RU2338803C2

RU2338803C2 - Method of securing of consumable electrode of vacuum arc furnace

Info

Publication number: RU2338803C2
Application number: RU2006140955/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Смирнов (RU); Владимир Григорьевич Смирнов; Петр Семенович Альтман (RU); Петр Семенович Альтман
Original assignee: ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА"
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-11-20
Also published as: RU2006140955A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: securing of electrode to electric holder is performed by means of split connection in form of detachable screw clamp consisting of at least two segments fastened with captive ring for securing of consumable electrode to head of electric holder and claw nut screwed onto electric holder. A groove with a spherical surface is cut in electrode; an inside surface of the lower bracket of the screw-clamp contacts with this spherical surface, while an inside surface of the upper bracket of the screw clamp contacts the claw nut. There is installed an insert between the electric holder and electrode; the said insert is made with flat and spherical surfaces; with its flat surface the insert contacts the electrode, while with its spherical surface it contacts the head of the electric holder. The insert and the head of the electric holder are fabricated out of material temperature coefficient of expansion of which is higher than temperature coefficient of expansion of screw clamp material.

EFFECT: invention provides using of split securing device which fixes positions of mould, electrode and electric holder against each other, which excludes auxiliary operations of vacuumising, of electrode welding to electric holder, de-vaccumising, cleaning and control over welding zone, and also invention reduces time loss for cooling of welding zone.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов.The invention relates to metallurgy, mainly to methods for vacuum arc melting of highly reactive metals, in particular titanium and its alloys.

Данная технология реализуется в вакуумных дуговых печах (ВДП) с расходуемым электродом, который устанавливают в водоохлаждаемую изложницу и приваривают к огарку. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления. При подаче напряжения между расходуемым электродом-катодом и поддоном-анодом возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет торец электрода; капли жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток. Дуга горит между расходуемым электродом и жидким металлом в верхней части слитка на протяжении всей плавки.This technology is implemented in vacuum arc furnaces (VDP) with a consumable electrode, which is installed in a water-cooled mold and welded to the cinder. From the furnace body, air is pumped out to a residual pressure. When voltage is applied, an arc arises between the sacrificial electrode-cathode and the tray-anode. The released heat melts the end face of the electrode; drops of liquid metal passing through the arc discharge zone are degassed, fill the mold and solidify, forming an ingot. An arc burns between the sacrificial electrode and the liquid metal in the upper part of the ingot throughout the entire heat.

Поскольку ВДП представляют собой взрывоопасные агрегаты, для нормальной работы необходимо строго соблюдать разработанные на предприятиях правила техники безопасности на всех стадиях технологического процесса, в том числе при установке электрода и его приварке к огарку (Металлургия титана. В.А.Громата. М.: Металлургия, 1968 г., стр.482-484). Основная опасность при дуговой вакуумной плавке - прожигание стенки изложницы электрической дугой. Это приводит к проникновению воды в печное пространство и ее взаимодействию с жидким или раскаленным металлом с созданием взрывоопасной ситуации. В частности, данная взрывоопасная ситуация может возникнуть при смещении оси расходуемого электрода относительно оси изложницы. Известно, что оптимальная величина межэлектродного промежутка составляет порядка 10-50 мм. В то же время зазор между поверхностью электрода и внутренней стенкой изложницы составляет порядка 40-60 мм (в зависимости от диаметра выплавляемого слитка). Смещение оси электрода и изложницы кристаллизатора относительно друг друга более чем на 5-10 мм может привести к перекидыванию дуги на стенку изложницы.Since VDPs are explosive aggregates, for normal operation it is necessary to strictly observe the safety rules developed at enterprises at all stages of the technological process, including when installing the electrode and welding it to the cinder (Titanium metallurgy. V. A. Gromata. M .: Metallurgy , 1968, pp. 488-484). The main danger in vacuum arc melting is burning the mold wall with an electric arc. This leads to the penetration of water into the furnace space and its interaction with liquid or hot metal with the creation of an explosive situation. In particular, this explosive situation may occur when the axis of the consumable electrode is displaced relative to the axis of the mold. It is known that the optimal value of the interelectrode gap is about 10-50 mm. At the same time, the gap between the surface of the electrode and the inner wall of the mold is about 40-60 mm (depending on the diameter of the smelted ingot). The displacement of the axis of the electrode and the mold of the mold relative to each other by more than 5-10 mm can lead to the throwing of the arc on the wall of the mold.

Кроме того, крепление расходуемого электрода к электрододержателю должно обеспечивать достаточную прочность и электрический контакт по сопрягаемой поверхности. При недостаточной площади контакта возможен местный перегрев и разрушение соединения расходуемого электрода и огарка и, как следствие этого, возникновение аварийной ситуации.In addition, the attachment of the consumable electrode to the electrode holder should provide sufficient strength and electrical contact along the mating surface. In case of insufficient contact area, local overheating and destruction of the connection of the consumable electrode and the cinder is possible and, as a result of this, an emergency occurs.

Диаметры электродов первого переплава варьируются от 270 до 750 мм и второго от 390 до 920 мм при длине до 5500 мм. Вес расходуемого электрода обычно находится в пределах от 1,5 до 10 т.The diameters of the electrodes of the first remelting range from 270 to 750 mm and the second from 390 to 920 mm with a length of up to 5500 mm. The weight of the consumable electrode is usually in the range of 1.5 to 10 tons.

Известен (принятый за прототип) способ установки, загрузки и крепления электродов (Плавка и литье титановых сплавов. Аношкин Н.Ф. М.: Металлургия, 1978 г., стр.272), включающий:There is a known (adopted as a prototype) method of installation, loading and fastening of electrodes (Melting and casting of titanium alloys. Anoshkin NF M .: Metallurgy, 1978, p. 272), including:

- загрузку расходуемого электрода в литейный комплект (кристаллизатор с поддоном),- loading a consumable electrode into a casting kit (mold with a pan),

- центровку электродов в проточке на поддоне и клиньями у фланца изложницы,- alignment of the electrodes in the groove on the pallet and wedges at the mold flange,

- присоединение (приварка) расходуемого электрода к переходнику (наконечнику),- joining (welding) of the consumable electrode to the adapter (tip),

- контроль центровки и приварки с использованием линеек, шаблонов и т.п.- control of alignment and welding using rulers, patterns, etc.

Недостатком известного способа является большой промежуток времени, затрачиваемый на приварку электрода, который суммируется из времени, затрачиваемого на вакуумирование печи, сам процесс приварки, охлаждение зоны приварки и снятие вакуума, зачистки и контроль сварки. Данная подготовительная операция является наиболее трудоемкой и длится по времени от 2 до 2,5 часов в зависимости от диаметра выплавляемого слитка (для сравнения время плавления слитка составляет 4-5 часа).The disadvantage of this method is the large period of time spent on welding the electrode, which is summed from the time spent on evacuating the furnace, the welding process itself, cooling the welding zone and removing the vacuum, stripping and welding control. This preparatory operation is the most time-consuming and lasts from 2 to 2.5 hours, depending on the diameter of the smelted ingot (for comparison, the ingot melts for 4-5 hours).

Задача изобретения - уменьшение времени и трудоемкости вспомогательных операций при креплении расходуемого электрода к электрододержателю.The objective of the invention is to reduce the time and complexity of auxiliary operations when attaching a consumable electrode to the electrode holder.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является использование разъемного крепления, которое фиксирует положение изложницы, электрода и электрододержателя относительно друг друга, что позволяет исключить вспомогательные операции вакуумирования, приварки электрода к электрододержателю, снятия вакуума, зачистки и контроля зоны сварки, а также затраты времени на охлаждение зоны приварки.The technical result achieved by the implementation of the invention is the use of a detachable mount that fixes the position of the mold, electrode and electrode holder relative to each other, which eliminates the auxiliary operations of vacuuming, welding the electrode to the electrode holder, removing the vacuum, stripping and monitoring the welding zone, as well as time to cool the weld zone.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе крепления расходуемого электрода вакуумной дуговой печи, включающем загрузку расходуемого электрода в кристаллизатор, центрирование электрода по оси кристаллизатора и фиксацию данного положения электрода последующим креплением его к электрододержателю, крепление электрода к электрододержателю производится разъемным соединением посредством разборной струбцины, состоящей, по крайней мере, из двух сегментов, скрепленных накидным кольцом, которое прикрепляет расходуемый электрод к наконечнику электрододержателя, и натяжной гайкой, навинченной на электрододержатель, электрод выполнен с проточкой со сферической поверхностью, с которой контактирует внутренняя поверхность нижней скобы струбцины, а внутренняя поверхность верхней скобы струбцины контактирует с натяжной гайкой, при этом между электрододержателем и электродом установлен вкладыш, контактирующий плоской поверхностью с электродом, а сферической поверхностью с наконечником электрододержателя.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of fastening the consumable electrode of a vacuum arc furnace, which includes loading the consumable electrode into the mold, centering the electrode along the axis of the mold and fixing this position of the electrode by attaching it to the electrode holder, the electrode is attached to the electrode holder by detachable connection collapsible clamp, consisting of at least two segments fastened with a ring ring, to which attaches the consumable electrode to the tip of the electrode holder, and the tension nut screwed onto the electrode holder, the electrode is made with a groove with a spherical surface with which the inner surface of the lower clamp bracket is in contact, and the inner surface of the upper clamp bracket is in contact with the tension nut, between the electrode holder and the electrode an insert is installed that contacts a flat surface with the electrode, and a spherical surface with the tip of the electrode holder.

Предпочтительно вкладыш и наконечник электрододержателя применять из материала, температурный коэффициент расширения которого больше температурного коэффициента расширения материала струбцины.Preferably, the liner and tip of the electrode holder are made of a material whose temperature coefficient of expansion is greater than the temperature coefficient of expansion of the clamp material.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема крепления электрода к электрододержателю.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the attachment of the electrode to the electrode holder.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Электрод 1 устанавливается в кристаллизатор 2, производится центровка электрода в проточке на поддоне и клиньями у фланца изложницы (не показано). На торцевую поверхность электрода 1 устанавливается вкладыш 3, имеющий сферическую поверхность 4, которая контактирует со сферической поверхностью наконечника электрододержателя 5, это позволяет устранить угловой перекос осей электрододержателя 6 и электрода 1. Электрод 1 крепится к электрододержателю 6 посредством струбцины 7, которая состоит, по крайней мере, из двух сегментов, скрепленных между собой накидным кольцом 8. Нижняя скоба струбцины 9 сопрягается со сферической поверхностью проточки 10, выполненной в электроде, а верхняя скоба струбцины 11 сопрягается с натяжной гайкой 12, крепящейся на электрододержателе, с помощью которой производится крепление электрода. Известно, что переходное сопротивление электрического тока зависит от площади контакта и усилия прижима. Вкладыш 3 и наконечник 5 выполнены из материала, температурный коэффициент расширения которого больше температурного коэффициента расширения материала струбцины 7, это позволяет компенсировать снижения усилия прижима электрода к электрододержателю из-за увеличения длины струбцины, вызванной ее температурным расширением.The electrode 1 is installed in the mold 2, the electrode is centered in the groove on the pallet and wedges at the mold flange (not shown). An insert 3 is installed on the end surface of the electrode 1, having a spherical surface 4, which is in contact with the spherical surface of the tip of the electrode holder 5, this eliminates the angular misalignment of the axes of the electrode holder 6 and electrode 1. The electrode 1 is attached to the electrode holder 6 by means of a clamp 7, which consists of at least of at least two segments fastened together by a ring ring 8. The lower bracket of the clamp 9 mates with the spherical surface of the groove 10 made in the electrode, and the upper bracket with the pipe 11 is interfaced with a tension nut 12, mounted on an electrode holder, with which the electrode is mounted. It is known that the transition resistance of an electric current depends on the contact area and the clamping force. The liner 3 and tip 5 are made of a material whose temperature coefficient of expansion is greater than the temperature coefficient of expansion of the material of the clamp 7, this allows you to compensate for the decrease in the force of pressing the electrode to the electrode holder due to the increase in the length of the clamp caused by its thermal expansion.

Преимущество использования способа крепления электрода к электрододержателю, выполненного согласно изобретению, в том, что за счет снижения времени на вспомогательные операции производительность печи увеличивается в 1,25-1,3 раза, кроме того, исключаются температурные поводки при присоединении электрода к электрододержателю (нарушается точность центрирования), которые наблюдаются при их креплении сваркой в прототипе - это значительно повышает взрывобезопасность процесса.The advantage of using the method of attaching the electrode to the electrode holder, made according to the invention, is that by reducing the time for auxiliary operations, the productivity of the furnace increases by 1.25-1.3 times, in addition, temperature leads are eliminated when the electrode is connected to the electrode holder (accuracy is impaired centering), which are observed during their fastening by welding in the prototype - this significantly increases the explosion safety of the process.

Claims

1. The method of attachment of the consumable electrode of a vacuum arc furnace, comprising centering the consumable electrode along the axis of the mold and fixing it in this position by subsequent attachment to the electrode holder, characterized in that the electrode is attached to the electrode holder by detachable connection in the form of a collapsible clamp, consisting of at least of two segments fastened with a cap ring for attaching a consumable electrode to the tip of the electrode holder and a tension nut screwed onto the electrode holder In this case, a groove is made in the electrode with a spherical surface with which the inner surface of the lower clamp bracket contacts, and the inner surface of the upper clamp clamp contacts the tension nut, an insert is made between the electrode holder and the electrode made with flat and spherical surfaces, which contact with the flat surface with the electrode, and with a spherical surface - with the tip of the electrode holder.

2. The method according to claim 1, characterized in that the liner and tip of the electrode holder are made of a material whose temperature coefficient of expansion is greater than the temperature coefficient of expansion of the material of the clamp.