RU2451758C1 - Вакуумная дуговая гарнисажная печь - Google Patents
Вакуумная дуговая гарнисажная печь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451758C1 RU2451758C1 RU2010145629/02A RU2010145629A RU2451758C1 RU 2451758 C1 RU2451758 C1 RU 2451758C1 RU 2010145629/02 A RU2010145629/02 A RU 2010145629/02A RU 2010145629 A RU2010145629 A RU 2010145629A RU 2451758 C1 RU2451758 C1 RU 2451758C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ingot
- mold
- crystalliser
- furnace
- skull
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей для выплавки слитков из высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых. Вакуумная дуговая гарнисажная печь содержит вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, водоохлаждаемый тигель и разборный кристаллизатор, состоящий из втулки и поддона. Боковая поверхность втулки кристаллизатора выполнена в виде разъемных секторов для образования наружной боковой поверхности слитка, смыкающихся при сливе расплава в кристаллизатор и разжимающихся в вертикальной плоскости после формирования слитка под действием собственных механических приводов, при этом в водоохлаждаемой камере выполнены полости для размещения разжатых секторов кристаллизатора. Печь оснащена бесконтактными датчиками, измеряющими температуру боковой поверхности отливаемого слитка. Изобретение позволяет уменьшить длительность охлаждения отливаемого слитка, повысить ресурс кристаллизатора и снизить стоимость литейного оборудования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей для выплавки слитков из высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.
Обычно при выплавке слитков из высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, в вакуумных дуговых гарнисажных печах расходуемым электродом служит гарнисаж, извлеченный из тигля после предыдущей плавки. В процессе плавки в тигле накапливается необходимый объем жидкого расплава, после чего тигель наклоняется, сливая часть жидкого расплава в неохлаждаемый кристаллизатор, подвешенный на опорах и расположенный в вакуумном объеме плавильной камеры. Кристаллизатор представляет собой толстостенную стальную трубу, с пристыкованным снизу отъемным поддоном. После кристаллизации жидкого расплава в кристаллизаторе и тигле, а затем после остывания горячего металла вакуумная камера печи раскрывается для выгрузки гарнисажа и слитка.
В целях предотвращения интенсивного насыщения поверхностей слитка и гарнисажа кислородом и азотом, содержащимися в атмосфере, температура поверхности слитка и гарнисажа при разгерметизации печи не должна превышать 400°С. Данное условие обеспечивается путем отвода тепла сначала от расплава, а затем от разогретого слитка к массивным стенкам кристаллизатора. Для обеспечения при выгрузке печи допускаемой температуры поверхности слитка 400°С при массе слитка 4 тонн, масса стального кристаллизатора должна составлять около 28 тонн, т.е. соотношение массы слитого металла к массе кристаллизатора составляет 1:7. Необходимость увеличения толщины стенок кристаллизатора приводит к его значительному удорожанию, а, кроме того, приводит к ограничению его ресурса по количеству сливов. Температурный градиент, возникающий при контакте с расплавом в момент каждого слива, вызывает накопление пластических деформаций на внутренней поверхности кристаллизатора и приводит к возникновению трещин, что снижает ресурс кристаллизатора.
Слив необходимой массы расплава из тигля в кристаллизатор происходит в течение 40÷60 с. С самого начала момента слива при контакте со стенками кристаллизатора расплав кристаллизуется, образуя наружную поверхность слитка, т.н. «корочку», толщина которой со временем (примерно за 100 с после окончания слива) увеличивается до толщины, способной удерживать жидкий расплав в сердцевине слитка.
По причине различной плотности расплавленного металла и металла после кристаллизации слиток после кристаллизации дает «усадку» и отходит от вертикальных поверхностей кристаллизатора, прекращая теплоотдачу к стенкам путем теплопроводности. По экспериментальным данным, полученным в ходе эксплуатации гарнисажных печей, слиток из титанового сплава диаметром 690÷750 мм отходит от стенок кристаллизатора на 5÷8 мм в радиальном направлении. При этом температура стенки кристаллизатора начинает увеличиваться, уменьшая тепловой поток от слитка, который по закону Стефана-Больцмана и зависит от разности температур излучающей и поглощающей поверхностей в четвертой степени. Таким образом, процесс охлаждения слитка в печи происходит, главным образом, путем лучистого теплообмена с внутренними стенками кристаллизатора. Верхний торец слитка охлаждается путем лучистого теплообмена с элементами печи, а нижний торец слитка, опирающийся на поддон, передает тепло путем теплопроводности. При этом массивные стенки кристаллизатора на этапе охлаждения, когда слиток уже сформировался, т.е. начиная со второй минуты после завершения слива, являются элементом, создающим тепловое сопротивление для отвода тепла от слитка.
Так, например, по имеющимся данным работы вакуумной дуговой гарнисажной печи ДТВГ-4ПФ в технологическом процессе получения слитка время охлаждения слитка внутри печи составляет до 9 часов. При этом указанное время охлаждения регламентируется именно временем остывания до допускаемой температуры слитка, т.к. гарнисаж, размещенный в водоохлаждаемом тигле и имеющий меньшую толщину по сравнению со слитком и большую суммарную поверхность излучения в направлении, не ограниченном стенками тигля, остывает значительно быстрее. По имеющимся экспериментальным данным время охлаждения гарнисажа составляет около 5 часов. Таким образом, длительность охлаждения полученного слитка является фактором, существенно ограничивающим производительность печи.
Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с закладным стержнем и закладной задней стенкой с контрольными термопарами, выполненной из того же металла, что и переплавляемый металл (патент РФ №2194780, 2002 г.).
Недостатками известной печи являются значительная масса кристаллизатора, низкая производительность печи из-за длительного охлаждения отлитого слитка в неохлаждаемый кристаллизатор.
Известна конструкция вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж и разборный кристаллизатор, состоящий из боковой цилиндрической втулки, поддона и подвески (патент РФ №2283355, 2006 г.) - прототип. В известной печи боковая поверхность кристаллизатора выполнена из двух разъемных плит с внутренними герметическими водоохлаждаемыми каналами, которые последовательно соединены между собой и посредством трубопровода и арматуры подключены к системе водооборота, при этом на верхний торец кристаллизатора установлена воронка с закрепленными на ней стержнями, выполненными из материала, аналогичного выплавляемому сплаву, причем концы стержней выполнены с проточками и расположены ниже верхнего торца формируемого слитка.
Недостатками прототипа являются сложность и трудоемкость изготовления водоохлаждаемого кристаллизатора, трудности при монтаже и эксплуатации системы охлаждения кристаллизатора, размещенной в вакуумном объеме печи, кроме того, скорость охлаждения слитка в данной печи недостаточна, т.к. слиток охлаждается медленнее гарнисажа на 20÷30% из-за малой площади поверхности теплообмена, ограниченной внутренней поверхностью кристаллизатора.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности использования плавильного оборудования за счет снижения затрат на его изготовление и эксплуатацию, а также за счет повышения его производительности.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении изобретения, являются уменьшение длительности охлаждения отливаемого слитка, повышение ресурса кристаллизатора и снижение стоимости литейного оборудования.
Указанный технический результат достигается тем, что в вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, водоохлаждаемый тигель и разборный кристаллизатор, состоящий из втулки и поддона, согласно изобретению боковая поверхность кристаллизатора выполнена в виде разъемных секторов, образующих наружную боковую поверхность слитка, смыкающихся при сливе расплава в кристаллизатор и разжимающихся в вертикальной плоскости после формирования слитка под действием собственных механических приводов, при этом в водоохлаждаемой камере выполнены полости для размещения разжатых секторов кристаллизатора. Вакуумная дуговая печь оснащена бесконтактными датчиками, измеряющими температуру боковой поверхности отливаемого слитка.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид печи. На фиг.2 приведен вид по А-А на стадии слива расплава в кристаллизатор. На фиг.3 показан вид по А-А на стадии охлаждения сформировавшегося слитка.
Вакуумная дуговая печь состоит из вакуумной водоохлаждаемой камеры 1, электрододержателя 2, водоохлаждаемого тигля 3, электрода-гарнисажа 4, размещенных в водоохлаждаемой камере кристаллизатора 5 и поддона 6. Кристаллизатор состоит из разъемных секторов 7, имеющих поверхность разъема в вертикальной плоскости и перемещаемых в горизонтальном направлении приводными механизмами 8. Для размещения разжатых секторов кристаллизатора в водоохлаждаемой камере выполнены полости 9.
Работа печи осуществляется следующим образом.
К моменту начала слива расплава из тигля в кристаллизатор разъемные сектора кристаллизатора сомкнуты между собой и с поддоном и образуют замкнутый объем для формирования слитка. Поверхности разъема имеют минимальные зазоры для предотвращения пролива расплава. Для предотвращения пролива расплава по поверхностям разъема целесообразно устанавливать лабиринтные уплотнения или вкладыши из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, обеспечивающие мгновенное застывание расплава в имеющемся зазоре.
При накоплении в тигле необходимого объема жидкого расплава осуществляется наклон тигля и слив расплава в кристаллизатор. Охлаждение расплава в кристаллизаторе для образования твердой корочки, способной удерживать геометрическую форму слитка, происходит емкостным способом за счет теплоемкости материала разъемных частей. После образования слитка, который гарантированно дал усадку по периметру кристаллизатора, и наступления режима теплоотдачи от слитка путем излучения, разъемные сектора кристаллизатора при помощи механического привода, например, гидроцилиндров, раздвигаются к стенкам водоохлаждаемой камеры и отводятся в специальные полости для размещения секторов. Теплоотдача от слитка путем излучения к стенкам водоохлаждаемой камеры интенсифицируется за счет увеличения площади поверхности, принимающей излучение остывающего слитка, а также разности температур поверхности слитка и стенки водоохлаждаемой камеры. Для оценки критерия достаточности охлаждения слитка печь оснащена бесконтактными датчиками, контролирующими температуру боковой поверхности слитка. После достижения необходимой температуры производится разгерметизация печи и выгрузка охлажденного слитка.
Данная конструкция печи позволяет существенно уменьшить толщину стенок кристаллизатора и достигнуть соотношения массы слитка и массы кристаллизатора 1:2.
Использование предлагаемой вакуумной дуговой гарнисажной печи повышает производительность процесса изготовления слитка, интенсифицирует скорость охлаждения слитка до одновременного остывания с гарнисажем, уменьшает массу конструктивных элементов печи и затраты на их изготовление.
Claims (2)
1. Вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, водоохлаждаемый тигель и разборный кристаллизатор, состоящий из втулки и поддона, отличающаяся тем, что боковая поверхность втулки кристаллизатора выполнена в виде разъемных секторов для образования наружной боковой поверхности слитка, смыкающихся при сливе расплава в кристаллизатор и разжимающихся в вертикальной плоскости после формирования слитка под действием собственных механических приводов, при этом в водоохлаждаемой камере выполнены полости для размещения разжатых секторов кристаллизатора.
2. Вакуумная дуговая гарнисажная печь по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена бесконтактными датчиками, измеряющими температуру боковой поверхности отливаемого слитка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145629/02A RU2451758C1 (ru) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145629/02A RU2451758C1 (ru) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2451758C1 true RU2451758C1 (ru) | 2012-05-27 |
Family
ID=46231677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010145629/02A RU2451758C1 (ru) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451758C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102874555A (zh) * | 2012-10-15 | 2013-01-16 | 西安电炉研究所有限公司 | 电极直立装置 |
CN107606944A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-01-19 | 沈阳真空技术研究所 | 凝壳炉双室u型炉体系统 |
CN113322383A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-31 | 云南昆钢重型装备制造集团有限公司 | 一种用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室 |
CN113337728A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-03 | 云南昆钢重型装备制造集团有限公司 | 一种熔液在熔池整体合金化的真空电极自耗凝壳炉 |
CN114833326A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种磁控电弧制备共晶高温合金定向凝固的设备和方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3141312A1 (de) * | 1981-10-17 | 1983-07-07 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vakuumlichtbogen-schmelz- und -giessofen mit vakuumkammer und kipptiegel |
RU2283355C2 (ru) * | 2004-08-12 | 2006-09-10 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
-
2010
- 2010-11-09 RU RU2010145629/02A patent/RU2451758C1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3141312A1 (de) * | 1981-10-17 | 1983-07-07 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vakuumlichtbogen-schmelz- und -giessofen mit vakuumkammer und kipptiegel |
RU2283355C2 (ru) * | 2004-08-12 | 2006-09-10 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102874555A (zh) * | 2012-10-15 | 2013-01-16 | 西安电炉研究所有限公司 | 电极直立装置 |
CN107606944A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-01-19 | 沈阳真空技术研究所 | 凝壳炉双室u型炉体系统 |
CN107606944B (zh) * | 2017-10-23 | 2020-02-21 | 沈阳真空技术研究所有限公司 | 凝壳炉双室u型炉体系统 |
CN113322383A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-31 | 云南昆钢重型装备制造集团有限公司 | 一种用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室 |
CN113337728A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-03 | 云南昆钢重型装备制造集团有限公司 | 一种熔液在熔池整体合金化的真空电极自耗凝壳炉 |
CN114833326A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种磁控电弧制备共晶高温合金定向凝固的设备和方法 |
CN114833326B (zh) * | 2022-05-25 | 2023-12-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种磁控电弧制备共晶高温合金定向凝固的设备和方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2497629C2 (ru) | Способ и устройство для полунепрерывной отливки полых металлических заготовок и получаемые с их помощью продукты | |
JP5039696B2 (ja) | 溶融物質を精錬するための方法及び装置 | |
RU2451758C1 (ru) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь | |
EA029080B1 (ru) | Плавильная печь для производства металла | |
KR102184571B1 (ko) | 방향성 고체화 시스템 및 방향성 고체화 방법 | |
RU2492026C1 (ru) | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой | |
AU761480B2 (en) | Method and device for purifying aluminium by segregation | |
EP0968065A1 (en) | Method and apparatus for producing directionally solidified castings | |
RU2744601C2 (ru) | Печь с охлаждением для направленного затвердевания и способ охлаждения с применением такой печи | |
EP2835191B1 (en) | Mold for continuous casting of titanium or titanium alloy ingot, and continuous casting device provided with same | |
JP5397582B2 (ja) | インゴット鋳造用鋳型およびインゴット鋳造方法 | |
RU2545979C1 (ru) | Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией | |
RU2283355C2 (ru) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь | |
US4160796A (en) | Melting furnace constructions | |
JPS62130755A (ja) | 電子ビ−ム溶解法による連続鋳造法 | |
RU2496890C1 (ru) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь | |
RU2319752C2 (ru) | Способ индукционной плавки литья металлов и устройство для его осуществления | |
JP2005016812A (ja) | 溶融メタルの処理装置 | |
CN102069176B (zh) | 一种液态金属冷却定向凝固工艺 | |
SU1085253A1 (ru) | Кристаллизатор дл выплавки слитков с относительным перемещением кристаллизатора | |
RU2754215C1 (ru) | Устройство для получения крупногабаритных отливок с направленной и монокристаллической структурой | |
RU2319578C1 (ru) | Способ получения малогабаритных отливок из высокоактивных металлов и сплавов и установка для его осуществления | |
US20180036797A1 (en) | Furnace for the production of components made of superalloy by means of the process of investment casting | |
CN109261913B (zh) | 一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的方法 | |
US9193105B1 (en) | Casting fine grained, fully dense, strong inorganic materials |