RU178225U1

RU178225U1 - CRYSTALIZER FOR ELECTRIC SLAG Smelting of the workpiece for the pipe fittings operating with supercritical steam parameters

Info

Publication number: RU178225U1
Application number: RU2017120235U
Authority: RU
Inventors: Леонид Яковлевич Левков; Дмитрий Александрович Шурыгин; Жания Казбековна Каширина; Дмитрий Константинович Терехин; Алексей Михайлович Баженов
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2018-03-28

Abstract

Полезная модель относится к электрометаллургии и может быть использована для электрошлаковой выплавки корпусов запорной и регулирующей арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, например, заготовки корпуса задвижки Ду 250 из стали 10Х9МФБ-Ш. Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение качества металла в зонах сопряжения патрубка с корпусом заготовки, а также уменьшение трудоемкости подготовки кристаллизатора к работе. Технический результат достигается тем, что кристаллизатор для электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, размещен на поддоне и выполнен из трех размещенных одна на другой верхней, средней и нижней цилиндрических секций с фланцами и стенками, снабженными полостями, которые соединены с системой водоохлаждения, причем кристаллизатор дополнительно снабжен водоохлаждаемым дорном, размещенным вертикально на поддоне внутри кристаллизатора, а средняя секция снабжена толстыми стенками, в которых выполнены два конусных отверстия, сужающиеся наружу под углом 10-15° относительно горизонтали и снаружи перекрытые заглушками, снабженными внутренними полостями, которые соединены с системой водоохлаждения. 1 фиг.The utility model relates to electrometallurgy and can be used for electroslag smelting of shut-off and control valve bodies of pipelines operating at supercritical steam parameters, for example, billets of the DN 250 gate valve made of 10Kh9MFB-Sh steel. The objective and technical result of the utility model is to increase the quality of the metal in the zones of the interface of the pipe with the body of the workpiece, as well as reducing the complexity of preparing the mold for work. The technical result is achieved by the fact that the mold for electroslag smelting the billet of the valve body of pipelines operating under supercritical steam parameters is placed on a pallet and made of three upper, middle and lower cylindrical sections placed one on the other with flanges and walls equipped with cavities that are connected to water cooling system, and the mold is additionally equipped with a water-cooled mandrel, placed vertically on a pallet inside the mold, and the middle section is equipped thick walls, in which two conical holes are made, tapering outward at an angle of 10-15 ° relative to the horizontal and externally covered with plugs provided with internal cavities that are connected to the water cooling system. 1 of FIG.

Description

Полезная модель относится к электрометаллургии и может быть использована для электрошлаковой выплавки корпусов запорной и регулирующей арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, например, заготовки корпуса задвижки Ду 250 из стали 10Х9МФБ-Ш.The utility model relates to electrometallurgy and can be used for electroslag smelting of shut-off and control valve bodies of pipelines operating at supercritical steam parameters, for example, billets of the DN 250 gate valve made of 10Kh9MFB-Sh steel.

Наиболее оптимальной конструкцией заготовки корпуса арматуры с учетом ее последующей механической обработки является полый толстостенный цилиндрический корпус с двумя толстостенными патрубками в середине корпуса. При изготовлении заготовки корпуса арматуры конструкция кристаллизатора должна обеспечивать высокую стабильность теплофизических условий процесса затвердевания металла при переходе от вертикальных участков корпуса заготовки к наклонным участкам патрубковой зоны. Кроме того, конструкция кристаллизатора должна быть технологичной при ее изготовлении и эксплуатации.The most optimal design for the blank of the valve body, taking into account its subsequent machining, is a hollow thick-walled cylindrical body with two thick-walled nozzles in the middle of the body. In the manufacture of a reinforcing body blank, the mold design must ensure high stability of the thermophysical conditions of the metal solidification process when moving from vertical sections of the blank body to inclined sections of the pipe zone. In addition, the design of the mold must be technologically advanced in its manufacture and operation.

Известен кристаллизатор со стенкой, снабженной полостью, соединенной с системой водоохлаждения, который установлен на поддоне, и во внутренней полости которого размещен водоохлаждаемый дорн, который может быть установлен вертикально на поддоне или горизонтально в боковой стенке кристаллизатора. (SU 365102, С21С 5/56, опубликовано 28.11.1977).A mold is known with a wall provided with a cavity connected to a water cooling system, which is mounted on a pallet, and in the inner cavity of which there is a water-cooled mandrel, which can be mounted vertically on a pallet or horizontally in the side wall of the mold. (SU 365102, C21C 5/56, published 11/28/1977).

Недостатком известного технического решения является невозможность использования дорна для формирования места сопряжения патрубков с цилиндрической частью заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, из-за высокой вероятности возникновения дефектов усадочного происхождения при затвердевании расплава.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of using a mandrel to form a junction of the nozzles with the cylindrical part of the workpiece of the valve body of pipelines operating at supercritical steam parameters, due to the high probability of shrinkage defects during solidification of the melt.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является кристаллизатор для электрошлаковой выплавки слитка, содержащий три секции, стенки которых снабжены полостями, соединенными с системой водоохлаждения. Подобное конструктивное решение кристаллизатора позволяет использовать различную конфигурацию внутренней полости каждой секции и толщину стенок. (SU 1085253, С22В 9/18, опубликовано 15.12.1987).Closest to the proposed technical solution in terms of technical nature and the achieved effect is a mold for electroslag smelting of an ingot containing three sections, the walls of which are provided with cavities connected to a water cooling system. Such a structural solution of the mold allows you to use a different configuration of the internal cavity of each section and the wall thickness. (SU 1085253, C22B 9/18, published December 15, 1987).

Недостатком известного кристаллизатора является невозможность его использования для электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, имеющей толстые массивные стенки цилиндрических частей и патрубков, расположенных в средней части слитка.A disadvantage of the known mold is the impossibility of using it for electroslag smelting of a billet of a valve body of pipelines operating under supercritical parameters of steam having thick massive walls of cylindrical parts and nozzles located in the middle part of the ingot.

Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение качества металла в зонах сопряжения патрубка с корпусом заготовки, а также уменьшение трудоемкости подготовки кристаллизатора к работе.The objective and technical result of the utility model is to increase the quality of the metal in the zones of the interface of the pipe with the body of the workpiece, as well as reducing the complexity of preparing the mold for work.

Технический результат достигается тем, что кристаллизатор для электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, размещен на поддоне и выполнен из трех размещенных одна на другой верхней, средней и нижней цилиндрических секций с фланцами и стенками, снабженными полостями, которые соединены с системой водоохлаждения, причем кристаллизатор дополнительно снабжен водоохлаждаемым дорном, размещенным вертикально на поддоне внутри кристаллизатора, а средняя секция снабжена толстыми стенками, в которых выполнены два конусных отверстия, сужающиеся наружу под углом 10-15° относительно горизонтали и снаружи перекрытые заглушками, снабженными внутренними полостями, которые соединены с системой водоохлаждения.The technical result is achieved by the fact that the mold for electroslag smelting the billet of the valve body of pipelines operating under supercritical steam parameters is placed on a pallet and made of three upper, middle and lower cylindrical sections placed one on the other with flanges and walls equipped with cavities that are connected to water cooling system, and the mold is additionally equipped with a water-cooled mandrel, placed vertically on a pallet inside the mold, and the middle section is equipped thick walls, in which two conical holes are made, tapering outward at an angle of 10-15 ° relative to the horizontal and externally covered with plugs provided with internal cavities that are connected to the water cooling system.

Сущность полезной модели представлена на фиг. 1, где:The essence of the utility model is shown in FIG. 1, where:

1 - водоохлаждаемый дорн;1 - water-cooled mandrel;

2 - кондуктор;2 - conductor;

3 - стойка;3 - rack;

4 - верхняя секция кристаллизатора;4 - the upper section of the mold;

5 - средняя секция кристаллизатора;5 - middle section of the mold;

6 - заглушка с внутренней полостью;6 - a cap with an internal cavity;

7 - нижняя секция кристаллизатора;7 - lower section of the mold;

8 - поддон.8 - pallet.

Реализацию устройства по полезной модели можно проиллюстрировать на примере электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры из стали 10Х9МФБ-Ш, используемой для изготовления задвижки Ду 250 трубопровода, работающего при сверхкритических параметрах пара.The implementation of the device according to the utility model can be illustrated by the example of electroslag smelting of a billet of a valve body made of 10Kh9MFB-Sh steel, used to manufacture a valve DN 250 of a pipeline operating at supercritical steam parameters.

При подготовке кристаллизатора по полезной модели на поддон 8 вертикально устанавливают водоохлаждаемый дорн 1, предназначенный для формирования в выплавляемой заготовке сквозного центрального отверстия. Дорн 1 снабжен внутренней полостью, соединенной с системой водоохлаждения в нижней части дорна и проходящей через поддон 8. Затем устанавливают нижнюю секцию 7 кристаллизатора с размещением дорна внутри полости секции.When preparing the mold according to a utility model, a water-cooled mandrel 1 is vertically mounted on a pallet 8, which is designed to form a through central hole in the smelted workpiece. The mandrel 1 is provided with an internal cavity connected to the water cooling system in the lower part of the mandrel and passing through the pallet 8. Then, the lower mold section 7 is installed with the mandrel placed inside the cavity of the section.

На нижнюю секцию 7 последовательно устанавливают среднюю 5 и верхнюю 4 секции кристаллизатора. Кристаллизатор может дополнительно содержать кондуктор 2, размещенный на стойках 3 на верхней секции 4.The middle section 5 and the upper 4 sections of the mold are sequentially installed in the lower section 7. The mold may further comprise a conductor 2 located on the uprights 3 on the upper section 4.

Нижняя 7 и верхняя 4 секции кристаллизатора выполнены в виде цилиндров с верхним и нижним фланцами, при этом стенки секций снабжены полостями, соединенными с системой водоохлаждения. Указанные секции выполнены в сварном варианте, причем их внутренняя часть выполнена в виде медной гильзы с толщиной стенки 22-25 мм, к торцам которой приварены верхний и нижний фланцы из конструкционной низкоуглеродистой стали.The lower 7 and upper 4 sections of the mold are made in the form of cylinders with upper and lower flanges, while the walls of the sections are equipped with cavities connected to the water cooling system. These sections are made in a welded version, and their inner part is made in the form of a copper sleeve with a wall thickness of 22-25 mm, the upper and lower flanges of structural low-carbon steel are welded to the ends of which.

Средняя секция 5 кристаллизатора выполнена в виде толстостенного цилиндра из отдельных медных блоков. В каждом из блоков высверлена система каналов, соединенных с системой водоохлаждения. В стенке секции выполнены два конусных отверстия, сужающиеся наружу под углом 10-15° относительно горизонтали. Конусность отверстий в медной стенке, формирующих выступающие патрубки в корпусе арматуры, необходима для устранения растекания расплава, позволяет избежать образования дефектов усадочного происхождения вследствие недостаточного заполнения шлаком и жидким металлом этих участков или зависания шлака при переходе к формированию верхней цилиндрической части корпуса арматуры.The middle section 5 of the mold is made in the form of a thick-walled cylinder of individual copper blocks. A system of channels connected to a water cooling system was drilled in each of the blocks. Two conical holes are made in the wall of the section, tapering outward at an angle of 10-15 ° relative to the horizontal. The taper of the holes in the copper wall that form the protruding nozzles in the valve body is necessary to eliminate melt spreading, avoids the formation of shrinkage defects due to insufficient filling of these sections with slag and liquid metal or slag freezing during the transition to the formation of the upper cylindrical part of the valve body.

Снаружи конусные отверстия перекрыты заглушками 6, снабженными внутренними полостями, соединенными с системой водоохлаждения. Полушаровая форма заглушек 6 со стороны затвердевания расплава является оптимальной.Outside, the conical openings are blocked by plugs 6 provided with internal cavities connected to the water cooling system. The hemispherical shape of the plugs 6 from the side of solidification of the melt is optimal.

Кондуктор 2, являющийся стандартным элементом кристаллизаторов для электрошлаковой выплавки, предназначен для обеспечения зазоров и корректировки положения расходуемых электродов относительно стенок секций кристаллизатора и дорна 1. Конструкция кондуктора может обеспечивать возможность ведения процесса электрошлаковой выплавки по бифилярной схеме. Устанавливается кондуктор 2 на верхнем фланце кристаллизатора посредством стойки 3 при установке расходуемого электрода в электрододержатель.The jig 2, which is a standard element of molds for electroslag smelting, is designed to provide gaps and adjust the position of the consumable electrodes relative to the walls of the sections of the mold and mandrel 1. The design of the jig can provide the possibility of conducting the process of electroslag smelting in a bifilar scheme. The conductor 2 is installed on the upper flange of the mold by means of the rack 3 when installing the consumable electrode in the electrode holder.

Поддон 8 представляет собой конструкцию, состоящую из двух медных плит, расположенных на стальном основании. Медные плиты имеют канальную систему для водяного охлаждения.Pallet 8 is a structure consisting of two copper plates located on a steel base. Copper plates have a channel system for water cooling.

В процессе эксплуатации кристаллизатор используется следующим образом.In operation, the mold is used as follows.

Во внутреннее пространство, образованное стенками верхней 4, средней 5 и нижней 6 секций, дорном и поддоном сверху заливают расплавленный флюс. Затем сверху вводят стальные расходуемые электроды из стали 10Х9МФБ-Ш до погружения их в расплавленный флюс и начинают процесс электрошлаковой выплавки корпуса арматуры.In the inner space formed by the walls of the upper 4, middle 5 and lower 6 sections, a molten flux is poured from the top with a mandrel and a pallet. Then, steel consumable electrodes made of 10Kh9MFB-Sh steel are introduced from above until they are immersed in the molten flux and the process of electroslag smelting of the valve body begins.

По мере расплавления расходуемых электродов происходит заполнение металлом внутреннего пространства, которое образовано водоохлаждаемыми секциями кристаллизатора, дорном и поддоном. Расплавленный металл постепенно кристаллизуется и образует заготовку корпуса задвижки Ду 250. По завершению процесса выплавки производится разборка составных элементов конструкции и извлечение полученного корпуса.As the consumable electrodes melt, the metal fills the internal space, which is formed by water-cooled sections of the mold, mandrel and tray. The molten metal gradually crystallizes and forms a blank of the valve body DN 250. Upon completion of the smelting process, the structural components are disassembled and the resulting body is removed.

Проведенная опытная выплавка заготовки корпуса задвижки Ду 250 - арматуры трубопроводов, работающей при сверхкритических параметрах пара, показала достижение поставленного технического результата: металлическая заготовка в цилиндрических частях, а также зонах сопряжения патрубков с корпусом не имела дефектов. Сборка кристаллизатора и его разборка по завершению процесса выплавки показали высокую технологичность конструкции по полезной модели.The experimental smelting of the billet body of the DN 250 gate valve, the pipe fittings operating at supercritical steam parameters, showed the achievement of the set technical result: the metal billet in the cylindrical parts, as well as the areas where the nozzles were connected to the body, had no defects. The assembly of the mold and its disassembly at the end of the smelting process showed a high technological design according to the utility model.

Claims

A mold for electroslag smelting of a workpiece of a valve body for pipelines operating under supercritical steam parameters, placed on a pallet and made of three upper, middle and lower cylindrical sections placed one on the other with flanges and walls equipped with cavities that are connected to the water cooling system, characterized in that it is additionally equipped with a water-cooled mandrel placed vertically on a pallet inside the mold, while the middle section is made of separate copper blocks in the form of a thick-walled cylinder in which two conical openings are made, tapering outward at an angle of 10-15 ° relative to the horizontal and externally covered with plugs provided with internal cavities connected to the water cooling system, and in each copper block a system of channels connected to the water cooling system is drilled.