RU133269U1

RU133269U1 - WATER COOLED COOL TIGEL

Info

Publication number: RU133269U1
Application number: RU2013126049/02U
Authority: RU
Inventors: Виктор Вениаминович Константинов; Валерий Вячеславович Дьяков; Максим Александрович Комаров; Сергей Юрьевич Кузнецов
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-10-10

Abstract

1. Водоохлаждаемый холодный тигель, содержащий металлический корпус с водоохлаждаемым дном и систему водоохлаждения, включающую напорный и сливной коллекторы и патрубки подвода и отвода охлаждающей воды, а также водоохлаждаемые каналы, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен в виде продольных клинообразных секций с герметичным уплотнением между ними, внутри которых расположены водоохлаждаемые каналы, а нижняя часть корпуса снабжена фланцем с отверстиями под крепежные шпильки, напорный и сливной коллекторы системы водоохлаждения жестко связаны друг с другом и выполнены в виде опоры, закрепленной в нижней части корпуса, и снабженной верхним и нижним фланцами с отверстиями под крепежные шпильки, при этом полости напорного и сливного коллекторов герметично отделены друг от друга.2. Водоохлаждаемый холодный тигель по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус, напорный и сливной коллекторы выполнены из немагнитного коррозионно-стойкого металла.3. Водоохлаждаемый холодный тигель по п.1, отличающийся тем, что напорный и сливной коллекторы выполнен в виде единой сварной конструкции.4. Водоохлаждаемый холодный тигель по п.1, отличающийся тем, что герметично разделенные друг от друга полости напорного и сливного коллекторов связаны через напорные и сливные патрубки с системой трубопроводов для подвода охлаждающей воды и для слива воды в оборотную систему водоснабжения через сливной коллектор.1. Water-cooled cold crucible containing a metal case with a water-cooled bottom and a water cooling system, including pressure and drain manifolds and pipes for supplying and discharging cooling water, as well as water-cooled channels, characterized in that the metal case is made in the form of longitudinal wedge-shaped sections with a tight seal between them, inside of which there are water-cooled channels, and the lower part of the body is equipped with a flange with holes for mounting studs, pressure and drain manifolds of the water-cooling system The supports are rigidly connected to each other and are made in the form of a support fixed in the lower part of the housing and provided with upper and lower flanges with holes for mounting studs, while the cavities of the pressure and drain manifolds are hermetically separated from each other. 2. A water-cooled cold crucible according to claim 1, characterized in that the metal casing, pressure and drain manifolds are made of non-magnetic corrosion-resistant metal. The water-cooled cold crucible according to claim 1, characterized in that the pressure and drain manifolds are made in the form of a single welded structure. The water-cooled cold crucible according to claim 1, characterized in that the cavities of the pressure and drain manifolds are hermetically separated from each other and connected through pressure and drain nozzles to a piping system for supplying cooling water and for draining the water into the circulating water supply system through the drain manifold.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, а именно к конструктивным элементам печей, в конструкции которых используется водоохлаждаемый плавильный инструмент (холодный тигель) и может применяться для плавки и литья интерметаллидов и специальных сплавов.The utility model relates to the field of metallurgy, namely to the structural elements of furnaces, the construction of which uses a water-cooled melting tool (cold crucible) and can be used for melting and casting of intermetallic compounds and special alloys.

Водоохлаждаемый плавильный инструмент в процессе работы испытывает большие тепловые нагрузки. В результате больших градиентов температур возникают термические напряжения. Кроме того, инструмент испытывает большие механические нагрузки от веса собственной конструкции и веса расплава, циклических нагрузок.A water-cooled melting instrument experiences high thermal loads during operation. Large temperature gradients result in thermal stresses. In addition, the tool experiences large mechanical loads from the weight of its own design and the weight of the melt, cyclic loads.

Известен плавильный водоохлаждаемый тигель электронно-лучевой печи с холодным подом, содержащий металлический корпус с внутренними параллельными каналами охлаждения. Входное и выходное отверстия для подсоединения трубопроводов системы охлаждения расположены параллельно оси каналов (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Андреев А.Л. и др. - М.: Металлургия, 1994, с.184, рис.67).Known melting water-cooled crucible of an electron beam furnace with a cold hearth, containing a metal casing with internal parallel cooling channels. The inlet and outlet openings for connecting the pipelines of the cooling system are parallel to the axis of the channels (Titanium alloys. Melting and casting of titanium alloys. Andreev A.L. et al. - M.: Metallurgy, 1994, p.184, Fig. 67).

Недостатками данного тигля являются сложность выполнения цилиндрических каналов при больших габаритах тигля, сложность, а иногда и невозможность организации последовательного охлаждения тигля, а также повышенная термомеханическая деформация тигля при его эксплуатации.The disadvantages of this crucible are the difficulty of making cylindrical channels with large dimensions of the crucible, the complexity, and sometimes the inability to organize sequential cooling of the crucible, as well as the increased thermomechanical deformation of the crucible during its operation.

Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, содержащий металлический корпус с внутренними герметичными каналами, входное и выходное отверстия каналов для присоединения трубопроводов системы охлаждения. Корпус выполнен из цельнокатаных биметаллических плит, содержащих лист из нержавеющей стали, соединенных между собой стяжными упругими элементами. Каналы охлаждения в плитах выполнены эллипсовидной формы в поперечном сечении и змеевидную конфигурацию в плане, входное и выходное отверстие каналов для подсоединения трубопроводов системы охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной оси каналов (RU 2166714, кл, F27B 14/10, F27B 3/08, C22B 9/21,2001 г.).Known melting water-cooled crucible containing a metal casing with internal sealed channels, the inlet and outlet channels for connecting pipelines of the cooling system. The case is made of solid-rolled bimetallic plates containing a sheet of stainless steel, interconnected by coupling elastic elements. The cooling channels in the slabs are elliptical in cross section and have a serpentine configuration in plan, the inlet and outlet of the channels for connecting the cooling system pipelines are located in a plane perpendicular to the axis of the channels (RU 2166714, class F27B 14/10, F27B 3/08, C22B 9 / 21.2001 g.).

Недостатком известного устройства является невысокая надежность при его эксплуатации из-за несовершенной системы водоохлаждения, которая работает в условиях повышенной термомеханической деформации.A disadvantage of the known device is its low reliability during its operation due to an imperfect water cooling system, which operates under conditions of increased thermomechanical deformation.

Прототипом полезной модели является индукционный плавитель с холодным тиглем (RU, 2392675, кл G21F 9/16, 2010 г), включающий индуктор, металлический тигель, состоящий из металлических водооохлаждаемых трубок, образующих корпус тигля и объединенных в верхней части коллекторами напорным для подвода охлаждающей воды и сливного для отвода воды с соответствующими патрубками для подвода и отвода охлаждающей воды. Устройство также содержит водоохлаждаемое дно, сливное устройство, состоящее из канала для слива расплава, водоохлаждаемый сливной затвор с наконечником, имеющий в своем составе внешнюю трубку со штуцером отвода охлаждающей воды, и внутреннюю трубку, имеющую штуцер подвода охлаждающей воды. При этом напорный коллектор подвода охлаждающей воды снабжен дополнительным патрубком для отвода парогазовой смеси. Металлические охлаждаемые трубки, образующие корпус тигля, в нижней части объединены перепускным коллектором, обеспечивающим распределение подводимой охлаждающей воды. Водоохлаждаемое дно металлического тигля выполнено съемным и установлено на перепускном коллекторе. Сливное устройство состоит из металлических водоохлаждаемых трубок, по крайней мере, две из которых объединены между собой в прямоугольный П-образный элемент, образующий вертикальный зазор выше уровня съемного водоохлаждаемого дна, и являющийся каналом для выпуска расплава, в котором установлен водоохлаждаемый сливной затвор. Сливное устройство является частью корпуса холодного тигля и имеет штуцеры для подвода и отвода охлаждающей воды. Направляющий патрубок водоохлаждаемого сливного затвора, расположен в верхней части вертикального зазора, а наконечник водоохлаждаемого сливного затвора является цельновыполненным и имеет форму частично усеченного цилиндра, в котором верхняя часть выполнена цилиндрической, а нижняя часть, прилегающая к ней, имеет форму полуцилиндра, верхняя часть сливного затвора снабжена поворотной скобой.The prototype of the utility model is an induction melter with a cold crucible (RU, 2392675, class G21F 9/16, 2010), including an inductor, a metal crucible consisting of metal water-cooled tubes forming the crucible body and connected at the top by pressure collectors for supplying cooling water and drain for water drainage with appropriate nozzles for supplying and discharging cooling water. The device also includes a water-cooled bottom, a drain device, consisting of a channel for draining the melt, a water-cooled drain valve with a tip, which includes an external tube with a cooling water outlet fitting, and an inner tube having a cooling water supply nozzle. In this case, the pressure header of the supply of cooling water is equipped with an additional pipe for the removal of the vapor-gas mixture. The metal cooled tubes forming the crucible body are combined in the lower part by the bypass manifold, which ensures the distribution of the supplied cooling water. The water-cooled bottom of the metal crucible is removable and mounted on the bypass manifold. The drain device consists of metal water-cooled tubes, at least two of which are interconnected into a rectangular U-shaped element that forms a vertical gap above the level of the removable water-cooled bottom, and is a melt discharge channel in which a water-cooled drain valve is installed. The drain device is part of the cold crucible housing and has fittings for supplying and discharging cooling water. The guide pipe of the water-cooled drain valve is located in the upper part of the vertical gap, and the tip of the water-cooled drain valve is integral and has the shape of a partially truncated cylinder, in which the upper part is cylindrical and the lower part adjacent to it has the shape of a half-cylinder, the upper part of the drain valve equipped with a swivel bracket.

Расположение коллекторов подвода и отвода охлаждающей воды в верхней части устройства не обеспечивает эффективного охлаждения плавильного тигля. Кроме того, конструкции устройства сложна и неудобна в эксплуатации.The location of the cooling water inlet and outlet collectors in the upper part of the device does not provide effective cooling of the melting crucible. In addition, the design of the device is complex and inconvenient in operation.

Задачей полезной модели является разработка конструкции водоохлаждаемого холодного тигля с организацией направленного потока подачи и слива воды для охлаждения каждой секции тигля.The objective of the utility model is to develop the design of a water-cooled cold crucible with the organization of a directed flow of water supply and discharge to cool each section of the crucible.

Техническим результатом полезной модели является повышение, эффективности и надежности устройства.The technical result of the utility model is to increase the efficiency and reliability of the device.

Поставленная задача, и как следствие указанный технический результат достигаются тем, что водоохлаждаемый холодный тигель содержит металлический корпус с водоохлаждаемым дном и систему водоохлаждения, включающую напорный и сливной коллекторы и патрубки подвода и отвода охлаждающей воды, а также водоохлаждаемые каналы. Согласно полезной модели металлический корпус выполнен в виде продольных клинообразных секций с герметичным уплотнением между ними, внутри которых расположены водоохлаждаемые каналы, а нижняя часть корпуса снабжена фланцем с отверстиями под крепежные шпильки, напорный и сливной коллекторы системы водоохлаждения жестко связаны друг с другом и выполнены в виде опоры, закрепленной в нижней части корпуса, и снабженной верхним и нижним фланцами с отверстиями под крепежные шпильки, при этом полости напорного и сливного коллекторов герметично разделены друг от друга. Металлический корпус, напорный и сливной коллекторы выполнены из немагнитного коррозионностойкого металла, например из меди. Напорный и сливной коллекторы выполнен в виде единой сварной конструкции. Герметично разделенные друг от друга полости напорного и сливного коллекторов связаны через напорные и сливные патрубки с системой трубопроводов для подвода охлаждающей воды и для слива воды в оборотную систему водоснабжения через сливной коллектор.The task and, as a consequence, the specified technical result are achieved by the fact that the water-cooled cold crucible contains a metal case with a water-cooled bottom and a water cooling system, including pressure and drain manifolds and pipes for supplying and discharging cooling water, as well as water-cooled channels. According to a utility model, the metal casing is made in the form of longitudinal wedge-shaped sections with a tight seal between them, inside which water-cooled channels are located, and the lower part of the casing is equipped with a flange with holes for mounting studs, the pressure and drain manifolds of the water-cooling system are rigidly connected to each other and made in the form support, fixed in the lower part of the housing, and equipped with upper and lower flanges with holes for mounting studs, while the cavities of the pressure and drain manifolds are sealed but separated from each other. The metal housing, pressure and drain manifolds are made of non-magnetic corrosion-resistant metal, such as copper. Pressure and drain manifolds are made in the form of a single welded structure. The cavities of the pressure and drain manifolds, tightly separated from each other, are connected through pressure and drain nozzles to a piping system for supplying cooling water and for draining water into the circulating water supply system through the drain manifold.

Выполнение системы водоохлождения в виде напорного и сливного коллекторов, установленных в нижней части корпуса с образованием его опоры позволяет усилить механическую прочность конструкции. Кроме того, подача водоохлаждаемой воды под напором снизу вверх не дает возможности образования паровоздушных пробок.The implementation of the water cooling system in the form of pressure and drain manifolds installed in the lower part of the housing with the formation of its support allows you to strengthen the mechanical strength of the structure. In addition, the supply of water-cooled water under pressure from the bottom up does not allow the formation of vapor-air plugs.

Выполнение металлического корпуса в виде продольных клинообразных секций из немагнитного коррозионностойкого металла с герметичным уплотнением механически усиливает конструкцию, работающую в жестких условиях.The execution of the metal casing in the form of longitudinal wedge-shaped sections of non-magnetic corrosion-resistant metal with a tight seal mechanically strengthens the structure operating in harsh conditions.

Жесткая связь корпуса тигля с напорным и сливным коллекторами с помощью винтового механизма крепления позволяет поддерживать форму и плотность конструкции подвижного тигля по всей его высоте и во всех положениях. Такая жесткая связь обеспечивает соблюдение требований техники безопасности к устройствам с холодным тиглем.The rigid connection of the crucible body with the pressure and drain manifolds by means of a screw fastening mechanism allows you to maintain the shape and density of the structure of the moving crucible over its entire height and in all positions. This tight coupling ensures compliance with safety requirements for devices with a cold crucible.

Полезная модель представлена на чертежах, где на фиг.1 показан водоохлажаемый холодный тигель в разрезе; на фиг.2 - сечение по месту уплотнения пары секций вверху тигля, на фиг.3 - коллектор напорный, вид сверху; на фиг.4 -. коллектор напорный, в разрезе; на фиг.5 - коллектор сливной, в разрезе; на фиг.6 - коллектор сливной, вид сверху.A utility model is presented in the drawings, in which Fig. 1 shows a sectional view of a water-cooled cold crucible; figure 2 is a cross-section at the seal of a pair of sections at the top of the crucible, figure 3 is a pressure header, top view; figure 4 -. pressure manifold, in section; figure 5 - drain manifold, in section; figure 6 - drain manifold, top view.

Водоохлаждаемый холодный тигель, содержит металлический корпус 1 выполненный из немагнитного коррозионностойкого металла, преимущественно из меди. Нижняя часть корпуса 1 снабжена фланцем 2, который выполняет роль водоохлаждаемого дна холодного тигля с отверстиями (на фиг. не показано) под крепежные шпильки 3. Холодный тигель включает также систему водоохлаждения, содержащую, расположенные в нижней части корпуса 1 напорный коллектор 4 с полостями 5 и 6 и сливной коллектор 7 с полостями 8 и 9, водоохлаждаемые каналы 10 и патрубки подвода 11 и отвода 12 охлаждающей воды. Коллекторы 4 и 7 выполнены в виде единой сварной конструкции вакуумно-плотным швом, обеспечивающим надежную герметичность устройства и проверена течеискателем на герметичность. Единая напорно-сливная конструкция снабжена верхним фланцем 13 и нижним фланцем 14 с отверстиями под крепежные шпильки 3, позволяющие осуществлению герметизацию уплотнений. При этом гайки на шпильках 3 закручиваются до отказа. Фланец 2 корпуса 1 и верхний фланец 11 имеют герметическое вакуумное уплотнение 15, обеспечивающее герметичное соединение при стыковке коллекторов 4 и 7 друг с другом и фланцем 2. Металлический корпус 1 содержит продольные клинообразные секции (фиг.2), четную 16 и нечетную 17 с герметичным уплотнением 18 между ними и втулкой 19. Внутри секций 16 и 17 расположены водоохлаждаемые каналы 10. На каждую секцию 16 и 17 плазменным способом нанесен слой 20 электроизоляции из двуокиси алюминия.Water-cooled cold crucible, contains a metal body 1 made of non-magnetic corrosion-resistant metal, mainly from copper. The lower part of the casing 1 is equipped with a flange 2, which acts as a water-cooled bottom of the cold crucible with holes (not shown in Fig.) For mounting studs 3. The cold crucible also includes a water cooling system containing, in the lower part of the casing 1, a pressure manifold 4 with cavities 5 and 6 and a drain manifold 7 with cavities 8 and 9, water-cooled channels 10 and nozzles for supply 11 and drain 12 of cooling water. The collectors 4 and 7 are made in the form of a single welded structure with a vacuum tight seam, which ensures reliable tightness of the device and is tested for leaks by the leak detector. A single pressure and drain design is equipped with an upper flange 13 and a lower flange 14 with holes for mounting studs 3, allowing the sealing of the seals. In this case, the nuts on the studs 3 are tightened to failure. The flange 2 of the housing 1 and the upper flange 11 have a hermetic vacuum seal 15, which provides a tight connection when the collectors 4 and 7 are connected to each other and the flange 2. The metal housing 1 contains longitudinal wedge-shaped sections (figure 2), an even 16 and an odd 17 with a tight a seal 18 between them and the sleeve 19. Inside sections 16 and 17 are water-cooled channels 10. On each section 16 and 17, a plasma coating layer 20 of aluminum dioxide is applied by plasma.

Водоохлаждаемый холодный тигель работает следующим образом.Water-cooled cold crucible works as follows.

Вода из напорного коллектора 4 поступает в полость 5, а из нее (по стрелке) в канал 10 чередуя секции 16 и 17, затем в полость 6 и далее в полость 9 для охлаждения дна корпуса 1. Поступление охлаждающей воды попеременное в четные 16 и нечетные 17 секции увеличивает общую площадь контакта со стенками корпуса 1, создавая благоприятные условия охлаждения, повышая тем самым эффективность всего процесса плавки. Из полости 6 вода поступает на слив в полость 8 и затем через патрубок сливного коллектора 7 поступает на слив. Подача охлаждающей воды снизу вверх значительно интенсифицирует процесс теплопереноса, повышая эффективности процесса плавки. Наличие крепежных элементов, в виде шпилек 3, скрепляющих корпус 1 с напорным и сливным коллекторами 4 и 7, а также выполнение их в виде единой сварной конструкции также повышает надежность устройства, работающего при жестких механических нагрузках в условиях высоких температур.Water from the pressure collector 4 enters the cavity 5, and from it (in the direction of the arrow) into the channel 10 alternating sections 16 and 17, then into the cavity 6 and then into the cavity 9 for cooling the bottom of the housing 1. The flow of cooling water is alternating to even 16 and odd 17 sections increases the total area of contact with the walls of the housing 1, creating favorable cooling conditions, thereby increasing the efficiency of the entire melting process. From cavity 6, water enters the drain into cavity 8 and then through the nozzle of the drain manifold 7 enters the drain. The supply of cooling water from the bottom up significantly intensifies the heat transfer process, increasing the efficiency of the melting process. The presence of fasteners, in the form of studs 3, fastening the housing 1 with pressure and drain manifolds 4 and 7, as well as their implementation in the form of a single welded structure also increases the reliability of the device operating under severe mechanical loads at high temperatures.

Технико-экономическое преимущество данного устройства заключается в обеспечении возможности перемещения холодного тигля в рабочем пространстве вакуумной печи в сочетании с обеспечением надежности решения по поддержанию заданной формы и плотности конструкции подвижного тигля по всей его высоте и во всех положениях. Такое решение обеспечивает соблюдение требований техники безопасности к устройствам с холодным тилем и расширяет область использования холодного тигля.The technical and economic advantage of this device lies in the possibility of moving the cold crucible in the working space of the vacuum furnace in combination with the reliability of the decision to maintain the given shape and density of the structure of the moving crucible over its entire height and in all positions. This solution ensures compliance with safety requirements for devices with a cold til and expands the scope of use of a cold crucible.

Claims

1. Water-cooled cold crucible containing a metal case with a water-cooled bottom and a water cooling system, including pressure and drain manifolds and pipes for supplying and discharging cooling water, as well as water-cooled channels, characterized in that the metal case is made in the form of longitudinal wedge-shaped sections with a tight seal between them, inside of which there are water-cooled channels, and the lower part of the body is equipped with a flange with holes for mounting studs, pressure and drain manifolds of the water-cooling system The supports are rigidly connected to each other and are made in the form of a support fixed in the lower part of the housing and provided with upper and lower flanges with holes for mounting studs, while the cavities of the pressure and drain manifolds are hermetically separated from each other.

2. Water-cooled cold crucible according to claim 1, characterized in that the metal casing, pressure and drain manifolds are made of non-magnetic corrosion-resistant metal.

3. The water-cooled cold crucible according to claim 1, characterized in that the pressure and drain manifolds are made in the form of a single welded structure.

4. The water-cooled cold crucible according to claim 1, characterized in that the cavities of the pressure and drain manifolds are hermetically separated from each other and are connected through pressure and drain nozzles to a piping system for supplying cooling water and for draining the water into the circulating water supply system through the drain manifold.