RU218786U1 - Вакуумная дуговая гарнисажная печь - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к вакуумно-дуговым гарнисажным печам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.

Вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с механизмом поворота, систему защитного экранирования, размещенную в вакуумном объеме печи вдоль боковых стенок тигля, согласно полезной модели, система защитного экранирования выполнена в виде охлаждаемых экранирующих металлических плит, установленных на опорные стойки. В экранирующих плитах выполнены внутренние каналы для циркуляции охлаждающей жидкости. В опорных стойках размещены трубопроводы подвода и отвода охлаждающей жидкости к внутренним каналам экранирующих плит. В качестве охлаждающей жидкости используется вода. В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вакуумное масло. Внутренние каналы в экранирующих металлических плитах выполнены в виде змеевидного контура. Печь оснащена съемной площадкой для чистки рабочих поверхностей экранирующих плит.

Техническими результатами, достигаемыми при использовании полезной модели, являются увеличение срока службы печи, улучшение условий ее эксплуатации и обслуживания.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к вакуумно-дуговым гарнисажным печам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.

В настоящее время для изготовления слитков из высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, широко используются способы гарнисажной плавки. При гарнисажной плавке достигается равновесный химический состав, металл рафинируется от газовых и летучих примесей, а нерасплавившиеся компоненты шихты и случайные включения, имеющие более высокую плотность и температуру плавления по отношению к основному металлу, оседают на дно жидкой ванны, «вмерзают» в донный гарнисаж и, поэтому, не попадают в отливаемый слиток. Используемые при этом вакуумно-дуговые гарнисажные печи содержат вакуумный водоохлаждаемый корпус печи, электрододержатель, водоохлаждаемый тигель и кристаллизатор специальной формы.

Для плавления расходуемого электрода-гарнисажа и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. От расходуемого электрода при его оплавлении в силу неправильности и неоднородности формы отделяются как капли жидкого расплава разного размера, так и нерасплавленные куски. При падении в ванну расплава они создают брызги, которые переносятся за пределы тигля. Эти брызги при непрерывном попадании на поверхности корпуса и инструмента образуют прочную, трудноудаляемую корку (толщиной до 20 мм). Кроме того, из зоны плавления при плавке улетучиваются хлориды, неизбежно присутствующие в титановой губке. Они захватываются потоком, откачиваемым вакуумной системой, и частично оседают по мере движения на более холодных элементах печи. Данные загрязнения гигроскопичны, т.к. после разборки печи накапливают влагу из воздуха и затрудняют последующее вакуумирование, а также могут служить причиной несоответствия химического состава выплавляемого слитка. Поэтому после каждой плавки внутренние поверхности элементов печи должны быть очищены.

Кроме того, стенки корпуса печи оказываются под действием лучистой энергии, выделяющейся в дуге. Мощность дуги составляет около 2,5-3,0 МВт, и неравномерный нагрев стенок корпуса печи может вызвать их коробление и потерю вакуумной плотности стыков, что ограничивает возможности работы печи при использовании дуги повышенной мощности.

Таким образом, для исключения указанных явлений вакуумные дуговые гарнисажные печи целесообразно оснащать системами защитного экранирования.

Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с механизмом поворота, печь снабжена размещенной вдоль бортов тигля системой защитного экранирования, состоящей из металлического каркаса с закрепленным на нем металлическим листом, к которому прикреплен, по крайней мере, один волновод в виде цилиндрического стержня, при этом стержень присоединен к листу заостренным концом, а на противоположный конец стержня установлен излучатель ультразвуковых колебаний, имеющий равный диаметр с волноводом (патент РФ на полезную модель №152250, МПК F27B 3/08, С22В 9/00, публ. 10.05.2015).

Недостатками известного устройства являются низкая стойкость экранирующих плит к тепловым нагрузкам от излучения и от попадающих на поверхность частиц расплава, что приводит к короблению экранирующих плит, последующей деформации конструкции экранов, возможному их разрушению, а также к возникновению рисков локальных прожогов при использовании дуги повышенной мощности. При этом наличие ультразвуковых излучателей требует принятия мер по защите персонала от вредного воздействия ультразвука на здоровье человека. Кроме того, для очистки рабочих поверхностей экранов требуется их демонтаж, что приводит к существенным потерям времени обслуживания печи.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание конструкции печи с системой защитного экранирования, предохраняющей внутренние поверхности элементов печи от воздействия электрической дуги повышенной мощности при обеспечении безопасности плавильного процесса.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является увеличение срока службы печи за счет ограничения воздействия электрической дуги и расплавленного металла на внутренние поверхности вакуумной камеры печи.

Указанный технический результат достигается тем, что в вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с механизмом поворота, систему защитного экранирования, размещенную в вакуумном объеме печи вдоль боковых стенок тигля, согласно полезной модели система защитного экранирования выполнена в виде охлаждаемых экранирующих металлических плит, установленных на опорные стойки. В экранирующих плитах выполнены внутренние каналы для циркуляции охлаждающей жидкости. Печь выполнена с возможностью использования воды в качестве охлаждающей жидкости. Печь выполнена с возможностью использования вакуумного масла в качестве охлаждающей жидкости. Внутренние каналы в экранирующих металлических плитах выполнены в виде змеевидного контура.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид печи в разрезе в аксонометрической проекции. На фиг. 2 приведен вид печи в разрезе по виду А. На фиг. 3 изображена стадия очистки экранов после выгрузки печи.

Вакуумная дуговая гарнисажная печь содержит электрододержатель 1, расходуемый электрод-гарнисаж 2, тигель 3, кристаллизатор 4 и вакуумную водоохлаждаемую камеру, состоящую из корпуса 5 и основания печи 6. Вдоль боковых бортов тигля устанавливается система защитного экранирования, состоящая из экранирующих металлических плит 7, установленных на опорных стойках 8. В местах стыковки опорных стоек и основания выполнены фланцевые соединения 9, к которым во внутреннем объеме печи пристыкованы трубопроводы 10, подводящие охлаждающую жидкость к внутренним каналам 11 экранирующих плит. Для проведения очистки рабочей поверхности экранирующих плит на верхнюю часть тигля устанавливается съемная площадка 12.

Вакуумная дуговая гарнисажная печь работает следующим образом.

Перед началом плавки осуществляется установка системы защитного экранирования, выполненной в виде охлаждаемых экранирующих металлических плит, которые установлены вдоль боковых стенок плавильного тигля на опорные стойки. С целью обеспечения вакуумной плотности во внутреннем объеме печи конструкция каждой плиты выполнена монолитной, с применением сварки и неподвижных герметичных соединений. Применение принудительного охлаждения экранирующих плит позволяет стабилизировать температуру их рабочей поверхности, что повышает их устойчивость к воздействию дуги высокой мощности. Охлаждение экранирующих плит осуществляется посредством циркулирующей охлаждающей жидкости. Для циркуляции охлаждающей жидкости в экранирующих плитах выполнены внутренние каналы, при этом для повышения равномерности охлаждения материала плит каналы могут быть выполнены с формированием змеевидного контура потока течения жидкости. В качестве охлаждающей жидкости для отведения тепловой энергии от экранирующей плиты используется вода, применяющаяся для охлаждения других элементов печи. Для дополнительного обеспечения взрывобезопасности в процессе плавки титановых сплавов, исключающего образование парового взрыва, образования водорода от реакции с нагретым титаном, а также резкого падения вакуума и окисления продуктов плавления, которое реализуется в случае прожога канала, в качестве теплоносителя может быть использовано вакуумное масло, имеющее низкое парциальное давление. В случае потери герметичности канала охлаждения использование в качестве теплоносителя вакуумного масла предотвращает резкое падение уровня вакуума и позволяет остановить плавку без возникновения аварийной ситуации. Экранирующие металлические плиты установлены на опорных металлических стойках, крепящихся к основанию печи. Данная конструкция позволяет жестко закрепить систему экранирования в камере печи, кроме того стойки позволяют осуществить доступ к боковым стенкам тигля для проведения обслуживания (термопар, патрубков и т.д.). В местах крепления опорных стоек к основанию печи выполнены фланцевые соединения, к которым во внутреннем объеме печи пристыкованы трубопроводы, подводящие охлаждающую жидкость к внутренним каналам экранирующих плит, что обеспечивает разборность и вакуумплотность соединения. В плавильный тигель укладывается шихта, на электрододержатель навешивается электрод-гарнисаж, изготовленный при предыдущих плавках. В камеру печи помещается кристаллизатор, который соединяется с системой водооборота. Печь вакуумируется, между шихтой в тигле и электродом-гарнисажем зажигается электрическая дуга и производится плавка. В процессе проведения плавки электрической дугой повышенной мощности на рабочих поверхностях экранирующих плит образуется локальная «рубашка» от брызг расплавленного металла. При этом частицы расплава от воздействия дуги попадают на рабочую поверхность охлаждаемой экранирующей плиты и, под действием ее пониженной температуры, кристаллизуются без образования прочного контакта с плитой. Кроме того, жидкостное охлаждение плиты позволяет стабилизировать температуру ее рабочей поверхности, что уменьшает тепловые деформации и коробление. После окончания плавки и достижения элементами печи безопасной температуры на верхнюю часть тигля устанавливается съемная площадка для проведения ручной или механизированной очистки экранов.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет существенно ограничить воздействие электрической дуги и расплавленного металла на внутренние поверхности вакуумной камеры печи, что увеличивает срок эксплуатации печи.

Claims (5)

1. Вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с механизмом поворота, систему защитного экранирования, размещенную в вакуумном объеме печи вдоль боковых стенок тигля, отличающаяся тем, что система защитного экранирования выполнена в виде охлаждаемых экранирующих металлических плит, установленных на опорные стойки.

2. Вакуумная дуговая гарнисажная печь по п. 1, отличающаяся тем, что в экранирующих плитах выполнены внутренние каналы для циркуляции охлаждающей жидкости.

3. Вакуумная дуговая гарнисажная печь по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью использования воды в качестве охлаждающей жидкости.

4. Вакуумная дуговая гарнисажная печь по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью использования вакуумного масла в качестве охлаждающей жидкости.

5. Вакуумная дуговая гарнисажная печь по п. 1, отличающаяся тем, что внутренние каналы в экранирующих металлических плитах выполнены в виде змеевидного контура.

Images