RU155761U1 - Нерасходуемый электрод печи электрошлакового переплава - Google Patents

Abstract

Нерасходуемый электрод печи электрошлакового переплава, состоящий из нерасходуемого графитированного электрода и защитной трубы, отличающийся тем, что электрод представляет собой в горизонтальном сечении сегмент круга, а защитная труба установлена вплотную к нерасходуемому электроду, причем защитная труба изнутри покрыта электроизоляционным материалом, верхняя часть электрода выполнена в виде инвентарной головки, электрод соединен с защитной трубой болтовым соединением, а между болтами и защитной трубой имеется электроизоляционная вставка.

Description

Полезная модель относится к металлургии, в частности к печам электрошлакового переплава, и может быть использована при рециклинге металлической стружки.

Известен способ (патент RU 2405843, опубл. 10.12.2010) позволяющий использовать кусковые и стружечные отходы инструментального производства для производства слитков из инструментальной стали методом электрошлакового переплава.

Недостатком данного способа является невозможность переплава металлической стружки в печи ЭШП без применения дополнительного оборудования, в данном случае, дуговой печи, т.к. необходима предварительная выплавка электродов из кускового лома. Применение двойного переплава значительно увеличивает себестоимость получаемой заготовки. Также, при плавке высоколегированных сталей в дуговой печи возможен высокий угар легирующих элементов из-за воздействия электрической дуги, что потребует дополнительного легирования ферросплавами даже в том случае, если изначально марка стали в кусковом ломе была идентична выплавляемой. Данный способ предполагает плавку лома в дуговой печи, а переплав стружки в печи электрошлакового переплава совместно с ранее выплавленным расходуемым электродом. Из данного описания не ясно, как следует поступать в том случае если отсутствует кусковой лом необходимый для плавки в дуговой печи с дальнейший изготовлением расходуемого электрода. По совокупности технико-экономических показателей предложенный способ сравним с «классическим» двухстадийным способом переплава (дуговая печь - ЭШП).

Также известно устройство (RU 2483126, опубл. 27.05.2013) позволяющее переплавлять металлосодержащие отходы непосредственно в печи электрошлакового переплава с применением нерасходуемых электродов.

Недостатком данного изобретения является огнеупорное напыление на поверхности кристаллизатора, т.к. данное покрытие может применяться только в печах электрошлакового переплава с механизмом вытяжки слитка из кристаллизатора или подвижным кристаллизатором. Также, в печах с неподвижным слитком, кристаллизатором и поддоном использование огнеупорного напыления невозможно, т.к. по мере наплавления слитка жидкий металл, а в дальнейшем непосредственно и сам слиток начнет контактировать с данным напылением, что приведет сначала к ухудшению поверхности получаемого слитка, а в дальнейшем и к изменению диаметра слитка соразмерно толщине огнеупорного напыления. Также возможно попадание частиц напыления в жидкий металл что приведет к браку получаемого изделия.

Следует отметить, что в настоящее время установки электрошлакового переплава с подвижным кристаллизатором и поддоном применяются, как правило, для выплавки средних и крупных слитков, но выплавка слитков такого размера из металлсодержащих отходов экономически нецелесообразна, т.к. для производства таких слитков затруднительно подобрать шихту в виде металлосодержащих отходов однородного химического состава, также затруднен контроль качества изделий, получаемых по указанной технологии. В случае возникновения брака при выплавке слитков среднего и крупного размера экономические показатели данной технологии оказываются ниже чем по классической схеме с плавкой стального электрода.

По своей сути предлагаемое устройство является одним из вариантов дугошлакового, а не электрошлакового переплава со всеми присущими недостатками, в первую очередь, высоким угаром легирующих элементов под воздействием дуги. При переплаве высоколегированных сталей по предлагаемой схеме это может привести к браку по химическому составу из-за угара таких элементов, как, например, хром и титан.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является графитированный нерасходуемый электрод печи ЭШП применяемой для переплава стружки (Интенсификация процессов специальной металлургии, Шалимов А.Г., Готин В.Н., Тулин Н.А. М: Металлургия, 1988, стр. 295-302.).

Нерасходуемый электрод является узлом печи электрошлакового переплава, позволяющей осуществлять одностадийный электрошлаковый переплав стружки. Данный процесс может обеспечить незначительный угар основных легирующих элементов быстрорежущих сталей, исключающий дополнительное долегирование при переплаве стружки конечного химического состава; бездефектную поверхность слитков, не требующую зачистки перед деформацией; высокую химическую и структурную однородность металла при низком содержании примесей и газов, и, как следствие, увеличенных выход годного продукта за счет повышенной деформируемости слитка и снижении головной и донной обрези; лучший комплекс физико-химических свойств по сравнению с металлом обычной выплавки; простоту и надежность используемого оборудования.

Печь состоит из бункера для шихтовых материалов, наклонного желоба, промежуточной воронки, вибрационного дозатора, расходуемого металлического или нерасходуемого графитированного электрода, источника питания и кристаллизатора. Нерасходуемый электрод данной печи ЭШП принят за прототип полезной модели.

Недостатком данного прототипа является то, что нерасходуемый электрод расположен соосно воронке и защитной трубе и имеет в сечении круглую форму. На практике это приводит к подаче стружки только с одной стороны электрода, а также к зависанию шихтовых материалов, в данном случае стружки, между электродом и трубой. Для минимизации зависания шихты возможно уменьшить диаметр графитированного электрода, особенно это актуально при проведении процесса в установках с малым диаметром кристаллизатора, но это может привести к разрушению электрода из-за растворения графита в шлаке. Процесс разрушения при малом диаметре электрода подтвержден экспериментально - это связано с большой силой тока проходящей через единицу поверхности электрода.

Техническим результатом полезной модели является устранение подвисания шихтовых материалов в виде стружки в процессе электрошлакового переплава по предлагаемой схеме, а также, при необходимости, увеличение площади нерасходуемого графитированного электрода с целью уменьшения тока проходящего через единицу поверхности графитированного электрода, и, как следствие, уменьшения эрозии электрода и минимизации науглероживания металла.

Технический результат достигается следующим образом - электрод представляет собой в горизонтальном сечении сегмент круга. Электрод изготовлен из графитированного материала и является нерасходуемым. Как и при классическом процессе электрошлакового переплава электрод используется для подвода электрического тока и поддержания заданной температуры шлаковой ванны. Внутренняя сторона защитной трубы покрыта электроизоляционный материалом.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство. Устройство состоит из графитированного электрода (1), защитной трубы (2). Защитная труба изнутри покрыта электроизоляционным материалом (3). Верхняя часть графитированного электрода (4) выполнена в виде инвентарной головки и служит для крепления в электрододержатель. Увеличенные размеры инвентарной головки и круглая форма позволяют минимизировать разрушение графитированного матариала под воздействием механических сил электрододержателя. Графитированный электрод соединен с защитной воронкой посредством болтового соединения (5). В целях предотвращения короткого замыкания между защитной трубой и электродом, и как следствие, деформации болтового соединения, данное соединение снабжено электроизоляционной вставкой (6). Устройство в трехмерном изображении показано на фиг. 2.

Принцип работы заключается в следующем: стружка, предварительно очищенная от смазочно-охлаждающих жидкостей, загружается в бункер для шихтовых материалов, откуда поступает на дозатор, а после в отверстие между электродом и защитной трубой. По мере прохождения через полость электрода и опускания в шлаковую ванну стружка постепенно плавится, металл в виде капель через слой жидкого шлака попадает в жидкую металлическую ванну, при прохождении металла через слой флюса происходит рафинирование от неметаллических включений. В дальнейшем металл кристаллизуется в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Скорость подачи шихтовых материалов регулируется системой подачи сыпучих материалов. Принцип генерации тепла в шлаковой ванне аналогичен используемому в печах ЭШП с расходуемым электродом. Производительность установки зависит от скорости подачи шихтовых материалов.

Claims (1)

1. Нерасходуемый электрод печи электрошлакового переплава, состоящий из нерасходуемого графитированного электрода и защитной трубы, отличающийся тем, что электрод представляет собой в горизонтальном сечении сегмент круга, а защитная труба установлена вплотную к нерасходуемому электроду, причем защитная труба изнутри покрыта электроизоляционным материалом, верхняя часть электрода выполнена в виде инвентарной головки, электрод соединен с защитной трубой болтовым соединением, а между болтами и защитной трубой имеется электроизоляционная вставка.

   

Images