RU2194780C1

RU2194780C1 - Vacuum electric-arc lining-slag furnace

Info

Publication number: RU2194780C1
Application number: RU2001113392A
Authority: RU
Inventors: В.С. Фомичев; К.А. Гончаров
Original assignee: ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: special electrometallurgy, namely vacuum electric-arc lining-slag furnaces for melting ingots of highly reactive metals and alloys, mainly titanium ingots. SUBSTANCE: apparatus includes back embedded wall made of the same metal as remelted one. Invention prevents explosion-hazard draining of melt metal at random melting up of back embedded wall of melting crucible onto water-cooled constructions of chamber of vacuum electric-arc lining-slag furnace. EFFECT: improved design, enhanced operational safety of furnace. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к вакуумным дуговым гарнисажным печам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых. The invention relates to the field of special electrometallurgy, in particular to vacuum arc skull furnaces for smelting ingots of highly reactive metals and alloys, mainly titanium.

Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь для выплавки титановых сплавов ДТВГ-4ПФ (Чертеж ЛП 233-00.00.00. "Электропечь дуговая титановая вакуумная гарнисажная ДТВГ-4ПФИ1"), содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель и охлаждаемый гарнисажный тигель, расходуемым электродом для которых служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж. Печь не требует специальной подготовки электрода, что существенно снижает трудоемкость подготовки шихтовых материалов и позволяет вводить в плавку любое требуемое количество оборотных отходов. При существующей конструкции плавильного тигля задняя закладная стенка не имеет принудительного водяного охлаждения и находится в напряженном тепловом режиме. Поэтому стенка должна быть массивной и изготовленной из тугоплавкого материала. В существующей конструкции использована сталь. Закладная задняя стенка устанавливается в тигель, затем ручной укладкой материалов шихты, заданной толщины, осуществляется ее предохраняющая защита от расплава. Known vacuum arc skull furnace for smelting DTVG-4PF titanium alloys (Drawing LP 233-00.00.00. "Electric arc titanium vacuum skull furnace DTVG-4PFI1"), containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder and a cooled skull plate for which we consume an electrode in a crucible on the previous heat. The furnace does not require special preparation of the electrode, which significantly reduces the complexity of the preparation of charge materials and allows you to enter into the smelting any required amount of recycled waste. With the existing design of the melting crucible, the back embedded wall does not have forced water cooling and is in intense thermal mode. Therefore, the wall must be massive and made of refractory material. The existing structure used steel. The embedded back wall is installed in the crucible, then by manual laying of the charge materials of a given thickness, it protects against melt.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве при случайном расплавлении защиты закладной задней стенки расплав титана (температура плавления титана равна 1670^oС) контактирует со стальной неохлаждаемой закладной стенкой тигля с интенсивным образованием ферротитана (температура плавления ферротитана 1350^oС) и происходит практически мгновенно сквозное проплавление стенки тигля. Процесс становится необратимым, заканчивающийся взыровоопасным выпуском жидкого высокореакционного расплава на водоохлаждаемые стальные конструкции корпуса печи. Наиболее благоприятные условия для оплавления закладной стенки складываются на момент перед сливом металла в изложницу. Объясняется это тем, что тепловой поток от жидкой ванны и электрической дуги к этому моменту достигает максимального значения, а сторона стенки, обращенная к жидкой ванне и электрической дуге, уже хорошо прогрета.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype include the fact that in the known device, in case of accidentally melting the back wall protection of the back wall, the titanium melt (melting temperature of titanium is 1670 ^° C) is in contact with the uncooled steel wall of the crucible with intensive formation of ferrotitanium (melting point of ferrotitanium 1350 ^o C) and through melting of the crucible wall occurs almost instantly. The process becomes irreversible, ending with the release of a highly hazardous liquid highly reactive melt onto water-cooled steel structures of the furnace body. The most favorable conditions for the melting of the embedded wall are formed at the time before the discharge of the metal into the mold. This is explained by the fact that the heat flux from the liquid bath and the electric arc reaches its maximum value by this moment, and the side of the wall facing the liquid bath and the electric arc is already well warmed up.

Целью предлагаемого изобретения является предотвращение взрывоопасного выпуска смеси жидкого расплава металла при случайных подплавлениях задней закладной стенки плавильного тигля на водоохлаждаемые конструкции камеры вакуумной дуговой гарнисажной печи. The aim of the invention is the prevention of explosive release of a mixture of liquid molten metal in case of accidental melting of the rear embedded wall of the melting crucible onto the water-cooled chamber structure of the vacuum arc skull furnace.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлождаемый тигель с закладным стержнем и закладной задней стенкой с контрольными термопарами - задняя закладная стенка выполнена из того же металла, что и переплавляемый металл. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a sacrificial electrode-skull, a mold, a water-cooled crucible with a embedded rod and a embedded rear wall with control thermocouples - the rear embedded wall is made of that same metal as the remelted metal.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена вакуумная дуговая гарнисажная печь в разрезе вдоль оси тигля, совпадающей с направлением разливки металла. На фиг.2 - тигель перед началом плавки. На фиг.3 - тигель после окончания плавки и слива металла. The essence of the invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a vacuum arc skull furnace in a section along the axis of the crucible, coinciding with the direction of casting of metal. Figure 2 - the crucible before the start of melting. Figure 3 - crucible after melting and discharge of metal.

Вакуумная гарнисажная печь состоит из вакуумной водоохлаждаемой камеры 1, электрододержателя 2 с механизмом перемещения (не показан), механизма 3 крепления электрода, электрода-гарнисажа 4, водоохлаждаемого тигля 5 коробчатой формы и изложницы 6. Плавильный водоохлождаемый тигель содержит корпус, состоящий из днища 7, передней стенки 8 со сливным носком 9, двух боковых стенок 10, симметричных относительно продольной оси тигля, задней стенки 11, с закладной задней съемной стенкой 12 с двумя термопарами 13, и закладным, вваренным в гарнисаж стержнем 14. The vacuum skull furnace consists of a vacuum water-cooled chamber 1, an electrode holder 2 with a movement mechanism (not shown), an electrode fixing mechanism 3, a skull-type electrode 4, a box-shaped water-cooled crucible 5 and a mold 6. The water-cooled crucible contains a body consisting of a bottom 7, front wall 8 with a drain toe 9, two side walls 10 symmetrical with respect to the longitudinal axis of the crucible, rear wall 11, with embedded rear removable wall 12 with two thermocouples 13, and embedded embedded in the skull rod 14.

Работа печи осуществляется следующим образом. The operation of the furnace is as follows.

Перед плавкой устанавливается в заднюю стенку 11 стержень 14 - держатель электрода-гарнисажа 4, при этом контролируется размер n₁, затем устанавливается съемная стенка 12 с контролируемым размером n₂.Before melting, a rod 14 is installed in the rear wall 11, the holder of the skull-electrode 4, while the size n ₁ is controlled, then a removable wall 12 with a controlled size n _{2 is} installed.

Размер n₁ контролируются с учетом практического опыта, так чтобы обеспечить надежное по прочности электрическому контакту соединение стержня 14 с формирующимся электродом-гарнисажем и возможность повторно использовать один стержень в нескольких плавках.Size n _{1 is} controlled taking into account practical experience, so as to ensure reliable strength of the electrical contact connection of the rod 14 with the forming electrode-skull and the ability to reuse one rod in several heats.

Размер n₂ закладывается шихтовыми кусками отходов переплавляемого металла с целью защиты закладной съемной стенки 12 от оплавления и выхода из строя.Size n _{2 is} laid by the charge pieces of the waste of the remelted metal in order to protect the embedded wall of the removable wall 12 from fusion and failure.

В тигель загружается шихта до уровня, показанного на фиг. 2, а над тиглем на электрододержателе печи закрепляется стержень 14 с приваренным к нему гарнисажем предыдущей плавки. Между шихтой в тигле и гарнисажем на электрододержателе печи зажигается электрическая дуга и производится плавка. The charge is loaded into the crucible to the level shown in FIG. 2, and above the crucible, on the electrode holder of the furnace, a rod 14 is fixed with the skull of the previous melting welded to it. Between the charge in the crucible and the skull on the electrode holder of the furnace, an electric arc is ignited and melting is performed.

После окончания плавки тигель наклоняют и сливают металл в изложницу 6, затем тигель устанавливают в горизонтальное положение, опускают электрододержатель печи с закрепленным на нем стержнем 14 и зажигают электрическую дугу между оставшейся жидкой ванной в тигле и остатками гарнисажа на стержне. После освобождения стержня от остатков гарнисажа дугу гасят и охлаждают печь. Стержень 14 по условиям технологии должен быть надежно сварен с гарнисажем и использован в следующей плавке в качестве держателя электрода-гарнисажа, а стенка 12 снята и использована с чередованием с полностью охлажденной стенкой через одну-две плавки. After melting, the crucible is tilted and the metal is poured into the mold 6, then the crucible is installed in a horizontal position, the furnace electrode holder is lowered with the rod 14 attached to it and the electric arc is ignited between the remaining liquid bath in the crucible and the remains of the skull on the rod. After releasing the rod from the remains of the skull, the arc is quenched and the furnace is cooled. According to the technology conditions, rod 14 must be reliably welded with a skull and used in the next heat as a holder of a skull-electrode, and wall 12 is removed and used alternately with a completely cooled wall through one or two melts.

В течение всего цикла плавки температура съемной стенки 12 контролируется двумя термопарами 13, которые установлены на глубине 60 мм от поверхности гарнисажа. Термопары, с частотой опроса 2 минуты, выдают информацию о температурном режиме титановой стенки. При ее критическом значении, указывающем о начале оплавления закладной стенки, плавильщик имеет достаточный запас времени для принятия решения. За время опытно-промышленного апробирования подаваемого изобретения наблюдалось два случая подплавления титановой стенки. При этом в обоих случаях не было аварийного выпуска металла, а выплавленный металл отвечал техническим требованиям. During the entire melting cycle, the temperature of the removable wall 12 is controlled by two thermocouples 13, which are installed at a depth of 60 mm from the surface of the skull. Thermocouples, with a sampling frequency of 2 minutes, provide information about the temperature regime of the titanium wall. At its critical value, indicating the beginning of the melting of the embedded wall, the smelter has sufficient time to make a decision. During the pilot industrial testing of the submitted invention, two cases of melting of the titanium wall were observed. Moreover, in both cases there was no emergency release of metal, and the smelted metal met the technical requirements.

Claims

A 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, characterized in that the rear embedded wall is made of the same metal as the remelted metal.