RU2358216C2 - Melting crucible, water-cooled - Google Patents

Melting crucible, water-cooled Download PDF

Info

Publication number
RU2358216C2
RU2358216C2 RU2007130721/02A RU2007130721A RU2358216C2 RU 2358216 C2 RU2358216 C2 RU 2358216C2 RU 2007130721/02 A RU2007130721/02 A RU 2007130721/02A RU 2007130721 A RU2007130721 A RU 2007130721A RU 2358216 C2 RU2358216 C2 RU 2358216C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crucible
water
cooled
steel
melting
Prior art date
Application number
RU2007130721/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007130721A (en
Inventor
Евгений Васильевич Аношкин (RU)
Евгений Васильевич Аношкин
Евгений Ильич Белов (RU)
Евгений Ильич Белов
Марк Иванович Мусатов (RU)
Марк Иванович Мусатов
Игорь Юрьевич Пузаков (RU)
Игорь Юрьевич Пузаков
Вадим Николаевич Федотов (RU)
Вадим Николаевич Федотов
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority to RU2007130721/02A priority Critical patent/RU2358216C2/en
Publication of RU2007130721A publication Critical patent/RU2007130721A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2358216C2 publication Critical patent/RU2358216C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, immediately dealing with design of melting equipment for vacuum-arc, plasma-arc and electron-beam furnaces. The proposed water-cooled melting crucible is designed to be composed of bimetallic copper-and-steel panels with internal hermetically-sealed water-cooled channels. The crucible additionally contains a framework providing for each panel position lock, fixtured on one side, and free relocation of the panels contacting surfaces relative to each other. The panels design potentially enables electrical contact due to resilient connections. The water-cooled channels are arranged on the bimetallic panel outside (the steel sheet side) and are hermetically covered with steel plates, welded on.
EFFECT: reduction of the mechanical stress within the crucible structure resulting from the crucible component parts contacting under thermal expansion conditions.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к плавильному оборудованию, а именно к конструктивным элементам вакуумно-дуговых печей, плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей, в конструкции которых используется водоохлаждаемый плавильный инструмент.The invention relates to smelting equipment, and in particular, to structural elements of vacuum arc furnaces, plasma-arc and electron-beam furnaces, in the construction of which a water-cooled melting tool is used.

Выплавка химически активных тугоплавких материалов без их загрязнения в промышленных масштабах возможна только в холодных тиглях, т.е. в контейнерах, рабочая температура которых ниже температуры переплавляемого материала. Выделяя тем или иным способом тепло в садке, удается создать устойчивую ванну расплава, непосредственно соприкасающуюся с холодным тиглем или отделенную от него слоем нерасплавившегося материала (гарнисажа). Гарнисаж предохраняет расплав от влияния тигля. Плавка с гарнисажем гарантирует абсолютную чистоту расплава.The smelting of reactive refractory materials without contamination on an industrial scale is possible only in cold crucibles, i.e. in containers, the working temperature of which is lower than the temperature of the remelted material. In one way or another, heat is generated in the cage, it is possible to create a stable bath of melt that is directly in contact with the cold crucible or separated from it by a layer of unmelted material (skull). The skull protects the melt from the influence of the crucible. Melting with a skull guarantees absolute purity of the melt.

Плавильный инструмент в процессе работы испытывает большие тепловые нагрузки. Тепловые потоки через его стенки могут достигать от сотен до тысяч киловатт на квадратный метр, а в аварийных ситуациях превосходят эту величину. В результате больших градиентов температур возникают термические напряжения. Кроме того, инструмент испытывает большие механические нагрузки от веса собственной конструкции и веса расплава, циклических нагрузок. Прожог инструмента, потеря герметичности или иные даже локальные разрушения конструкции инструмента недопустимы. Например, разрушение тигля при выплавке титана влечет за собой не только паровой взрыв, но и взрыв гремучей смеси, т.к. титан взаимодействует с водой с ее диссоциацией и выделением свободного водорода.In the process, the melting tool experiences large thermal loads. Heat flows through its walls can reach from hundreds to thousands of kilowatts per square meter, and in emergency situations exceed this value. Large temperature gradients result in thermal stresses. In addition, the tool experiences large mechanical loads from the weight of its own design and the weight of the melt, cyclic loads. Burn-through of the tool, loss of tightness or other even local destruction of the tool structure are unacceptable. For example, the destruction of the crucible during the smelting of titanium entails not only a steam explosion, but also an explosion of an explosive mixture, since titanium interacts with water with its dissociation and the release of free hydrogen.

Известны холодные тигли, которые изготовляются в виде сегментов из профилированных неравностенных медных трубок или массивных сварных фрезерованных медных секций (А.С. СССР №273373, 1970 г.).Known cold crucibles, which are made in the form of segments from profiled non-uniform copper tubes or massive welded milled copper sections (AS USSR No. 273373, 1970).

Тигли сложны конструктивно, трудоемки в изготовлении и используются в печах с относительно малым объемом расплава.Crucibles are structurally complex, laborious to manufacture and are used in furnaces with a relatively small melt volume.

Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, содержащий металлический корпус с герметичными внутренними каналами охлаждения, корпус выполнен из биметаллических плит, полученных путем сварки взрывом медного слоя со слоем нержавеющей стали. В полученной таким образом плите посредством направленного перемещения специальной фрезы формируются каналы охлаждения в медном слое, с помощью которых производится регулировка тепловых процессов в тигле. Плиты соединены между собой упругими элементами. Водоохлаждаемые каналы выполнены в одной плоскости (патент РФ №2166714) - прототип.Known melting water-cooled crucible containing a metal body with sealed internal cooling channels, the body is made of bimetallic plates obtained by explosion welding of a copper layer with a layer of stainless steel. In the plate obtained in this way, by means of the directed movement of a special cutter, cooling channels are formed in the copper layer, with the help of which the thermal processes in the crucible are adjusted. The plates are interconnected by elastic elements. Water-cooled channels are made in one plane (RF patent No. 2166714) - prototype.

Недостатком данной конструкции является то, что соединение элементов тигля осуществляются жесткими шпилечными креплениями, которые имеют возможность упруго компенсировать температурные расширения только в направлении одной степени свободы - по оси крепления шпильки. Поэтому в стенках и дне тигля появляются напряжения, вызванные различным термическим расширением, имеющие различные векторы направлений в наружных и внутренних слоях этих элементов из-за большого градиента температур в процессе плавки. Выполненные каналы имеют значительную глубину, которая регламентирована конструкторскими особенностями данной части устройства. При данной конструкции системы водоохлаждаемых каналов и силовом креплении элементов тигля при плавке титана по расчетным и экспериментальным данным толщина медной плиты не может быть менее 190-200 мм, а стальной - менее 10 мм. Соединение между собой стального и медного слоев плиты выполнено посредством сварки взрывом. При этом технологический процесс сварки накладывает ограничения на толщину соединяемых слоев. Чем меньше толщина, тем проще осуществить сварное соединение и, как следствие, меньше стоимость биметаллической плиты. Изготовление биметаллической плиты, состоящей из медного слоя толщиной 200 мм и стального толщиной 10 мм, является затратной и сложной в технологическом отношении.The disadvantage of this design is that the connection of the crucible elements is carried out by rigid hairpin mounts, which can elastically compensate for temperature expansion only in the direction of one degree of freedom - along the axis of the stud. Therefore, stresses appear in the walls and bottom of the crucible caused by various thermal expansion, having different direction vectors in the outer and inner layers of these elements due to the large temperature gradient during the melting process. The completed channels have a significant depth, which is regulated by the design features of this part of the device. With this design of the system of water-cooled channels and the power fastening of the crucible elements during titanium melting, according to the calculated and experimental data, the thickness of the copper plate cannot be less than 190-200 mm, and the steel plate less than 10 mm. The interconnection of the steel and copper layers of the plate is done by explosion welding. In this case, the welding process imposes restrictions on the thickness of the connected layers. The smaller the thickness, the easier it is to weld and, as a result, the cost of a bimetal plate is less. The manufacture of a bimetallic plate, consisting of a copper layer 200 mm thick and a steel layer 10 mm thick, is costly and technologically challenging.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение срока службы тигля, снижение стоимости и металлоемкости конструкции, упрощение технологии изготовления, повышение ремонтопригодности.The problem to which this invention is directed, is to increase the life of the crucible, reduce the cost and metal consumption of the structure, simplify manufacturing technology, increase maintainability.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является минимизация механических напряжений в конструкции тигля, возникающих в результате контакта деталей тигля при их термическом расширении.The technical result achieved by the implementation of the invention is the minimization of mechanical stresses in the design of the crucible arising from the contact of the parts of the crucible during their thermal expansion.

Указанный технический результат достигается тем, что плавильный водоохлаждаемый тигель, состоящий из медно-стальных биметаллических плит, которые содержат внутренние герметические водоохлаждаемые каналы, дополнительно содержит раму, в которой положение каждой плиты фиксируется ее односторонним защемлением, при этом обеспечивается свободное смещение контактирующих поверхностей плит относительно друг друга, электрический контакт между плитами обеспечивается упругими соединениями, а водоохлаждаемые каналы, которые сверху герметически закрыты приваренными стальными пластинами, выполнены на наружной поверхности биметаллических плит со стороны стального листа.The specified technical result is achieved in that the water-cooled melting crucible, consisting of copper-steel bimetallic plates, which contain internal hermetic water-cooled channels, additionally contains a frame in which the position of each plate is fixed by its one-sided jamming, while providing a free bias of the contacting surfaces of the plates relative to each other other, the electrical contact between the plates is ensured by elastic joints, and the water-cooled channels, which are sealed from above Ski closed welded steel plates are formed on the outer surface of the bimetallic plates from steel sheet.

На наружной поверхности биметаллических плит со стороны стального листа дополнительно выполнены компенсационные канавки.On the outer surface of the bimetallic plates from the side of the steel sheet, compensation grooves are additionally made.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид тигля, на фиг.2 - сечение водоохлаждаемой плиты, на фиг.3 - схема термического расширения стенок тигля.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the crucible, Fig.2 is a cross section of a water-cooled plate, Fig.3 is a diagram of the thermal expansion of the walls of the crucible.

Плавильный водоохлаждаемый тигель содержит раму 1, в которой установлены и закреплены днище 2, боковые стенки 3, передняя стенка 4 и задняя стенка 5. Днище и стенки выполнены из цельнокатаных биметаллических плит, состоящих из медной плиты 6 и стального листа 7. Плиты фиксируются в раме с одного конца посредством крепежного узла 8. На поверхности каждой плиты со стороны стального листа 7 выполнены водоохлаждаемые канавки 9, которые сверху закрыты стальными пластинами 10. Пластины прикреплены посредством сплошного вакуум-плотного сварного шва 11. На каждой плите имеется входное отверстие 12 и выходное отверстие 13 для подвода воды. Электрический контакт между плитами обеспечивается упругими токопроводящими соединениями 14. Для уменьшения до приемлемого уровня механических напряжений на границе соединения стали и меди, вызванных неравномерностью их термических расширений, выполнены компенсационные пазы 15.The water-cooled melting crucible contains a frame 1, in which a bottom 2, side walls 3, a front wall 4 and a rear wall 5 are installed and fixed. The bottom and walls are made of solid-rolled bimetallic plates consisting of a copper plate 6 and a steel sheet 7. The plates are fixed in the frame from one end by means of a fixing unit 8. On the surface of each plate from the side of the steel sheet 7, water-cooled grooves 9 are made, which are covered from above by steel plates 10. The plates are attached by a continuous vacuum-tight weld 11. Each plate has an inlet 12 and an outlet 13 for supplying water. The electrical contact between the plates is provided by elastic conductive joints 14. To reduce to an acceptable level of mechanical stresses at the interface of the steel and copper joints, caused by the unevenness of their thermal expansions, compensation grooves 15 are made.

Плавильный водоохлаждаемый тигель работает следующим образом. Перед плавкой в заднюю стенку 5 устанавливается стержень 16 (держатель электрода-гарнисажа) и закладная стенка 17. Стержень 16 выполнен из сплава, аналогичного сплаву плавки, а на дно тигля укладывается шихта. Над тиглем на электрододержателе печи закрепляется стержень 16 с приваренным к нему гарнисажем предыдущей плавки. После сплавления электрода-гарнисажа производиться слив металла путем наклона тигля через сливной носок 18 в изложницу (на чертеже не показана). Масса сливаемого металла составляет 7 тонн. После охлаждения печь разгерметизируют, из тигля извлекают образовавшийся гарнисаж-электрод с приваренным к нему стержнем 16. Выгружают изложницу со слитым металлом. Затем процесс повторяется.Melting water-cooled crucible works as follows. Before melting, a rod 16 (a skull-electrode holder) and a embedded wall 17 are installed in the rear wall 5. The rod 16 is made of an alloy similar to a melting alloy, and a charge is laid on the bottom of the crucible. Above the crucible, on the electrode holder of the furnace, a rod 16 is fixed with the skull of the previous melting welded to it. After fusion of the skull electrode, the metal is drained by tilting the crucible through the drain sock 18 into the mold (not shown in the drawing). The mass of the merged metal is 7 tons. After cooling, the furnace is depressurized, the resulting skull-electrode with a rod 16 welded to it is removed from the crucible. The mold with the fused metal is unloaded. Then the process is repeated.

За счет рациональной конструкции тигля термическое изменение размеров плит не вызывает механических нагрузок в местах их контакта. Схема термического расширения стенок в тигле приведена на фиг.3. Кроме того, компенсационные пазы 15 препятствуют возникновению значительных напряжений материала на границе медь-сталь.Due to the rational design of the crucible, the thermal change in the dimensions of the plates does not cause mechanical stresses at their contact points. Scheme of thermal expansion of the walls in the crucible is shown in Fig.3. In addition, the compensation grooves 15 prevent the occurrence of significant material stresses at the copper-steel interface.

Предложенная конструкция позволила сократить толщину медной плиты с 200 мм до 55 мм, а толщину стального листа с 10 мм до 5 мм. Соответственно сокращена масса тигля более чем в три раза, снизились затраты на изготовление тигля. Емкость тигля по сливаемому расплаву увеличилась более чем на 30%.The proposed design has reduced the thickness of the copper plate from 200 mm to 55 mm, and the thickness of the steel sheet from 10 mm to 5 mm. Accordingly, the crucible mass was reduced by more than three times, the cost of making the crucible decreased. Crucible melt capacity increased by more than 30%.

Claims (2)

1. Плавильный водоохлаждаемый тигель, состоящий из медно-стальных биметаллических плит с внутренними герметическими водоохлаждаемыми каналами, отличающийся тем, что он дополнительно содержит раму для фиксации положения каждой плиты с ее односторонним защемлением и обеспечением свободного смещения контактирующих поверхностей плит относительно друг друга, при этом плиты выполнены с возможностью обеспечения электрического контакта за счет упругих соединений, а водоохлаждаемые каналы выполнены на наружной поверхности каждой плиты со стороны стального листа и сверху герметично закрыты приваренными стальными пластинами.1. Melting water-cooled crucible, consisting of copper-steel bimetallic plates with internal hermetic water-cooled channels, characterized in that it further comprises a frame for fixing the position of each plate with its one-sided jamming and ensuring free displacement of the contacting surfaces of the plates relative to each other, while the plate made with the possibility of ensuring electrical contact due to elastic joints, and water-cooled channels are made on the outer surface of each plate with Torons steel sheet and top sealed by welded steel plates. 2. Плавильный водоохлаждаемый тигель по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности каждой плиты со стороны стального листа дополнительно выполнены компенсационные канавки. 2. Melting water-cooled crucible according to claim 1, characterized in that on the outer surface of each plate from the side of the steel sheet, compensation grooves are additionally made.
RU2007130721/02A 2007-08-10 2007-08-10 Melting crucible, water-cooled RU2358216C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130721/02A RU2358216C2 (en) 2007-08-10 2007-08-10 Melting crucible, water-cooled

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007130721/02A RU2358216C2 (en) 2007-08-10 2007-08-10 Melting crucible, water-cooled

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007130721A RU2007130721A (en) 2009-02-20
RU2358216C2 true RU2358216C2 (en) 2009-06-10

Family

ID=40531361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007130721/02A RU2358216C2 (en) 2007-08-10 2007-08-10 Melting crucible, water-cooled

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2358216C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160060726A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Council Of Scientific And Industrial Research Green process for the preparation of pure iron

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160060726A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Council Of Scientific And Industrial Research Green process for the preparation of pure iron
US9879331B2 (en) * 2014-08-29 2018-01-30 Council Of Scientific And Industrial Research Green process for the preparation of pure iron

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007130721A (en) 2009-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI412640B (en) High-throughput apparatus for manufacturing silicon ingots for polycrystalline silicon solar cell
RU2358216C2 (en) Melting crucible, water-cooled
US11448398B2 (en) Burner panel for a metallurgical furnace
US5299225A (en) Graphitization furnace
WO2006088037A1 (en) Silicon casting device and production method for silicon substrate
RU2451758C1 (en) Vacuum arc skull furnace
RU2360014C2 (en) Vacuum arc-refining skull furnace
US4204082A (en) DC Arc furnace having starting electrode
RU2283355C2 (en) Vacuum electric-arc lining-slag furnace
NO20220184A1 (en) Aluminium-producing electrolytic cell with heat-insulated side wall lining
JP7056963B2 (en) Manufacturing method of current collector aggregate
EP1201105B1 (en) Device to cool and protect a cathode in an electric arc furnace
RU2231725C2 (en) A cool smelting hearth
RU2413017C2 (en) Smelting furnace with cold sole
TWI841570B (en) Burner panel , metallurgical furnace including the same, and method for securing burner panel to metallurgical furnace
RU2746655C1 (en) Plasma furnace for corundum production
RU2166714C1 (en) Water-cooled melting crucible
KR102482851B1 (en) Vitrification cold crucible and installing method thereof
US11619450B2 (en) Stand alone copper burner panel for a metallurgical furnace
SU1236001A1 (en) Anode jacket of aluminium electrolyzer with upper current lead
RU2194934C1 (en) Melting water-cooled crucible
RU2226222C1 (en) Melting tool
RU2330391C2 (en) Electrode and method of electrode assembly in electric arc furnace
TW202113288A (en) Non-water cooled consumable electrode vacuum arc furnace for continuous process
RU2324126C2 (en) Ganged melting device