RU207854U1

RU207854U1 - Vacuum Arc Skewer Furnace

Info

Publication number: RU207854U1
Application number: RU2021108006U
Authority: RU
Inventors: Игорь Юрьевич Пузаков; Сергей Михайлович Климов
Original assignee: Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-11-22

Abstract

Полезная модель относится к вакуумной дуговой гарнисажной печи для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов. Вакуумная дуговая гарнисажная печь содержит вакуумный водоохлаждаемый корпус, электрододержатель, кристаллизатор, плавильный тигель с механизмом наклона. Печь оснащена системой автоматического управления дозированным сливом расплава в кристаллизатор, состоящей из несущих кронштейнов, прикрепленных к внутренним стенкам корпуса печи, кристаллизатора, в верхней части которого выполнены, по меньшей мере, две опорные цапфы, опирающиеся на несущие кронштейны, опорных элементов с весовыми датчиками, размещенных на контактной поверхности несущих кронштейнов, и выполненной с возможностью взаимодействия с блоком автоматического регулирования дозирования слива расплава, обрабатывающего сигналы весовых датчиков и передающего команду на исполнительный механизм об изменении угла наклона плавильного тигля при сливе расплава в кристаллизатор. Обеспечивается повышение точности массы получаемого слитка, улучшение условий эксплуатации и обслуживания печи при обеспечении безопасности и надежности ее работы. 2 ил.The utility model relates to a vacuum arc skull furnace for melting ingots from refractory highly reactive metals and alloys. The vacuum arc skull furnace contains a water-cooled vacuum body, an electrode holder, a crystallizer, and a melting crucible with a tilting mechanism. The furnace is equipped with an automatic control system for dosed discharge of the melt into the mold, consisting of supporting brackets attached to the inner walls of the furnace body, a mold, in the upper part of which at least two support pins are made, resting on the supporting brackets, supporting elements with load cells, placed on the contact surface of the bearing brackets, and made with the possibility of interaction with the automatic control unit for dispensing the melt discharge, which processes the signals of the weight sensors and sends a command to the actuator to change the angle of inclination of the melting crucible when the melt is discharged into the crystallizer. EFFECT: increasing the accuracy of the mass of the obtained ingot, improving the operating conditions and maintenance of the furnace while ensuring the safety and reliability of its operation. 2 ill.

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 useful model relates to electrometallurgy, in particular, to the design of vacuum arc-type furnaces, and can be used to melt ingots from refractory highly reactive metals and alloys, mainly titanium, used in aerospace engineering and shipbuilding.

Типичные конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей для выплавки высокореакционных металлов и сплавов содержат вакуумный водоохлаждаемый корпус печи, электрододержатель, водоохлаждаемый тигель и кристаллизатор специальной формы, находящийся в вакуумном объеме печи. Расходуемым электродом для получения слитков служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж. Для плавления расходуемого электрода и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. Плавка производится в вакуумном пространстве, что необходимо для отведения из расплава газовых примесей. При достижении необходимого уровня жидкого расплава в тигле производится слив расплава из тигля в кристаллизатор через носок тигля. Сливаемая масса расплава составляет около одной трети от жидкой фазы, находящейся в тигле. Поворот тигля, установленного на поворотную раму, осуществляется через кривошипный механизм, оси которого также проходят через боковые стенки основания печи. Механизм поворота плавильного тигля обеспечивает равную угловую скорость поворота на угол, соответствующий сливу расплава для заполнения кристаллизатора. Однако, при сливе расплава важно обеспечение точной массы слитка, а контроль уровня жидкого металла в кристаллизаторе осуществляется только визуально при помощи оптического наблюдения. При этом в зависимости от способа укладки, состава и количества шихтового материала геометрическая форма ванны жидкого металла в тигле различна от плавки к плавке. Соответственно, при равном угле наклона тигля масса сливаемого расплава в кристаллизатор может значительно отличаться. Поэтому для получения слитка заданной массы и обеспечения безопасности процесса требуется точная дозировка металла, сливаемого из тигля в кристаллизатор.Typical designs of vacuum arc skull furnaces for smelting highly reactive metals and alloys contain a water-cooled vacuum furnace body, an electrode holder, a water-cooled crucible and a specially shaped crystallizer located in the vacuum volume of the furnace. The skull formed in the crucible on the previous melt serves as a consumable electrode for producing ingots. To melt the consumable electrode and the charge material placed in the crucible, a high-power electric arc is used as a heating source. Melting is carried out in a vacuum space, which is necessary to remove gaseous impurities from the melt. When the required level of liquid melt in the crucible is reached, the melt is drained from the crucible into the crystallizer through the tip of the crucible. The drained mass of the melt is about one third of the liquid phase in the crucible. The rotation of the crucible, installed on the swing frame, is carried out through a crank mechanism, the axes of which also pass through the side walls of the furnace base. The mechanism for turning the melting crucible provides an equal angular speed of turning through an angle corresponding to the discharge of the melt to fill the mold. However, when pouring out the melt, it is important to ensure the exact mass of the ingot, and the level of liquid metal in the mold is controlled only visually using optical observation. In this case, depending on the method of stacking, composition and amount of charge material, the geometric shape of the bath of liquid metal in the crucible is different from melting to melting. Accordingly, with an equal angle of inclination of the crucible, the mass of the melt poured into the crystallizer can differ significantly. Therefore, to obtain an ingot of a given mass and to ensure the safety of the process, an accurate dosage of the metal poured from the crucible into the mold is required.

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 г.).Known vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a consumable electrode-skull, a crystallizer, a water-cooled crucible with an embedded rod and an embedded rear wall with control thermocouples (RF patent No. 2194780, publ. 20.12.2002).

Недостатками известной печи являются наличие субъективного визуального контроля уровня сливаемого металла, что не обеспечивает постоянность массы кристаллизующегося слитка, отсутствие автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе и блокировок превышения допустимого уровня при недостаточной квалификации плавильщика, приводящее к переливу металла и повреждению элементов печи. Кроме того, оптическая система наблюдения требует дополнительных мероприятий по их защите и обслуживанию, предусматривает наличие в корпусе печи оптически прозрачных стекол, загрязняющихся летучими образованиями, выделяющимися в объеме печи во время плавки.The disadvantages of the known furnace are the presence of subjective visual control of the level of the drained metal, which does not ensure the consistency of the mass of the crystallizing ingot, the absence of automatic control of the metal level in the mold and blocking of exceeding the permissible level with insufficient qualifications of the smelter, leading to metal overflow and damage to the furnace elements. In addition, the optical observation system requires additional measures for their protection and maintenance, provides for the presence of optically transparent glasses in the furnace body, contaminated with volatile formations released in the furnace volume during melting.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание системы автоматического управления дозированным сливом расплава в кристаллизатор.The problem to be solved by the utility model is the creation of a system for automatic control of the metered discharge of the melt into the crystallizer.

Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении полезной модели, являются повышение точности массы получаемого слитка, улучшение условий эксплуатации и обслуживания печи при обеспечении безопасности и надежности ее работы.The technical results achieved in the implementation of the utility model are an increase in the accuracy of the mass of the obtained ingot, an improvement in the operating conditions and maintenance of the furnace while ensuring the safety and reliability of its operation.

Указанный технический результат достигается тем, что вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумный водоохлаждаемый корпус, электрододержатель, кристаллизатор, плавильный тигель с механизмом наклона, согласно полезной модели печь оснащена системой автоматического управления дозированным сливом расплава в кристаллизатор, состоящей из несущих кронштейнов, прикрепленных к внутренним стенкам корпуса печи, кристаллизатора, в верхней части которого выполнены, по меньшей мере, две опорные цапфы, опирающиеся на несущие кронштейны, опорных элементов с весовыми датчиками, размещенных на контактной поверхности несущих кронштейнов, блока автоматического регулирования дозирования слива расплава, обрабатывающего сигналы весовых датчиков и передающего команду на исполнительный механизм об изменении угла наклона плавильного тигля при сливе расплава в кристаллизатор.The specified technical result is achieved by the fact that a vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled body, an electrode holder, a crystallizer, a melting crucible with a tilting mechanism, according to the utility model, the furnace is equipped with an automatic control system for dosed melt discharge into the crystallizer, consisting of supporting brackets attached to the inner walls a furnace body, a mold, in the upper part of which at least two support pins are made, resting on the bearing brackets, support elements with weight sensors placed on the contact surface of the bearing brackets, an automatic control unit for dispensing the melt discharge, which processes the signals from the weight sensors and transmits command to the actuator to change the angle of inclination of the melting crucible when pouring the melt into the crystallizer.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид вакуумной дуговой гарнисажной печи в разрезе вдоль оси тигля. На фиг. 2 изображен узел кристаллизатора с системой дозированного слива.FIG. 1 shows a general view of a vacuum arc skull furnace in section along the crucible axis. FIG. 2 shows a crystallizer unit with a metered drain system.

Вакуумная дуговая гарнисажная печь состоит из вакуумного водоохлаждаемого корпуса 1, электрододержателя 2, водоохлаждаемого плавильного тигля 3 с механизмом наклона 4, кристаллизатора 5. Печь оснащена системой дозированного слива расплава, состоящей из несущих кронштейнов 6, опорных цапф 7, выполненных в верхней части кристаллизатора, на контактной поверхности 8 несущих кронштейнов размещены опорные элементы 9 с весовыми датчиками 10. Сигнал от весовых датчиков поступает в блок автоматического регулирования дозирования слива расплава (не показан) для обработки и передачи команды на механизм наклона плавильного тигля.The vacuum arc skull furnace consists of a vacuum water-cooled body 1, an electrode holder 2, a water-cooled melting crucible 3 with a tilt mechanism 4, a crystallizer 5. The furnace is equipped with a metered melt discharge system, consisting of bearing brackets 6, support trunnions 7 made in the upper part of the crystallizer, on The contact surface 8 of the bearing brackets contains support elements 9 with weight sensors 10. The signal from the weight sensors enters the automatic control unit for dispensing the melt discharge (not shown) for processing and transmitting a command to the melting crucible tilt mechanism.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В плавильный тигель, установленный на поворотную раму, укладывается шихта, на электрододержатель навешивается расходуемый электрод-гарнисаж, изготовленный при предыдущих плавках. Для плавки используется кристаллизатор, в верхней части которого выполнены, по меньшей мере, две опорные цапфы. К внутренним стенкам корпуса печи прикреплены несущие кронштейны. На контактной поверхности кронштейнов, расположенной в горизонтальной плоскости, размещаются опорные элементы с весовыми датчиками. На кронштейны устанавливается кристаллизатор, контактирующий цапфами с опорными элементами. На верхний фланец кристаллизатора устанавливается литейная воронка (на фиг. не показана), после чего печь вакуумируют. Блок обработки данных снимает показания с датчиков с учетом подобранного при вакуумировании коэффициента изменения веса, рассчитывает базовую точку нулевой массы расплава в кристаллизаторе, и показания весовых датчиков обнуляются. Для зажигания дуги между шихтой в тигле и электродом-гарнисажем подается электрический ток через две ветки электрической цепи. По заданным режимам осуществляется плавка и наступает момент слива расплава в кристаллизатор. При сливе датчики фиксируют величину нагрузки на кристаллизатор от величины слитого металла. После достижения массы расплава в кристаллизаторе заданной величины блок обработки передает сигнал на механизм наклона плавильного тигля об изменении угла.The charge is placed in the melting crucible, installed on the rotary frame, and a consumable skull electrode made during the previous melts is hung on the electrode holder. For melting, a crystallizer is used, in the upper part of which at least two support pins are made. Bearing brackets are attached to the inner walls of the furnace body. Support elements with load cells are placed on the contact surface of the brackets located in the horizontal plane. A mold is installed on the brackets, which is in contact with the pins with the supporting elements. A casting funnel is installed on the upper flange of the mold (not shown in the figure), after which the furnace is evacuated. The data processing unit takes readings from the sensors, taking into account the weight change coefficient selected during evacuation, calculates the base point of the zero mass of the melt in the mold, and the readings of the weight sensors are reset. To ignite the arc between the charge in the crucible and the skull electrode, an electric current is supplied through two branches of the electric circuit. Melting is carried out according to the specified modes, and the moment comes to pour the melt into the crystallizer. When draining, the sensors record the value of the load on the mold from the value of the merged metal. After reaching the mass of the melt in the mold of a given value, the processing unit transmits a signal to the mechanism for tilting the melting crucible to change the angle.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить безопасность и надежность работы печи, увеличить точность массы получаемого слитка.Thus, the proposed device can improve the safety and reliability of the furnace, increase the accuracy of the mass of the resulting ingot.

Claims

A vacuum arc skull furnace containing a water-cooled vacuum body, an electrode holder, a crystallizer, a melting crucible with a tilting mechanism, characterized in that the furnace is equipped with an automatic control system for dosed melt discharge into the crystallizer, consisting of supporting brackets attached to the inner walls of the furnace body, the crystallizer, in the upper part of which at least two support pins are made, resting on the bearing brackets, supporting elements with weight sensors, located on the contact surface of the bearing brackets, and made with the possibility of interaction with an automatic control unit for dispensing the melt discharge, which processes signals from the weight sensors and transmits command to the actuator to change the angle of inclination of the melting crucible when pouring the melt into the crystallizer.