelting of high-temperature alloy by using yttrium oxide crucible | |
| Kroll et al. | Large‐scale laboratory production of ductile zirconium | |
| CN104651662B (en) | The vacuum induction melting method of titanium-aluminium alloy target material | |
| Abdellatif | Review of the development work on the Mintek thermal magnesium process (MTMP) | |
| US20100064849A1 (en) | Method and Apparatus for Manufacturing High-Purity Alloy | |
| Sung et al. | Melting and casting of titanium alloys | |
| CN113624005A (en) | Large-capacity continuous casting multifunctional suspension smelting furnace and alloy smelting method | |
| Jarczyk et al. | Vacuum melting equipment and technologies for advanced materials | |
| KR102409182B1 (en) | Casting method of titanium alloy using titanium scrap | |
| US2870006A (en) | Process for melting metals | |
| Mehta et al. | Laboratory-Scale Development of Lead-Lithium Eutectic Alloy by Magnetohydrodynamic Stirring Technique | |
| RU111537U1 (en) | MAGNESIUM PRODUCTION MODULE | |
| RU2350670C2 (en) | Method of concentrates treatment from ore, containing oxides of ferric, titanium and vanadium and facility for its implementation | |
| RU2145126C1 (en) | Ingot of radioactive metal wastes and its production process | |
| Zhouhua et al. | Vacuum Metallurgy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120419 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20130510 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190419 |