RU223184U1 - Лабораторная вакуумная дуговая печь для переплава стружки из высокореакционных металлов и сплавов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области к специальной электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых печей, и может быть использована в лабораторных условиях для получения образцов для исследования химического состава отходов высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых. Лабораторная вакуумная дуговая печь для переплава стружки из высокореакционных металлов и сплавов, содержащая водоохлаждаемый корпус печи со смотровым окном, верхний токоподвод, состоящий из водоохлаждаемого электрододержателя с установленным неплавящимся электродом, шарового поворотного сочленения и единой электроизолированной рукоятки управления печью, нижний токоподвод, состоящий из медных трубопроводов подачи и отвода воды к плавильному тиглю, согласно полезной модели медные трубопроводы нижнего токоподвода помещены в трубчатые сильфоны с возможностью совершения осевого перемещения плавильного тигля за счет сжатия трубчатых сильфонов под действием электрического механизма, при этом на шаровом поворотном сочленении закреплена разделительная мембрана, герметизирующая внутреннюю полость корпуса. Пульт управления электрическим механизмом осевого перемещения плавильного тигля размещен на единой электроизолированной рукоятке управления печью. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является повышение точности управления печью во время вакуумной дуговой плавки.

Description

Полезная модель относится к области к специальной электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых печей, и может быть использована в лабораторных условиях для получения образцов для исследования химического состава отходов высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.

На металлургических предприятиях при производстве полуфабрикатов из высокореакционных металлов и сплавов, в частности титановых, генерируется большое количество стружки, являющейся существенным резервом вторичного сырья. Одним из основных путей удешевления слитков при их выплавке является увеличение вовлечения вторичного сырья в виде стружки.

Существующие промышленные технологии плавки титановых сплавов в вакуумно-дуговых печах, снабженных бункером для порционной подачи стружки в зону плавления, позволяют дополнительно вовлекать в переплав значительное количество стружки (например, патент РФ на изобретение №2355791 «Способ изготовления слитков высокореакционных металлов и сплавов и вакуумная дуговая печь для изготовления слитков высокореакционных металлов и сплавов»).

Для получения годных слитков возникает необходимость точного определения химического состава вовлекаемой стружки, который производится методом спектрального анализа. При спектральном анализе используют образцы определенных форм и размеров по ГОСТ 23902-79, которые получают путем сплавления стружки.

Сплавление стружки, в большинстве случаев, осуществляют в лабораторной вакуумно-дуговой печи с неплавящимся электродом в медном водоохлаждаемом тигле. В связи с необходимостью ручного управления дугой и быстрым уменьшением сплавляемого объема материала возникает задача повышения эффективности управления печью во время плавления.

Известна дуговая печь, включающая корпус печи, верхний и нижний токоподводы, плавильный тигель и шлюзовую камеру (авторское свидетельство СССР №439676, МПК F27b 3/10, C21C 5/52, публ. 15.08.1974 ) - прототип. Плавление шихтовых материалов, помещенных в тигель, в данной печи проводится электрической дугой электрода, соединенным с верхним токоподводом. Водоохлаждаемый тигель печи соединен с нижним токоподводом, а верхний токоподвод снабжен шаровым сочленением, уплотненным резиновой диафрагмой, нижний токоподвод выполнен в виде горизонтальной сквозной поворотной трубы, на которой закреплен тигель. В процессе плавки в тигле накапливается необходимый объем жидкого расплава, после чего дуга выключается. Тигель с находящимся в нем слитком охлаждается, после чего производится поворот тигля на 180 градусов вдоль горизонтальной оси, при этом слиток под собственным весом извлекается из тигля в нижнюю часть печи. Управление дугой в процессе плавки производится ручным вращением электрода вокруг оси шарового сочленения и ручным опусканием-подниманием его вдоль вертикальной оси.

При использовании известного решения в качестве лабораторной печи для получения образцов путем переплава стружки, которая имеет значительную усадку при плавлении, его недостатком является то, что для необходимого переплавляемого объема стружки требуется увеличенный ход электрода в вертикальном направлении, а также значительный угол его поворота относительно вертикальной оси. Операция плавления производится оператором при визуальном контроле качества в ручном режиме, поэтому одним из важных требований является интуитивность и эргономичность органов управления печи и хороший обзор зоны плавки, а также надежная электрическая изоляция органов управления. Плавка производится в среде инертного газа или вакуума для исключения загрязнения образцов газами из окружающей воздушной среды, поэтому подвижные органы управления печью должны иметь высокий уровень герметичности. В подвижных уплотнениях, выполненных с эластичными уплотнителями, это достигается путем увеличения длины пакета уплотнений или увеличением усилия зажатия, что негативно влияет на эргономические показатели органов управления и их чувствительность.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности работы печи.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является повышение точности управления печью во время вакуумной дуговой плавки.

Указанный технический результат достигается тем, что лабораторная вакуумная дуговая печь для переплава стружки из высокореакционных металлов и сплавов, содержащая водоохлаждаемый корпус печи со смотровым окном, верхний токоподвод, состоящий из водоохлаждаемого электрододержателя с установленным неплавящимся электродом, шарового поворотного сочленения и единой электроизолированной рукоятки управления печью, нижний токоподвод, состоящий из медных трубопроводов подачи и отвода воды к плавильному тиглю, согласно полезной модели медные трубопроводы нижнего токоподвода помещены в трубчатые сильфоны с возможностью совершения осевого перемещения плавильного тигля за счет сжатия трубчатых сильфонов под действием электрического механизма, при этом на шаровом поворотном сочленении закреплена разделительная мембрана, герметизирующая внутреннюю полость корпуса.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1а представлен общий вид печи в разрезе, на фиг. 1б - вид печи слева в разрезе, на фиг. 2 приведен вид А по фиг.1а в начальной стадии процесса плавления (фиг.2,а) и конечной стадии процесса плавления (фиг.2,б).

Лабораторная вакуумная дуговая печь содержит водоохлаждаемый корпус 1 со смотровым окном 2, верхний токоподвод, состоящий из водоохлаждаемого электрододержателя 3 с установленным неплавящимся электродом 4, шарового поворотного сочленения 5, единой электроизолированной рукоятки управления 6; нижний токоподвод, состоящий из медных трубопроводов подачи и отвода воды к плавильному тиглю 7. Медные трубопроводы нижнего токоподвода помещены в трубчатые сильфоны 8, позволяющие плавильному тиглю совершать осевое перемещение под действием электрического механизма 9. Клавиши управления 10 электрическим механизмом вынесены на единую рукоятку управления. На шаровом поворотном сочленении закреплена разделительная мембрана 11.

Полезная модель работает следующим образом.

В плавильный тигель, расположенный в печи в крайнем нижнем положении, помещается заданное количество стружки. Производится вакуумирование внутреннего объема печи. К поверхности стружки подводится электрододержатель с установленным неплавящимся электродом. С рукоятки управления оператор включает электрическую дугу. Начинается сплавление стружки. Дуговой промежуток поддерживается оператором печи посредством вертикального перемещения тигля с помощью управления электрическим механизмом тигля на требуемую величину. Вертикальное перемещение тигля осуществляется за счет сжатия медных трубопроводов нижнего токоподвода, помещенных в трубчатые сильфоны, под действием электрического механизма. Это позволяет совершать осевое перемещение плавильного тигля без потери герметичности корпуса печи. Также дуговой промежуток поддерживается оператором печи посредством ручного наклона электрододержателя на заданный угол отклонения от вертикальной оси. Разделительная мембрана, закрепленная на шаровом поворотном сочленении, герметизирует внутреннюю полость корпуса и позволяет оператору, наблюдающему за процессом плавки, производить наклон электрододержателя ручным усилием на рукоятку управления. Для улучшения эргономики процесса плавления пульт управления электрическим механизмом осевого перемещения плавильного тигля размещен на единой электроизолированной рукоятке управления печью.

По окончании полного сплавления стружки в тигле формируется образец в виде сплавленного слитка. Дуга выключается, в течение необходимого времени за счет водяного охлаждения производится охлаждение слитка в тигле. Печь открывается, сплавленный образец извлекается из тигля.

Пример осуществления полезной модели.

Предлагаемое устройство было опробовано при переплаве стружки из титанового сплава Вт 5-1 в цилиндрические образцы для спектрального анализа химического состава. В тигель лабораторной вакуумной дуговой печи загружали около 1000 грамм стружки. Печь вакуумировали, зажигали дугу и переплавляли стружку при токе дуги 1100±200А. В процессе переплава оператором осуществлялось регулирование дугового промежутка за счет перемещения плавильного тигля и посредством ручного наклона электрододержателя на заданный угол отклонения от вертикальной оси. По окончании полного сплавления стружки дугу отключали и охлаждали сплавленный образец. Далее осуществляли вскрытие печи и извлечение из нее образца в виде цилиндрического слитка. В результате переплава был получен образец диаметром 100 мм и массой 980 грамм. Полученный образец по всему объему имел плотную структуру, литейные дефекты отсутствовали.

Таким образом, заявленное устройство позволяет повысить точность управления печью во время вакуумной дуговой плавки с получением качественных литых образцов из стружки высокореакционных металлов и сплавов.

Claims (1)

1. Лабораторная вакуумная дуговая печь для переплава стружки из высокореакционных металлов и сплавов, содержащая водоохлаждаемый корпус печи со смотровым окном, верхний токоподвод, состоящий из водоохлаждаемого электрододержателя с установленным неплавящимся электродом, шарового поворотного сочленения и единой электроизолированной рукоятки управления печью, нижний токоподвод, состоящий из медных трубопроводов подачи и отвода воды к плавильному тиглю, отличающаяся тем, что медные трубопроводы нижнего токоподвода помещены в трубчатые сильфоны с возможностью совершения осевого перемещения плавильного тигля за счет сжатия трубчатых сильфонов под действием электрического механизма, при этом на шаровом поворотном сочленении закреплена разделительная мембрана, герметизирующая внутреннюю полость корпуса.