RU2358216C2 - Melting crucible, water-cooled - Google Patents
Melting crucible, water-cooled Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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)
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)
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 |
-
2007
- 2007-08-10 RU RU2007130721/02A patent/RU2358216C2/en active
Cited By (2)
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 |