RU2441928C2 - Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава - Google Patents
Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441928C2 RU2441928C2 RU2010117860/02A RU2010117860A RU2441928C2 RU 2441928 C2 RU2441928 C2 RU 2441928C2 RU 2010117860/02 A RU2010117860/02 A RU 2010117860/02A RU 2010117860 A RU2010117860 A RU 2010117860A RU 2441928 C2 RU2441928 C2 RU 2441928C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- level
- metal
- gamma radiation
- mandrel
- mold
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при производстве котельных и паропроводных труб методом электрошлакового переплава. Устройство содержит подвижный наружный кристаллизатор, внутри которого соосно установлен перемещающийся вертикально внутренний кристаллизатор - дорн, переплавляемый электрод, источник гамма-излучения для определения уровня расплавленного металла, расположенный на границе раздела металл - шлак, блок детектирования для регистрации изменения потока гамма-излучения в зависимости от уровня расплавленного металла, установленный на том же уровне в центре полости дорна, и блок обработки информации, который выполнен с возможностью выработки команды на изменение скорости движения наружного кристаллизатора по сигналу, переданному с блока детектирования и пропорциональному разности изменения потока гамма-излучения. Изобретение позволяет повысить качество поверхности труб, а также структуру и уровень свойств металла. 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при производстве полых слитков методом электрошлакового переплава (ЭШП), в том числе котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра для применения их в трубопроводах тепловых электростанций, котельных установок и атомных энергетических установок.
Известна установка для электрошлаковой выплавки полых слитков, содержащая разъемный водоохлаждаемый кристаллизатор, секторы, в одном из которых выполнен паз, угловой и панельный ограничители (SU, А.с. №414865, МПК С21С 5/56, от 10.04.1972 г., опубл. 25.05.1080 г.).
Однако качество поверхности изготавливаемых полых слитков, в том числе и котельных труб на данной установке недостаточно высокое. Это связано с тем, что ограничители снабжены механизмом возвратно-поступательного перемещения, который при высоких температурах плавления может привести к его заклиниванию и, как следствие, к проникновению шлака между секторами, угловым ограничителем и кристаллизатором.
Известно устройство для выплавки полых слитков, содержащее неподвижный кристаллизатор, внутри которого установлен перемещающийся вертикально внутренний кристаллизатор (дорн), переплавляемый электрод, шлаковую ванну, фотоэлектрический датчик, закрепленный на дорне (SU, А.с. №371807, МПК С21С 5/56, от 11.12.1970 г., опубл. 15.06.1980 г.).
Однако в известном решении не предусмотрено изготовление котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра. Это связано с тем, что в данном устройстве имеется ряд существенных ограничений (начальная температура, давление и скорость воды в системе оборотного водоснабжения), влияние которых не позволяют в полной мере обеспечить стабильно-требуемую скорость перемещения кристаллизатора и дорна, что снижает качество поверхности выплавляемого полого слитка. В случае быстрого перемещения дорна вверх между ним и слитком ниже их точки касания возможно образование щели, что приводит к вытеканию из кристаллизатора расплавленного металла через данную щель, т.к. металл не успевает закристаллизоваться в точке касания и попадает на внешнюю поверхность изготавливаемой трубы и фотодатчик, размещенный на дорне непосредственно под шлаковой ванной, что выводит его из строя.
Задачей данного изобретения является повышение качества поверхности, а также структуры и уровня свойств металла котельных и паропроводных труб при производстве их методом электрошлакового переплава.
Для решения поставленной задачи в устройстве для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава, согласно изобретению, оно содержит подвижный наружный кристаллизатор, внутри которого соосно установлен перемещающийся вертикально внутренний кристаллизатор - дорн, переплавляемый электрод, источник гамма-излучения для определения уровня расплавленного металла, расположенный на границе раздела «металл - шлак», блок детектирования для регистрации изменения потока гамма-излучения в зависимости от уровня расплавленного металла, установленный на том же уровне в центре полости дорна, и блок обработки информации, который выполнен с возможностью выработки команды на изменение скорости движения наружного кристаллизатора по сигналу, переданному с блока детектирования и пропорциональному разности изменения потока гамма-излучения.
Снабжение устройства источником гамма-излучения и размещение его на боковой поверхности подвижного кристаллизатора, а также блоком детектирования, установленного в центре дорна, и расположение их на уровне плавления металла или на границе раздела «металл - шлак», обеспечивает точную регистрацию плотности потока гамма-лучей и передачу полученных данных на блок обработки информации, который, после анализа полученных данных, выдает команду на плавное изменение скорости подъема кристаллизатора относительно слитка по сигналу, пропорциональному разности изменения потока гамма-излучения от источника излучения, вызванного изменением уровня расплавленного металла, что обеспечивает повышение качества поверхности котельных и паропроводных труб, а также улучшает структуру и уровень свойств металла изготавливаемых труб.
Установленный на пульте управления установки ЭШП блок обработки информации, взаимосвязанный с блоком детектирования, выполнен с возможностью выработки команды на плавное изменение скорости движения наружного кристаллизатора и дорна в зависимости от уровня наплавленного металла по сигналу, переданному с детектора, и пропорциональному разности изменения потока гамма-излучения, что влияет на функционирование устройства и способствует улучшению структуры и свойств металла и качества поверхности изготавливаемых труб.
При изменении объема наплавленного металла происходит изменение потока гамма-излучения, обусловленное разностью удельного веса расплавленного флюса и расплавленного металла, что, в свою очередь, обеспечивает подачу сигнала на изменение скорости подъема кристаллизатора, что способствует обеспечению заданной скорости кристаллизации металла и соответственно улучшению структуры и уровня свойств металла изготавливаемых труб.
В случае увеличения уровня жидкометаллической ванны плотность потока гамма-лучей, попадающих на блок детектирования, уменьшается. Блок детектирования фиксирует уровень изменения плотности потока гамма-лучей и передает сигнал на блок обработки информации. Блок обработки информации, анализируя полученный сигнал, подает команду на плавное увеличение скорости подъема кристаллизатора, а при уменьшении уровня наплавленного металла - на уменьшение скорости подъема кристаллизатора, в результате чего обеспечивается требуемая скорость кристаллизации для улучшения структуры и качества металла, что способствует получению качественной поверхности изготавливаемых труб.
На чертеже представлено устройство для производства котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра.
Устройство содержит подвижный формирующий кристаллизатор 1, установленный на опорной подвижной плите 2. Внутри кристаллизатора 1 расположен подвижный формирующий внутренний кристаллизатор (дорн) 3. Сверху над кристаллизатором 1 расположена шлаковая надставка 4. Под плитой 2 расположен поддон 5. На боковой поверхности формирующего кристаллизатора 1 в отверстии установлен источник гамма-излучения 6, предназначенный для определения границы раздела «металл - шлак» или уровня расплавленного металла. Источник гамма-излучения 6 располагают на требуемом уровне жидкометаллической ванны 7, образованной между формирующим кристаллизатором 1 и дорном 3. Внутри дорна 3 выполнена полость 8, в центре которой расположен блок детектирования (детектор) 9, расположенный на одном уровне с источником гамма-излучения 6. Детектор 9 предназначен для регистрации изменения плотности потока гамма-излучений от источника гамма-излучения 6 в зависимости от уровня расплавленного металла. Между шлаковой надставкой 4 и дорном 3 размещена шлаковая ванна 10, в которую вводится переплавляемый расходуемый электрод 11. Между кристаллизатором 1 и дорном 3 формируется полая литая заготовка (слиток) 12, образованная после кристаллизации расплавленного металла. В качестве источника гамма-излучения 6 используют изотопный излучатель ОСГИ Na22, то есть экологически безопасный источник излучения натрий-22. Возможно использование различных источников гамма-излучений, например естественного фона, химических соединений калия, содержащих естественную концентрацию изотопа калия-40. В данном устройстве изотопный излучатель 6 используют в качестве датчика уровня металла, который реагирует на изменение положения границы раздела «шлак - металл» относительно полки формирующего кристаллизатора 1. Устройство снабжено системой охлаждения 13. Блок детектирования 9 соединен проводной связью с блоком обработки информации 14, который расположен на пульте управления установкой ЭШП и служит для анализа плотности гамма-потока и в зависимости от его изменения - подачи команды на изменение скорости движения наружного кристаллизатора 1 и дорна 3 в зависимости от текущего уровня наплавленного металла.
Устройство работает следующим образом.
Подвижный формирующий кристаллизатор 1 устанавливают на опорную подвижную плиту 2. Внутри кристаллизатора 1, соосно с ним, располагают дорн, являющийся подвижным внутренним формирующим кристаллизатором 3. Сверху над кристаллизатором 1 устанавливают шлаковую надставку 4. Под подвижной плитой 2 размещают поддон 5. На боковой поверхности формирующего кристаллизатора 1 высверливают отверстие и устанавливают источник гамма-излучения 6. Источник гамма-излучения 6 располагают на уровне жидкометаллической ванны 7, образованной между формирующим кристаллизатором 1 и дорном 3. Источник гамма-излучения 6 служит для определения границы раздела «металл - шлак» или уровня расплавленного металла, то есть обеспечивает постоянную (в процессе изготовления литой заготовки) обработку жидкометаллической ванны гамма-лучами, которые, проходя сквозь расплавленный металл (шлак), регистрируются блоком детектирования 9. За счет разницы в плотности среды жидкого металла и жидкого шлака соответственно изменяется плотность потока гамма-лучей, что позволяет гарантированно точно определить уровень расплавленного металла, находящегося между наружным кристаллизатором 1 и дорном 3. В качестве источника гамма-излучения 6 используют изотопный излучатель ОСГИ Na22, который используют в качестве датчика уровня металла. Он реагирует на изменение положения границы раздела «шлак - металл» относительно полки формирующего кристаллизатора 1. Внутри дорна 3 выполняют полость 8, в центре которой устанавливают блок детектирования (детектор) 9, предназначенный для регистрации изменения плотности потока гамма-излучения от изотопного излучателя 6 в зависимости от уровня расплавленного металла и передачи полученной информации об изменении плотности гамма-лучей на блок обработки информации 14. Между шлаковой надставкой 4 и дорном 3 в процессе плавки формируется шлаковая ванна 10, в которую вводят переплавляемый расходуемый электрод 11. Устройство снабжают водоохлаждаемой системой и подключают к системе охлаждения 13. Перед проведением работ производят настройку изотопного излучателя 6 и детектора 9 и четкость реагирования их на изменение положения границы раздела «металл - шлак» относительно полки кристаллизатора 1. При верхнем положении уровня металла (не более 25 мм от полки кристаллизатора 1) металл перекрывает поток гамма-излучений, и блок детектирования 9, регистрируя уменьшение потока излучения, передает информацию на блок обработки информации 14, который подает команду на увеличение скорости подъема кристаллизатора 1 и дорна 3, а при нижнем положении уровня металла (не более 45 мм от полки) выдает сигнал на снижение скорости кристаллизатора 1 и дорна 3. После настройки устройства расходуемый электрод 11, закрепленный в электрододержателе устройства (не показан) вводят в полость, образованную шлаковой надставкой 4 и дорном 3, до положения, при котором расстояние от его торца до полки кристаллизатора 1 будет соответствовать величине, заданной технологическим процессом. Подготовленный на другом технологическом оборудовании расплавленный флюс заливают в полость, образованную формирующим наружным кристаллизатором 1, дорном 3, поддоном 5 и шлаковой надставкой 4, и подают электроэнергию на электрод 11. При проявлении признаков начала плавления расходуемого электрода 11 (резком замедлении роста тока и/или тенденции к его падению при требуемом уровне напряжения U0) начинают перемещение плиты 2 вверх, с установленными на ней формирующим наружным кристаллизатором 1, дорном 3 и шлаковой надставкой 4. Перемещение начинают на нижнем значении скорости. Сформированная литая заготовка 12 образуется между кристаллизатором 1 и дорном 3 после кристаллизации расплавленного металла. По ходу плавки происходит постепенное поднятие кристаллизатора 1 и дорна 3 в зависимости от процесса плавки. Уровень плавления среды во время переплава контролируется, и все изменения его регистрирует детектор 9 посредством изменения потока гамма-лучей. Реагируя на разность изменения потока гамма-излучения, вызванного разницей удельного веса расплавленного флюса и расплавленного металла, детектор 9 передает его в блок обработки информации 14, который выдает команду на изменение скорости движения кристаллизатора 1 и дорна 3 в зависимости от уровня наплавленного металла. В случае увеличения объема наплавленного металла подает сигнал на увеличение скорости подъема кристаллизатора 1 и дорна 3, а при уменьшении объема наплавленного металла подает сигнал на уменьшение скорости подъема кристаллизатора 1 и дорна 3.
Таким образом, используя подвижный кристаллизатор 1 с датчиком уровня «металл - шлак», в качестве которого используется изотопный излучатель 6, детектор 9, установленный на одном уровне с излучателем 6, и блок обработки информации 14, обеспечивается оптимальное соотношение скорости движения кристаллизаторов 1 и 3 и скорости кристаллизации переплавляемого металла. После выплавки полые заготовки 12 подвергают термообработке и механически обрабатывают в готовое изделие - трубу.
Предлагаемое устройство опробовано в промышленных условиях при изготовлении труб ⌀530×40 мм, ⌀530×95 мм из сталей марок 20-Ш, 15ГС-Ш, 16ГС-Ш, 15Х1М1Ф-Ш, а также ⌀630×28 мм и ⌀920×32 мм из стали марки 15Х1М1Ф-Ш. После выплавки трубы подвергались термообработке по режиму гомогенизирующего отжига при Т=1080-1100°С, нормализации при Т=970-1010°С и высокому отпуску при Т=730-760°С и последующей механической обработке.
Результаты испытаний механических свойств труб представлены в таблице 1.
Из таблицы видно, что высокие характеристики свойств, относящиеся к задаче изобретения, получены на трубах всех марок сталей. В сравнении с деформируемыми трубами предлагаемое устройство позволяет получить повышенные прочностные характеристики, а пластические характеристики увеличиваются в три раза. Указанный уровень свойств обеспечен при применении более дешевого устройства при изготовлении труб.
| Таблица 1 | ||||||
| Вид производства труб | Gв, МПа | Gт, МПа | δ, % | Ψ, % | KCU (+20° С), Дж/см2 | KCV (+200° С), Дж/см2 |
| Деформированные трубы | ||||||
| Сталь 20 | 410 | 215 | 23,0 | 45,0 | 49 | - |
| Сталь 15ГС | 500 | 300 | 18,0 | 45,0 | 61 | - |
| Сталь 16ГС | 510 | 280 | 19,0 | 48,0 | 68 | 54 |
| Сталь 15Х1М1Ф | 580 | 335 | 20,0 | 50,0 | 60 | - |
| Трубы, изготовленные предлагаемым устройством | ||||||
| Сталь 20-Ш Продольно |
440 | 235 | 31,0 | 55,0 | 167 | - |
| Сталь 20-Ш Тангенциально |
435 | 230 | 32,0 | 56,0 | 187 | - |
| Сталь 15ГС-Ш Продольно |
540 | 350 | 32,0 | 69,0 | 187 | - |
| Сталь 15ГС-Ш Тангенциально | 530 | 345 | 34,0 | 70,0 | 192 | - |
| Сталь 16ГС-Ш Продольно |
540 | 335 | 30,0 | 55,0 | - | 125 |
| Сталь 16ГС-Ш Тангенциально | 520 | 320 | 32,0 | 56,0 | - | 160 |
| Сталь 15Х1М1Ф-Ш Продольно | 630 | 460 | 27,0 | 68,0 | 185 | - |
| Сталь 15Х1М1Ф-Ш Тангенциально | 620 | 455 | 28,0 | 67,0 | 160 | - |
Таким образом, в связи с тем, что качество металла при электрошлаковом переплаве высокое, то данное устройство обеспечивает получение труб, характеризующихся повышенной чистотой металла, однородностью химического состава, высокими прочностными и пластическими характеристиками, по сравнению с деформированными трубами. За счет направленной кристаллизации металла при электрошлаковом переплаве металл труб изотропен в продольном и тангенциальном направлении.
Предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс ЭШП при выплавке полых слитков, в том числе котельных и паропроводных труб, с использованием подвижного кристаллизатора с длиной, ограниченной только длиной рабочей колонны печи ЭШП, а также повысить качество металла и его однородность по высоте слитка, снизить себестоимость труб в сравнении с деформированными.
Claims (1)
- Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава, характеризующееся тем, что оно содержит подвижный наружный кристаллизатор, внутри которого соосно установлен перемещающийся вертикально внутренний кристаллизатор - дорн, переплавляемый электрод, источник гамма-излучения для определения уровня расплавленного металла, расположенный на границе раздела металл - шлак, блок детектирования для регистрации изменения потока гамма-излучения в зависимости от уровня расплавленного металла, установленный на том же уровне в центре полости дорна, и блок обработки информации, который выполнен с возможностью выработки команды на изменение скорости движения наружного кристаллизатора по сигналу, переданному с блока детектирования и пропорциональному разности изменения потока гамма-излучения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010117860/02A RU2441928C2 (ru) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010117860/02A RU2441928C2 (ru) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010117860A RU2010117860A (ru) | 2011-11-20 |
| RU2441928C2 true RU2441928C2 (ru) | 2012-02-10 |
Family
ID=45316257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010117860/02A RU2441928C2 (ru) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2441928C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108284213B (zh) * | 2018-01-26 | 2024-01-26 | 江苏星火特钢集团有限公司 | 一种在线动态监测防止抽锭式空心电渣重熔内结晶器抱死装置及其调整方法 |
-
2010
- 2010-05-06 RU RU2010117860/02A patent/RU2441928C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МЕДОВАР Б.И. и др. Электрошлаковые печи./ Под ред. Б.Е.Патона. - Киев, Наукова Думка, 1976, с.283, рис.304, с.284, рис.306. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010117860A (ru) | 2011-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2473051C2 (ru) | Устройство и способ измерения уровня расплавленного жидкого металла | |
| CN102661966B (zh) | 金属凝固过程线收缩率及热应力测量方法及装置 | |
| EP2924442B1 (en) | Device and method for continuously measuring flow rate near liquid steel surface | |
| CN103837701A (zh) | 钢液表面附近流速的测量装置和方法 | |
| RU2441928C2 (ru) | Устройство для изготовления котельных и паропроводных труб среднего и большого диаметра методом электрошлакового переплава | |
| CN101788291B (zh) | 一种连铸结晶器对中测量装置 | |
| CN104195285A (zh) | 一种高效炼钢转炉系统 | |
| CN105057608B (zh) | 一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置和方法 | |
| JP2008145141A (ja) | 高炉の炉内状況推定方法 | |
| CN102430750B (zh) | 镁合金在线成分检测与凝固组织控制的方法及装置 | |
| CN107824756A (zh) | 一种基于连续测温的板坯连铸机中间包余钢控制方法 | |
| JP4618555B2 (ja) | 連続鋳造における湯面制御方法及び湯面制御装置 | |
| US4433242A (en) | ESR Hollows molten metal/slag interface detection | |
| CN212371130U (zh) | 真空精密铸造炉、真空精密铸造炉的测温装置 | |
| CN105057607A (zh) | 用于中间包渣子的快速检测机构 | |
| CN204934535U (zh) | 用于中间包渣子的快速检测机构 | |
| CN219244750U (zh) | 一种耐高温冶金熔池液位检测装置 | |
| JP2009106959A (ja) | 連続鋳造における湯面制御方法及び湯面制御装置 | |
| CN202305016U (zh) | 真空感应炉精确测温辅助结构 | |
| KR101183836B1 (ko) | 고과열도 용융금속용 프로브 | |
| CN106111932A (zh) | 一种钢水称重机构 | |
| CN220912408U (zh) | 用于熔融金属的浸没式液位测量系统 | |
| CN202547519U (zh) | 一种新型简易测量钢包顶渣的装置 | |
| CN112692245B (zh) | 真空精密铸造炉测温装置 | |
| RU2532537C1 (ru) | Способ электрошлаковой выплавки стали с получением полого слитка |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140812 |