RU146430U1

RU146430U1 - VACUUM ARC SKIN FURNACE

Info

Publication number: RU146430U1
Application number: RU2014100472/02U
Authority: RU
Inventors: Владислав Валентинович Тетюхин; Александр Анатольевич Маньков; Игорь Юрьевич Пузаков; Вадим Николаевич Федотов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-10-10

Abstract

1. Вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, тигель с механизмом поворота, кристаллизатор и вакуумный водоохлаждаемый корпус, состоящий из разъемно соединенных крышки, свода печи и основания, отличающаяся тем, что плоскость разъема свода и основания печи расположена на уровне пола, на котором установлен корпус, при этом свод печи выполнен съемным, а кристаллизатор - с дополнительным фланцем на боковой поверхности в верхней части для стыковки по вакуумному уплотнению с соединительным отверстием, выполненным в основании корпуса, и размещен снаружи корпуса печи с возможностью вертикального перемещения для стыковки снизу с основанием корпуса и горизонтального перемещения на технологический стенд посредством подъемно-передвижной платформы.2. Вакуумная дуговая гарнисажная печь по п. 1, отличающаяся тем, что механизм поворота тигля размещен внутри корпуса в вакуумном объеме и выполнен с возможностью изменения скорости наклона тигля.1. A vacuum arc skull furnace containing an electrode holder, a consumable electrode skull, a crucible with a rotation mechanism, a mold and a water-cooled vacuum casing, consisting of detachably connected covers, the roof of the furnace and the base, characterized in that the plane of the connector of the roof and base of the furnace is located at a level the floor on which the housing is installed, while the furnace arch is removable, and the mold with an additional flange on the side surface in the upper part for joining by vacuum seal with a connecting m hole formed in the base of the housing and arranged outside the furnace body for vertical movement for joining the bottom of the housing base and the horizontal movement on the process by the stand-mobile hoisting platformy.2. The vacuum arc skull furnace according to claim 1, characterized in that the crucible rotation mechanism is placed inside the body in a vacuum volume and is configured to change the crucible tilt speed.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к вакуумно-дуговым гарнисажным печам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.The utility model relates to the field of metallurgy, in particular to vacuum arc skull furnaces for smelting ingots of highly reactive metals and alloys, mainly titanium.

Типичные конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей для выплавки высокореакционных металлов и сплавов содержат вакуумный водоохлаждаемый корпус печи, электрододержатель, водоохлаждаемый тигель и кристаллизатор специальной формы. Расходуемым электродом для получения слитков служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж.Typical designs of vacuum arc skull furnaces for smelting highly reactive metals and alloys contain a vacuum water-cooled furnace body, an electrode holder, a water-cooled crucible and a special mold. The consumable electrode for obtaining ingots is the skull formed on the previous melting in the crucible.

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. Плавка производится в вакуумном пространстве, что необходимо для отведения из расплава газовых примесей. Тигель установлен на поворотную раму с опорными цапфами, проходящими через боковые стенки основания печи. Поворот тигля с рамой осуществляется через кривошипный механизм, оси которого также проходят через боковые стенки основания печи. Слив расплава производится в неохлаждаемый кристаллизатор, подвешенный на опорах, который расположен в вакуумном объеме плавильной камеры. В процессе обслуживания печи крышка с электрододержателем поднимается на некоторую высоту и отводится в сторону, а расстыковка разъема в среднем сечении производится механизмом, осуществляющим поворот свода печи относительно горизонтальной оси на угол, близкий к 90°, открывая пространство над тиглем.For melting the consumable electrode and the charge material laid in the crucible, a high-power electric arc is used as a heating source. In this case, one of the electrodes is a charge material. Melting is carried out in a vacuum space, which is necessary for the removal of gas impurities from the melt. The crucible is mounted on a swing frame with support pins passing through the side walls of the furnace base. The rotation of the crucible with the frame is carried out through a crank mechanism, the axes of which also pass through the side walls of the furnace base. The melt is discharged into an uncooled crystallizer suspended on supports, which is located in the vacuum volume of the melting chamber. In the process of servicing the furnace, the lid with the electrode holder rises to a certain height and is pulled to the side, and the connector is undocked in the middle section by a mechanism that rotates the furnace arch relative to the horizontal axis by an angle close to 90 °, opening the space above the crucible.

В вакуумных дуговых гарнисажных печах процесс плавки шихтового материала сопровождается выделением мелкодисперсных образований, обладающих высокой гигроскопичностью. Указанные образования осаждаются на охлаждаемых поверхностях корпуса печи. После остывания продуктов плавки при работах по обслуживанию печи данные образования насыщаются атмосферной влагой, что ведет к увеличению времени вакуумирования перед следующей плавкой на несколько часов, поэтому внутренние поверхности корпуса печи подвергают чистке. Механизм поворота плавильного тигля должен обеспечивать равную угловую скорость поворота на угол, соответствующий сливу расплава для заполнения кристаллизатора. Слив расплава из положения покоя сопровождается волнообразными колебаниями поверхности расплава ванны в тигле, что приводит к образованию «нахлестов» на стенках тигля, сливного носка и сливной воронки, и, в ряде случаев, при наличии в ванне расплава загустевших включений, может привести к частичному проливу расплава через край сливной воронки. Неохлаждаемый кристаллизатор находится в вакуумном объеме плавильной камеры, что создает дополнительный тепловой поток в вакуумный объем печи и требует дополнительного времени в технологическом цикле печи. Использование охлаждаемого кристаллизатора в вакуумном объеме печи сопряжено с технологическими проблемами, возникающими при обеспечении вакуумной герметичности стыковки водяных каналов, а также с требованиями взрывобезопасности.In vacuum arc skull ovens, the process of melting the charge material is accompanied by the release of finely dispersed formations with high hygroscopicity. These formations are deposited on the cooled surfaces of the furnace body. After cooling of the melting products during furnace maintenance, these formations are saturated with atmospheric moisture, which leads to an increase in the evacuation time before the next melting by several hours, therefore, the internal surfaces of the furnace body are cleaned. The mechanism of rotation of the melting crucible should provide an equal angular velocity of rotation by an angle corresponding to the discharge of the melt to fill the mold. Drain of the melt from the resting position is accompanied by wave-like fluctuations in the surface of the bath melt in the crucible, which leads to the formation of “overlaps” on the walls of the crucible, drain sock and drain funnel, and, in some cases, if the melt has thickened inclusions in the bath, it can lead to partial spillage melt over the edge of the drain funnel. The uncooled crystallizer is located in the vacuum volume of the melting chamber, which creates additional heat flow into the vacuum volume of the furnace and requires additional time in the technological cycle of the furnace. The use of a cooled mold in the vacuum volume of the furnace is associated with technological problems that arise when ensuring the vacuum tightness of the docking of water channels, as well as with the requirements of explosion safety.

Известна вакуумная 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).A 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 rod and embedded back wall with control thermocouples (RF patent No. 2194780, publ. 12.20.2002).

Недостатками известного устройства являются дополнительное время охлаждения слитка в кристаллизаторе, находящемся в вакуумном объеме печи, что увеличивает тепловую нагрузку на корпус печи, вызывая местные перегревы конструкции печи, отсутствие управления процессом слива расплава из тигля, что вызывает опасность повреждения элементов печи, приводящего к увеличению времени и трудоемкости операций подготовки печи к последующей плавке, а также затрудненный доступ к раме тигля и основанию печи при их обслуживании и, особенно, на операции чистки из-за отсутствия временных специализированных площадок, т.к. поверхность разъема свода и основания печи выполнена выше оси поворота тигля.The disadvantages of the known device are the additional cooling time of the ingot in the mold located in the vacuum volume of the furnace, which increases the heat load on the furnace body, causing local overheating of the furnace structure, the lack of control over the process of draining the melt from the crucible, which causes a risk of damage to the furnace elements, leading to an increase in time and the complexity of the operations of preparing the furnace for subsequent melting, as well as difficult access to the crucible frame and the base of the furnace during their maintenance, and especially for operations cleaning due to the lack of temporary specialized sites, as the surface of the connector of the arch and the base of the furnace is made above the axis of rotation of the crucible.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности использования плавильного оборудования при сохранении качества выплавляемых слитков.The task to which the utility model is directed is to increase the efficiency of the use of melting equipment while maintaining the quality of the smelted ingots.

Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении полезной модели, являются повышение безопасности и производительности печи, улучшение условий ее эксплуатации и обслуживания.The technical results achieved in the implementation of the utility model are to increase the safety and productivity of the furnace, improve the conditions of its operation and maintenance.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, тигель с механизмом поворота, кристаллизатор и вакуумный водоохлаждаемый корпус, состоящий из разъемно соединенных крышки, свода печи и основания, согласно полезной модели плоскость разъема свода и основания печи расположена на уровне пола, на котором установлен корпус, при этом свод печи выполнен съемным, а кристаллизатор - с дополнительным фланцем на боковой поверхности в верхней части для стыковки по вакуумному уплотнению с соединительным отверстием, выполненным в основании корпуса, и размещен снаружи корпуса печи с возможностью вертикального перемещения для стыковки снизу с основанием корпуса и горизонтального перемещения на технологический стенд посредством подъемно-передвижной платформы.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in a vacuum arc skull furnace containing an electrode holder, a consumable electrode skull, a crucible with a rotation mechanism, a mold and a water-cooled vacuum housing consisting of detachably connected covers, the roof of the furnace and the base, according to the utility model the plane of the connector of the arch and the base of the furnace is located at the level of the floor on which the housing is installed, while the furnace arch is removable, and the mold with an additional flange and lateral surface at the top for docking of the vacuum seal with the coupling hole formed in the base of the housing and arranged outside the furnace body for vertical movement for joining the bottom of the housing base and the horizontal movement on the process by the stand-mobile hoisting platforms.

Кроме того, механизм поворота тигля размещен внутри корпуса в вакуумном объеме и выполнен с возможностью изменения скорости наклона тигля.In addition, the rotation mechanism of the crucible is placed inside the body in a vacuum volume and is configured to change the tilt speed of the crucible.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 изображен общий вид печи в разрезе.The essence of the proposed utility model is illustrated in the drawing. In FIG. 1 shows a General view of the furnace in section.

Печь содержит электрододержатель 1, расходуемый электрод-гарнисаж 2, тигель 3 с механизмом поворота 4, кристаллизатор 5 и вакуумный водоохлаждаемый корпус, состоящий из крышки 6, свода 7 и основания 8 с выполненным соединительным отверстием 9. Кристаллизатор, выполненный с дополнительным фланцем 10, с возможностью реверса перемещается в горизонтальном и вертикальном направлении посредством подъемно-передвижной платформы 11 из технологического стенда 12.The furnace contains an electrode holder 1, a consumable electrode-skull 2, a crucible 3 with a turning mechanism 4, a mold 5 and a vacuum water-cooled housing consisting of a cover 6, a roof 7 and a base 8 with a connecting hole 9. A mold made with an additional flange 10, s the possibility of reverse moves in the horizontal and vertical direction by means of a lifting and mobile platform 11 from the technological stand 12.

Вакуумная дуговая гарнисажная печь работает следующим образом.Vacuum arc skull furnace works as follows.

Подготовка печи к плавке осуществляется при открытой крышке корпуса, при этом крышка корпуса печи, размещенная на консоли, с электрододержателем отведена в сторону для доступа к тиглю мостового крана, расположенного в плавильном боксе. Свод печи, находящийся на отдельном участке вне плавильного бокса для осуществления чистки, перед плавкой устанавливается на основание печи. На подъемно-передвижную платформу, размещенную на технологическом стенде, устанавливается кристаллизатор заданного диаметра. Подъемно-передвижная платформа с кристаллизатором перемещается в горизонтальном направлении под основание корпуса печи, после чего осуществляется вертикальное перемещение и стыковка дополнительного фланца кристаллизатора с соединительным отверстием основания корпуса. В тигель до требуемого уровня загружается шихта. На электрододержатель устанавливается гарнисаж - расходуемый электрод, полученный от предыдущей плавки. Производится вакуумирование камеры печи. Между расходуемым электродом и шихтой, уложенной в тигель, разжигается электрическая дуга и производится сплавление электрода и шихты до образования необходимого объема жидкой ванны расплава в тигле. В предлагаемом устройстве наружная поверхность кристаллизатора вынесена за вакуумный объем корпуса печи, что приводит к значительному сокращению вакуумного объема печи (ориентировочно в 2 раза) и позволяет вакуумной системе эффективнее осуществлять отведение газообразных и летучих примесей, образующихся при плавлении шихтового материала и вызванных протечками вакуумных уплотнений конструкции печи. После плавления шихты производится наклон тигля и слив расплава в кристаллизатор. При сливе расплава в кристаллизатор механизм поворота тигля, расположенный в вакуумном объеме печи, обеспечивает три режима изменения угловой скорости: на первом этапе происходит плавный разгон тигля до начала момента слива расплава, далее происходит слив основной массы расплава при постоянной угловой скорости поворота тигля и плавное торможение к моменту окончания слива. Управление скоростью наклона исключает волнообразные колебания на поверхности ванны расплава, а также пролив жидкого металла мимо кристаллизатора. Механизм поворота тигля может быть выполнен, например, как качающийся гидроцилиндр, расположенный в герметичном отсеке основания печи. В целях исключения попадания вредных примесей в слиток рабочим телом гидросистемы является вакуумное масло с давлением насыщенных паров менее остаточного давления вакуума при плавке. Слитый расплав охлаждается в кристаллизаторе, при этом вакуумный объем печи не может быть разгерметизирован в течение времени остывания поверхности гарнисажа и слитка до температуры, при которой металл реагирует с атмосферой. Таким образом, расположение наружной поверхности кристаллизатора вне вакуумной камеры печи снижает тепловой поток в вакуумный объем от нагретых частей печи и приводит к сокращению времени технологического цикла. При достижении полученного слитка и гарнисажа требуемой температуры осуществляется расстыковка кристаллизатора, кристаллизатор на подъемно-передвижной платформе перемещается на технологический стенд. Крышка корпуса отводится в сторону, свод печи может транспортироваться на операцию чистки. Плоскость разъема свода и основания печи на уровне пола плавильного бокса позволяет повысить удобство эксплуатации и обслуживания печи. Свод печи выполнен съемным с возможностью транспортировки стандартным подъемно-транспортным оборудованием, что дает возможность параллельного выполнения операций чистки свода на специализированном участке и загрузки тигля шихтой, а также подъемно-транспортных операций при подготовке и эксплуатации инструмента, что дает возможность разгрузить подъемно-транспортное оборудование и, соответственно, снизить время технологического цикла изготовления продукции.Preparation of the furnace for melting is carried out with the lid of the casing open, while the lid of the kiln casing, located on the console, with the electrode holder is set aside to access the crucible of an overhead crane located in the melting box. The furnace vault, located in a separate area outside the melting box for cleaning, is installed on the furnace base before melting. A mold of a given diameter is mounted on a lifting and mobile platform located on the technological stand. The lifting-and-moving platform with the mold moves horizontally under the base of the furnace body, after which the vertical movement and docking of the additional mold flange with the connecting hole of the housing base is carried out. The mixture is loaded into the crucible to the required level. A skull is installed on the electrode holder - a consumable electrode obtained from the previous heat. The furnace chamber is evacuated. Between a consumable electrode and a charge laid in a crucible, an electric arc is ignited and the electrode and charge are fused to form the required volume of a molten molten bath in the crucible. In the proposed device, the outer surface of the mold is taken out of the vacuum volume of the furnace body, which leads to a significant reduction in the vacuum volume of the furnace (approximately 2 times) and allows the vacuum system to more efficiently discharge the gaseous and volatile impurities generated during the melting of the charge material and caused by leaks of vacuum seals of the structure ovens. After melting the mixture, the crucible is tilted and the melt is drained into the crystallizer. When the melt is drained into the crystallizer, the crucible rotation mechanism located in the vacuum volume of the furnace provides three modes of changing the angular velocity: at the first stage, the crucible smoothly accelerates to the moment of melt discharge, then the main mass of the melt is drained at a constant angular crucible rotation speed and smooth braking by the time the drain ends. The control of the tilt speed eliminates wave-like vibrations on the surface of the molten bath, as well as spilling liquid metal past the mold. The mechanism of rotation of the crucible can be performed, for example, as a swinging hydraulic cylinder located in a sealed compartment of the base of the furnace. In order to prevent harmful impurities from entering the ingot, the working fluid of the hydraulic system is vacuum oil with a saturated vapor pressure less than the residual vacuum pressure during melting. The fused melt is cooled in the mold, while the vacuum volume of the furnace cannot be depressurized during the cooling time of the surface of the skull and the ingot to a temperature at which the metal reacts with the atmosphere. Thus, the location of the outer surface of the mold outside the vacuum chamber of the furnace reduces the heat flux into the vacuum volume from the heated parts of the furnace and reduces the time of the technological cycle. Upon reaching the obtained ingot and the skull of the required temperature, the mold is undocked, the mold is moved to the technological stand on a lifting and mobile platform. The lid of the casing is tilted to the side, the roof of the furnace can be transported to the cleaning operation. The plane of the connector of the arch and the base of the furnace at the level of the floor of the melting box allows to increase the convenience of operation and maintenance of the furnace. The furnace vault is removable with the possibility of transportation by standard lifting and handling equipment, which makes it possible to parallelly perform cleaning operations of the arch in a specialized area and load the crucible with batch, as well as lifting and transport operations in the preparation and operation of the tool, which makes it possible to unload the lifting and transport equipment and , accordingly, reduce the time of the technological cycle of manufacturing products.

Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с известными, позволяет повысить безопасность и производительности печи, улучшить условия эксплуатации и обслуживания.Thus, the proposed device, in comparison with the known, can improve the safety and productivity of the furnace, improve the conditions of operation and maintenance.

Claims

1. A vacuum arc skull furnace containing an electrode holder, a consumable electrode skull, a crucible with a rotation mechanism, a mold and a water-cooled vacuum casing, consisting of detachably connected covers, the roof of the furnace and the base, characterized in that the plane of the connector of the roof and base of the furnace is located at a level the floor on which the housing is installed, while the furnace arch is removable, and the mold with an additional flange on the side surface in the upper part for joining by vacuum seal with a connecting m hole formed in the base of the housing and arranged outside the furnace body for vertical movement for joining the bottom of the housing base and the horizontal movement on the process by the stand-mobile hoisting platforms.

2. The vacuum arc skull furnace according to claim 1, characterized in that the crucible rotation mechanism is placed inside the body in a vacuum volume and is configured to change the crucible tilt speed.