RU138733U1

RU138733U1 - VACUUM ARC SKIN FURNACE

Info

Publication number: RU138733U1
Application number: RU2013138860/02U
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Маньков; Евгений Вацлавович Олешкевич; Игорь Юрьевич Пузаков
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2014-03-20

Abstract

Вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, токоподвод, кристаллизатор, водоохлаждаемый плавильный тигель, установленный на раме с поворотными цапфами, патрубки для подачи и отвода охлаждающей жидкости, отличающаяся тем, что рама тигля выполнена с силовыми несущими лонжеронами, между которыми уложен токоподвод, выполненный в виде медных водоохлаждаемых труб, к которым прикреплены контактные плиты для соединения с контактными плитами водоохлаждаемого плавильного тигля, поворотные цапфы рамы тигля выполнены водоохлаждаемыми, причем патрубки каналов охлаждения поворотной цапфы предназначены для подачи охлаждающей жидкости в каналы охлаждения токоподвода, а патрубки каналов охлаждения противоположной поворотной цапфы - для ее отвода, при этом каналы охлаждения токоподвода состыкованы через фланцы с патрубками каналов охлаждения стенок плавильного тигля.A vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a current lead, a crystallizer, a water-cooled melting crucible mounted on a frame with rotary pins, pipes for supplying and discharging coolant, characterized in that the crucible frame is made with power supporting spars, between which current supply made in the form of copper water-cooled pipes to which contact plates are attached for connection with contact plates of a water-cooled melting crucible, The axles of the crucible frame are water-cooled, and the nozzles of the cooling channels of the rotary axle are designed to supply cooling liquid to the cooling channels of the current supply, and the nozzles of the cooling channels of the opposite rotary axle are used to divert it, while the cooling channels of the current supply are connected through flanges to the nozzles of the cooling channel of the walls of the melting crucible .

Description

Полезная модель относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использована для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении.The utility model relates to electrometallurgy, in particular to the design of vacuum arc skull furnaces, and can be used for smelting ingots from refractory highly reactive metals and alloys, mainly titanium, used in aerospace engineering and shipbuilding.

При плавке в вакуумных дуговых гарнисажных печах для плавления расходуемого электрода и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. При этом одним из электродов является шихтовой материал, уложенный в тигле, а расходуемым электродом для получения слитков служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж, закрепленный на электрододержателе печи. Плавка производится в вакуумном пространстве, что необходимо для предотвращения окисления и отведения из расплава газовых примесей. В качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. При этом сила тока, возникающая в дуге, составляет от 70 до 90 кА. Подвод тока к дуге осуществляется через расходуемый электрод, а также к шихтовым материалам через стенки плавильного тигля, установленного на токоведущей раме. Для обеспечения достаточной надежности, безопасности и длительного срока ее эксплуатации конструкция токоведущей рамы тигля должна обеспечивать отведение тепловой энергии, выделяющейся при прохождении тока.When melting in vacuum arc skull furnaces for melting a consumable electrode and charge material laid in a crucible, a high-power electric arc is used as a heating source. In this case, one of the electrodes is the charge material laid in the crucible, and the consumable electrode for obtaining ingots is the skull formed on the previous melting and fixed on the electrode holder of the furnace. Melting is carried out in a vacuum space, which is necessary to prevent oxidation and removal of gas impurities from the melt. An electric arc of high power is used as a heating source. In this case, the current strength arising in the arc is from 70 to 90 kA. The current is supplied to the arc through a consumable electrode, as well as to charge materials through the walls of the melting crucible mounted on a current-carrying frame. To ensure sufficient reliability, safety, and long term of its operation, the design of the current-carrying frame of the crucible must ensure the removal of thermal energy released during the passage of current.

Известна вакуумно-дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с закладным стержнем и закладной задней стенкой с контрольными термопарами (патент РФ №2194780, публ. 20.12.2002 г.).Known vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a consumable electrode-skull, a mold, a water-cooled crucible with a embedded core and embedded rear wall with control thermocouples (RF patent No. 2194780, publ. 12.20.2002).

Недостатками известной печи являются значительное выделение тепловой энергии проходящего по раме тигля тока, приводящее к критическим повышениям температуры из-за недостаточного отвода тепла в неохлаждаемых участках рамы и, соответственно, вызывающие подплавление проводников и деформацию рамы от потери прочности. Вследствие неравномерности нагрева происходит коробление конструкции рамы, изменяется ее геометрическая форма и возникают нерасчетные напряжения в сварных швах и элементах рамы. Изменение геометрической формы рамы печи, приводит к потере технологической базы, необходимой при ремонте рамы и делает каждый последующий ремонт более трудоемким, вплоть до потери ее ремонтопригодности.The disadvantages of the known furnace are the significant release of thermal energy of the current passing through the frame of the crucible, leading to critical temperature increases due to insufficient heat removal in uncooled parts of the frame and, accordingly, causing the conductors to melt and deform the frame from loss of strength. Due to the unevenness of heating, warping of the frame structure occurs, its geometric shape changes and non-calculated stresses arise in the welds and frame elements. Changing the geometric shape of the furnace frame leads to the loss of the technological base necessary for the repair of the frame and makes each subsequent repair more time-consuming, up to the loss of its maintainability.

Кроме того, в известном устройстве вода для охлаждения стенок тигля через поворотные цапфы поступает в переднюю часть рамы, в которой вертикальные стойки выполнены в виде коробчатых коллекторов, имеющих фланцы. Из коробчатых коллекторов при помощи патрубков производится разводка воды к стенкам тигля. При этом конструкция рамы тигля выполнена таким образом, что несущими элементами являются коробчатые сварные коллекторы с проточной водой, поэтому разгерметизация данных швов во время плавки может привести к взрывоопасной ситуации или к получению многотонного титанового слитка несоответствующего качества.In addition, in the known device, water for cooling the walls of the crucible through the pivots enters the front of the frame, in which the vertical racks are made in the form of box collectors having flanges. From box-shaped collectors with the help of nozzles, water is routed to the walls of the crucible. At the same time, the design of the crucible frame is made in such a way that the welded collectors with running water are the supporting elements; therefore, depressurization of these seams during melting can lead to an explosive situation or to the production of a multi-ton titanium ingot of inadequate quality.

Задачи, на решение которой направлена полезная модель, являются повышение надежности и безопасности печи, увеличение сроков эксплуатации, снижение металлоемкости конструкции.The tasks to which the utility model is directed are to increase the reliability and safety of the furnace, increase the service life, and reduce the metal consumption of the structure.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является отсутствие тепловых нагрузок рамы за счет исключения протекания по ее несущим элементам электрического тока большой мощности и, вследствие этого, отсутствие в силовых несущих элементах рамы непредусмотренных термических напряжений, соответственно, повышение ресурса работы устройства.The technical result achieved in the implementation of the utility model is the absence of thermal loads of the frame due to the exclusion of the flow of high power electric current through its load-bearing elements and, as a result, the absence of unintended thermal stresses in the power load-bearing elements of the frame, respectively, the increase in the operating life of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, токоподвод, кристаллизатор, водоохлаждаемый плавильный тигель, установленный на раме с поворотными цапфами, патрубки для подачи и отвода охлаждающей жидкости, согласно полезной модели рама тигля выполнена с силовыми несущими лонжеронами, между которыми уложен токоподвод, выполненный в виде медных водоохлаждаемых труб, к которым прикреплены контактные плиты для соединения с контактными плитами водоохлаждаемого плавильного тигля, поворотные цапфы рамы тигля выполнены водоохлаждаемыми, причем патрубки каналов охлаждения поворотной цапфы предназначены для подачи охлаждающей жидкости в каналы охлаждения токоподвода, а патрубки каналов охлаждения противоположной поворотной цапфы - для ее отвода, при этом каналы охлаждения токоподвода состыкованы через фланцы с патрубками каналов охлаждения стенок плавильного тигля.The specified technical result is achieved by the fact that in a vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a current lead, a crystallizer, a water-cooled melting crucible mounted on a frame with rotary pins, pipes for supplying and discharging coolant, according to a utility model, the crucible frame is made with power supporting spars, between which a current lead is laid, made in the form of water-cooled copper pipes, to which contact plates are attached to connect with the circuit with plates of a water-cooled melting crucible, the rotary trunnions of the crucible frame are made water-cooled, moreover, the nozzles of the cooling channels of the rotary axle are designed to supply cooling liquid to the cooling channels of the current supply, and the pipes of the cooling channels of the opposite rotary axle are for its removal, while the cooling channels of the current supply are connected through flanges with pipes of cooling channel walls of the melting crucible.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлена вакуумная дуговая гарнисажная печь в разрезе вдоль оси тигля и вид по А-А. На фиг.2 показан разрез по сечению Б-Б и вид В.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings. Figure 1 presents a vacuum arc skull furnace in a section along the axis of the crucible and a view along aa. Figure 2 shows a section along section BB and view B.

Печь состоит из вакуумной водоохлаждаемой камеры 1, электрододержателя 2, водоохлаждаемого плавильного тигля 3, кристаллизатора 4. Плавильный тигель установлен на поворотную раму 5, имеющую две поворотные цапфы 6 и 7.The furnace consists of a water-cooled vacuum chamber 1, an electrode holder 2, a water-cooled melting crucible 3, a crystallizer 4. The melting crucible is mounted on a rotary frame 5 having two rotary trunnions 6 and 7.

В поворотных цапфах устанавливаются медные патрубки 8 для подачи и отвода охлаждающей воды. К патрубкам при помощи фланцевых соединений крепятся токоподводы в виде водоохлаждаемых медных труб 9. К токоподводам прикреплены токоведущие контактные плиты 10, которые соединены с токоведущими контактными плитами тигля 11.In the pivot pins, copper pipes 8 are installed for supplying and discharging cooling water. Current connections in the form of water-cooled copper pipes 9 are attached to the nozzles using flange connections. Current-carrying contact plates 10 are connected to the current leads, which are connected to the current-carrying contact plates of the crucible 11.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В плавильный тигель, установленный на поворотную раму, укладывается шихта, на электрододержатель навешивается расходуемый электрод-гарнисаж, изготовленный при предыдущих плавках. В камеру печи помещается кристаллизатор, который соединяется с системой водооборота. Для зажигания дуги между шихтой в тигле и электродом-гарнисажем подается электрический ток через две ветки электрической цепи. Сверху ток к дуге подводится через электрододержатель, а снизу ток к дуге подводится к шихте, через стенки тигля посредством токоподводов в виде медных трубопроводов, в каналах которых циркулирует охлаждающая вода. В поворотных цапфах рамы устанавливаются медные патрубки для подачи и отвода воды. Токоподводы, уложенные между силовыми лонжеронами рамы, крепятся к патрубкам при помощи фланцевых соединений. Токоподводы интегрированы в контур охлаждения плавильного тигля, для чего они имеют фланцы для стыковки патрубков, по которым производится циркуляция воды по каналам тигля. Контактные плиты приварены к токоподводам и связаны с контактными плитами плавильного тигля при помощи болтовых соединений.A charge is placed in a melting crucible mounted on a rotary frame, a consumable electrode-skull made from previous melts is hung on the electrode holder. A mold is placed in the furnace chamber, which is connected to the water circulation system. To ignite the arc between the charge in the crucible and the electrode-skull is supplied with electric current through two branches of the electric circuit. From above, the current to the arc is supplied through the electrode holder, and from below, the current to the arc is supplied to the charge through the crucible walls through current leads in the form of copper pipelines, in the channels of which cooling water circulates. In the pivot pins of the frame, copper nozzles are installed for supplying and discharging water. The current leads laid between the power side members of the frame are attached to the nozzles using flange connections. Current leads are integrated into the cooling circuit of the melting crucible, for which they have flanges for joining nozzles, through which water is circulated through the channels of the crucible. The contact plates are welded to the current leads and connected to the contact plates of the melting crucible by means of bolted connections.

Путь электрического тока проходит по элементам, которые охлаждаются протоком воды, подающейся для охлаждения стенок тигля, (см. фиг.3).The path of the electric current passes through the elements, which are cooled by the flow of water supplied to cool the walls of the crucible (see figure 3).

Расход воды в контуре обеспечивает достаточное охлаждение стенок тигля и медных токоподводов. Токоподводы рассчитаны для обеспечения прохождения необходимой плотности тока и длительного протекания тока без их критического нагрева. При этом рама тигля не испытывает тепловых нагрузок и выполнена с использованием силовых несущих лонжеронов, воспринимающих только расчетные механические нагрузки с достаточным запасом прочности.The water flow in the circuit provides sufficient cooling of the walls of the crucible and copper current leads. Current leads are designed to ensure the passage of the required current density and long-term current flow without critical heating. At the same time, the crucible frame does not experience thermal loads and is made using power bearing spars that perceive only calculated mechanical loads with a sufficient margin of safety.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет исключить тепловые нагрузки рамы и повысить ресурс работы.Thus, the proposed utility model allows to exclude thermal loads of the frame and increase the service life.

Claims

A vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a current lead, a crystallizer, a water-cooled melting crucible mounted on a frame with rotary pins, pipes for supplying and discharging coolant, characterized in that the crucible frame is made with power supporting spars, between which current supply made in the form of copper water-cooled pipes to which contact plates are attached for connection with contact plates of a water-cooled melting crucible, The axles of the crucible frame are water-cooled, and the nozzles of the cooling channels of the rotary axle are designed to supply cooling liquid to the cooling channels of the current supply, and the nozzles of the cooling channels of the opposite rotary axle are used to divert it, while the cooling channels of the current supply are connected through flanges to the nozzles of the cooling channel of the walls of the melting crucible .