RU2709307C1 - Crystallizer for electroslag remelting - Google Patents
Crystallizer for electroslag remelting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709307C1 RU2709307C1 RU2019106296A RU2019106296A RU2709307C1 RU 2709307 C1 RU2709307 C1 RU 2709307C1 RU 2019106296 A RU2019106296 A RU 2019106296A RU 2019106296 A RU2019106296 A RU 2019106296A RU 2709307 C1 RU2709307 C1 RU 2709307C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- sections
- water
- platform
- section
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/18—Electroslag remelting
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к спецэлектрометаллургии, а именно к кристаллизаторам и оборудованию для электрошлакового переплава и выплавки слитков.The present invention relates to special electrometallurgy, in particular to crystallizers and equipment for electroslag remelting and smelting of ingots.
Известен Т-образный блочный кристаллизатор (RU 69867 U1, опубликовано 10.01.2008), состоящий из формирующий части и шлаковой части, при этом шлаковая часть, как наиболее термически-нагруженный элемент, выполнен с возможностью взаимной замены секций между собой в его составе, что позволяет продлить срок службы указанного изделия. Недостатком данной конструкции является выполнение формирующей части без возможности взаимной смены её элементов в составе кристаллизатора, при этом известно, что верхняя часть формирующего участка также как и шлаковая часть, постоянно во время плавки контактирует с расплавом шлака в схеме электрошлакового переплава с вытягиванием слитка, при этом, выходу из строя формирующей части или её элементов также способствует эрозия медной стенки части из-за электрических пробоев или контакта материала формирующей части с выплавляемым слитком, что приводит к необходимости замены всего формирующего участка или его части. Отдельные секции, в предлагаемой в качестве прототипа конструкции кристаллизатора, стягиваются между собой при помощи верней и нижней плиты и шпилек, но не предусматривают унификации элементов для сборки для различных диаметров кристаллизаторов.Known T-shaped block mold (RU 69867 U1, published January 10, 2008), consisting of a forming part and a slag part, while the slag part, as the most thermally-loaded element, is made with the possibility of mutual replacement of sections among themselves in its composition, which allows you to extend the life of the specified product. The disadvantage of this design is the implementation of the forming part without the possibility of mutual exchange of its elements in the mold, while it is known that the upper part of the forming section, as well as the slag part, is constantly in contact with the slag melt in the electroslag remelting circuit with the ingot being drawn during melting, while erosion of the copper wall of the part due to electrical breakdowns or contact of the material of the forming part with the smelted ingot also contributes to the failure of the forming part or its elements m, which leads to the need to replace the entire forming section or part thereof. Separate sections, in the design of the mold proposed as a prototype, are pulled together with the help of the upper and lower plates and studs, but do not provide for the unification of assembly elements for different diameters of the molds.
Также известен кристаллизатор (RU 9843 U1, опубл. 16.05.1999) состоящий из водоохлаждаемых секций разного диаметра, включающий в себя расширенную и формирующую части, в котором секции соединены горизонтальной плитой, которая является переходной секцией между широкой и узкой частью кристаллизатора. В таком кристаллизаторе отдельные секции шлаковой части и формирующей части взаимозаменяемы между собой и максимально унифицированы, сборка секций между собой также осуществляется шпильками. Недостатком конструкции этого прототипа, по мнению авторов, является соединение широкой и узкой части кристаллизатора горизонтальной промежуточной плитой, что затрудняет сборку кристаллизатора из отдельных секций более сложной комплектации, к примеру, для получения слитков переменного сечения при выплавке в глухой кристаллизатор. Еще одним недостатком такого решения, в отличие от описанной выше конструкции и предлагаемого решения, является отсутствие опоры под формирующей узкой частью подвижного кристаллизатора. При взаимном перемещении слитка и кристаллизатора, в процессе электрошлакового переплава с вытягиванием слитка, на стяжные элементы, удерживающие секции формирующего участка, которые размещены непосредственно в теле секций, неизбежно действует тормозящая механическая нагрузка, при этом стяжные элементы расположены в непосредственной близости к шлаковому и металлическому расплаву - в мощном электромагнитном поле, что способствует их нагреву и тепловому расширению. Совокупность этих факторов может привести к удлинению стяжных шпилек кристаллизатора и смещению водоохлаждаемых секций друг относительного друга в процессе работы установки электрошлакового переплава. Водоохлаждение в секциях такого кристаллизатора выполнено в виде замкнутого ломанного в горизонтальной плоскости канала выполненного методом сверловки глухих отверстий в медной плите секции. Недостатком такого технического решения является неравномерное распределение температуры по диаметру кристаллизатора из-за разнотолщинности стенки кокиля - расстояние до канала водоохлаждения от расплава шлака имеет переменный характер из-за прямолинейности сверловки, что приводит к повышенным удельным расходам воды на охлаждение, при этом наличие каналов водоохлаждения, близко расположенных к расплаву шлака и металла внутри кристаллизатора, снижает общую жесткость конструкции и стойкость секции. Also known is a mold (RU 9843 U1, publ. May 16, 1999) consisting of water-cooled sections of different diameters, including expanded and forming parts, in which the sections are connected by a horizontal plate, which is a transition section between the wide and narrow parts of the mold. In such a mold, individual sections of the slag part and the forming part are interchangeable and maximally unified, and the sections are assembled together using studs. The disadvantage of the design of this prototype, according to the authors, is the connection of the wide and narrow parts of the mold with a horizontal intermediate plate, which makes it difficult to assemble the mold from separate sections of more complex configuration, for example, to obtain ingots of variable cross-section when melted into a blank mold. Another disadvantage of this solution, in contrast to the design described above and the proposed solution, is the lack of support under the forming narrow part of the movable mold. When the ingot and the mold move relative to each other during electroslag remelting with the ingot being pulled, the bracing elements holding sections of the forming section, which are located directly in the sections, are inevitably affected by a braking mechanical load, while the bracing elements are located in close proximity to the slag and metal melt - in a powerful electromagnetic field, which contributes to their heating and thermal expansion. The combination of these factors can lead to lengthening of the tie rods of the mold and the displacement of the water-cooled sections relative to each other during the operation of the electroslag remelting unit. Water cooling in sections of such a crystallizer is made in the form of a closed channel broken in the horizontal plane made by drilling blind holes in a section copper plate. The disadvantage of this technical solution is the uneven distribution of temperature along the diameter of the mold due to the thickness of the chill wall - the distance to the water cooling channel from the slag melt is variable due to the straightness of the drill, which leads to increased specific water consumption for cooling, while the presence of water cooling channels, close to the melt of slag and metal inside the mold, reduces the overall rigidity and durability of the section.
Как альтернативный вариант выполнения системы водоохлаждения - из существующего уровня техники известны кристаллизаторы, состоящие из медного кокиля, который снаружи охвачены рубашкой водоохлаждения (стальным кожухом). В зазоре между кокилем и кожухом протекает вода. Герметичность водяной полости достигается применением уплотнений в нижней и в верхней части кристаллизатора, либо отдельной секции в его составе, также получило распространение сварное соединение рубашки и кокиля. Недостатком таких конструкций является то, что во время электрошлакового переплава часто сгорают применяемые уплотнения, начинает течь вода, что приводит к остановке переплава, а применение жесткого сварного соединения кокиля и кожуха, вместо уплотнений, приводит к разрушению сварных швов вследствие теплового удлинения кристаллизатора, либо отдельной секции.As an alternative embodiment of the water cooling system, crystallizers consisting of a copper chill mold which are externally covered by a water cooling jacket (steel casing) are known from the prior art. In the gap between the chill mold and the casing, water flows. The tightness of the water cavity is achieved by the use of seals in the lower and upper parts of the mold, or in a separate section in its composition, and the welded connection of the shirt and the chill mold is also widespread. The disadvantage of such designs is that during electroslag remelting, often used seals burn out, water begins to flow, which leads to a stop of remelting, and the use of a rigid welded joint of the chill mold and the casing, instead of seals, leads to the destruction of welds due to thermal elongation of the mold, or a separate sections.
Все указанные аналоги характеризуются, как правило, большими расходами теплоносителя на систему водоохлаждения. Для съема мощности тепловых потерь часто требуются расход воды до 100 л/мин и более, что требует применения мощных насосных станций, повышения энергозатрат на обслуживание установки ЭШП. Еще одним важным параметром для получения максимально качественного слитка при электрошлаковом переплаве по схеме с вытягиванием слитка, является позиционирование кристаллизатора относительно переплавляемого электрода и формирование строго вертикальной оси получаемого слитка. Соосность системы кристаллизатор-электрод, на современных установках электрошлакового переплава, часто обеспечивается за счет перемещения электрододержателя, нередко с уже закрепленным электродом, что требует применения специализированных приводов с большим развиваемым усилием, а также влечет за собой значительное усложнение и удорожание конструкции печи.All of these analogs are characterized, as a rule, by large heat-carrier expenditures for the water cooling system. To remove the heat loss power, water consumption of up to 100 l / min or more is often required, which requires the use of powerful pumping stations and an increase in the energy consumption for maintaining the ESR installation. Another important parameter for obtaining the highest quality ingot during electroslag remelting according to the ingot drawing scheme is the positioning of the mold relative to the remelted electrode and the formation of a strictly vertical axis of the resulting ingot. The coaxiality of the mold-electrode system, in modern electroslag remelting plants, is often ensured by moving the electrode holder, often with an already fixed electrode, which requires the use of specialized drives with a large developed force, and also entails a significant complication and cost of the furnace design.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключаются в реализации изделия отвечающего следующим современным эксплуатационным требованиям: увеличение срока службы кристаллизатора для электрошлакового переплава, снижение удельных энергозатрат на единицу получаемого изделия (слитка), повышение эксплуатационной надежности кристаллизатора, обеспечение максимального удобства обслуживания и ремонта составных частей кристаллизатора и унификация составных элементов, при повышении требований к безопасности эксплуатации установок электрошлакового переплава и снижении затрат на производство оборудования для переплава.The problem to which the claimed invention is directed is to implement a product that meets the following modern operational requirements: increasing the mold service life for electroslag remelting, reducing the specific energy consumption per unit of the product (ingot), increasing the operational reliability of the mold, ensuring maximum ease of maintenance and repair of components mold and unification of components, while increasing safety requirements tion plants ESR and reduce the cost of production of equipment for remelting.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции, кристаллизатор состоит из нескольких однотипных и взаимозаменяемых водоохлаждаемых секций, которые, в сборе между собой, помещены в несущую платформу, выполненную из немагнитных элементов и образующую пространственный каркас вокруг водоохлаждаемых секций. Платформа является основной, несущей конструкцией сборки для секций различного диаметра, при этом все секции устанавливаются непосредственно поверх платформы, благодаря чему платформа может служить конструкцией, которая обеспечивает поддержку сборки секций при перемещении вверх кристаллизатора относительно слитка в процессе электрошлакового переплава с вытягиванием слитка или при раздевании слитка при переплаве в кристаллизатор-изложницу. Наличие такой опоры затрудняет смещение секций, из которых состоит кристаллизатор друг относительно друга за счет возможного теплового удлинения стягивающих их элементов и тормозящих усилий трения при контакте формирующегося внутри кристаллизатора слитка со стенками кристаллизатора во время движения кристаллизатора относительно слитка. Такая фиксация и компоновка секций позволяет предупредить вероятные нарушения технологического режима электрошлакового переплава, связанные с перекосом секций кристаллизатора, что часто приводит к замыканию расплава металла на стенку с образованием электрического и теплового пробоя, что приводит к повреждению основного тела медного кокиля. Указанные нарушения снижают ходимость кристаллизатора и водоохлаждаемых секций в его составе.The problem is solved due to the fact that in the proposed design, the mold consists of several similar and interchangeable water-cooled sections, which, assembled together, are placed in a supporting platform made of non-magnetic elements and forming a spatial frame around the water-cooled sections. The platform is the main supporting structure of the assembly for sections of various diameters, and all sections are mounted directly on top of the platform, due to which the platform can serve as a structure that provides support for the assembly of sections when moving up the mold relative to the ingot during electroslag remelting with pulling the ingot or when stripping the ingot during remelting into a mold-mold. The presence of such a support makes it difficult to displace the sections that make up the mold relative to each other due to the possible thermal elongation of the elements pulling together and inhibitory friction forces when the ingot formed inside the mold contacts the mold walls while the mold moves relative to the ingot. Such fixation and arrangement of the sections allows to prevent probable violations of the technological regime of electroslag remelting associated with the skew of the mold sections, which often leads to the closure of the metal melt on the wall with the formation of electrical and thermal breakdown, which leads to damage to the main body of the copper chill mold. These violations reduce the mileage of the mold and water-cooled sections in its composition.
Для удобства обслуживания и эксплуатации несущую платформу предлагается выполнить таким образом, чтобы возможно было разместить на одной платформе секции разного диаметра. Так, одна и та же платформа может быть применима для получения слитков диаметром от 200 мм до 400 мм, что зависит только от комплекта применяемых и закрепленных в ней секций, при этом все узлы крепления кристаллизатора к рабочей площадке печи или к подвижной каретке кристаллизатора по своей конструкции и габаритами остаются неизменными. Для коррекции разницы диаметров секций, при установке их на платформу, используются специальные переходные фланцы. Такая унифицированная платформа может служить базой для формирования кристаллизатора, состоящего из разного количества секций, разного диаметра и высоты, как для схем электрошлакового переплава с подвижным кристаллизатором, так и неподвижным, в том числе с формированием слитка переменного сечения.For ease of maintenance and operation, the supporting platform is proposed to be designed in such a way that it is possible to place sections of different diameters on the same platform. So, the same platform may be applicable for producing ingots with a diameter of 200 mm to 400 mm, which depends only on the set of sections used and fixed in it, while all the attachment points of the mold to the furnace working platform or to the movable mold carriage designs and dimensions remain unchanged. To correct the difference in the diameters of the sections, when installing them on the platform, special adapter flanges are used. Such a unified platform can serve as a basis for the formation of a mold, consisting of a different number of sections, of different diameters and heights, both for electroslag remelting schemes with a movable mold and stationary, including with the formation of an ingot of variable cross section.
Выполняется несущая платформа из немагнитного материала для снижения возможного нагрева конструкции в мощном внешнем электромагнитном поле. При этом все водоохлаждаемые секции, устанавливаемые на несущую платформу, скреплены между собой посекционно, либо посредством сквозного протяженного соединения, например, шпилек, и скреплены с несущим основанием разъемным соединением. Шпильки при этом вынесены за пределы основного тела секций кристаллизатора для максимального снижения их нагрева. A carrier platform is made of non-magnetic material to reduce the possible heating of the structure in a powerful external electromagnetic field. Moreover, all water-cooled sections mounted on a supporting platform are fastened to each other in sections, or through an end-to-end extended connection, for example, studs, and are attached to the base with a detachable connection. In this case, the studs are moved outside the main body of the mold sections to minimize their heating.
Дополнительно, для возможности позиционирования относительно переплавляемого электрода установки электрошлакового переплава (ЭШП), что необходимо для формирования осесимметричного центра кристаллизации, а также исключения сложных механизмов перемещения механизма крепления электрода в составе установки ЭШП, предлагаемый кристаллизатор снабжен узлами крепления несущей платформы к рабочей площадке печи или к подвижной каретке для кристаллизатора, которые выполнены в виде шарнирных элементов. Указанные узлы крепления закреплены через электрические изоляторы по краям несущей платформы для электрической развязки от основных элементов установки ЭШП. Также через электрические изоляторы, например, стеклотекстолит, узлы крепления соединены с рабочей площадкой, каждый узел крепления кристаллизатора к рабочей площадке электрошлаковой печи выполнен в виде шарнира, с возможностью поворота в соединении между несущей опорой, закрепленной на рабочей площадке печи, и зажимом, закрепленном на несущей платформе, при этом каждая несущая опора имеет возможность регулировки её положения, например, винтовыми механизмами Регулировка опоры осуществляется в плоскости закрепления на рабочей площадке печи и по углу - изменением угла наклона шара относительно плоскости крепления, что, при взаимной корректировке положения всех несущих опор, обеспечивает точное позиционирование кристаллизатора относительно переплавляемого электрода и других элементов печи.Additionally, in order to be able to position relative to the remelted electrode of the electroslag remelting unit (ESR), which is necessary for the formation of an axisymmetric crystallization center, as well as eliminating the complex mechanisms of movement of the electrode fastening mechanism as part of the ESR unit, the proposed mold is equipped with attachments of the supporting platform to the furnace working platform or movable carriage for the mold, which are made in the form of hinged elements. The indicated attachment points are fixed through electrical insulators along the edges of the supporting platform for electrical isolation from the main elements of the ESR installation. Also, through electrical insulators, for example, fiberglass, the attachment points are connected to the work platform, each mount of the mold to the work site of the electroslag furnace is made in the form of a hinge, with the possibility of rotation in connection between the support bearing fixed to the work platform of the furnace and the clamp fixed to a supporting platform, with each supporting bearing being able to adjust its position, for example, by screw mechanisms. The adjustment of the bearing is carried out in the plane of attachment to the work platform e of the furnace and in the angle - by changing the angle of inclination of the ball relative to the plane of attachment, which, when mutually correcting the position of all the bearing supports, ensures accurate positioning of the mold relative to the remelted electrode and other elements of the furnace.
Для возможности общего увеличения срока эксплуатации представленного кристаллизатора, собранного из водоохлаждаемых секций, секции в его составе выполнены с возможностью смены их взаимного расположения в составе одной сборки, что является важным фактором при работе с короткими кристаллизатором при взаимном перемещении слитка и кристаллизатора. При такой схеме электрошлакового процесса шлаковая ванна практически не перемещается внутри кристаллизатора. При этом основную термическую нагрузку воспринимает на себя участок шлаковой надставки и верхняя часть формирующего участка. Благодаря возможности взаимной замены секций – после цикла работ сборки с одним расположением секций и при образовании эрозионного разрушения секций в составе наиболее нагруженных участков, которые находятся в зоне расположения шлакового и металлического расплавов, можно поменять местами несколько секций, например, переместить секции из горячего верхнего участка формирующей части кристаллизатора вниз к более холодному участку выхода слитка из кристаллизатора. Та же схема применима при взаимной замене секций шлаковой надставки: нижняя секция, работающая в более горячем участке, может быть заменена верхней секцией, которая не была заполнена шлаковым расплавом или заполнена не полностью. Взаимная центровка и базирование взаимозаменяемых секций выполнены по конической поверхности, при этом каждая секция выполнена с уступом на верхнем торце в виде усеченного конуса и впадиной на нижнем торце, повторяющей форму уступа верхнего торца, при этом форма посадочных поверхностей у всех секций равного или близкого диаметра совпадает. Такая конструкция посадочных поверхностей позволяет избегать смещения секций во время процесса электрошлакового переплава, особенно при процессе ЭШП с вытягиванием слитка. Возможность простой замены секций в составе сборки, при наличии одной или нескольких запасных секций, позволяет проводить смену изношенных участков на новые, что сокращает время ремонта кристаллизатора и позволяет восстанавливать отдельные секции кристаллизатора, не прерывая общую эксплуатацию всего изделия в сборе. Срок эксплуатации такого, к примеру, Т-образного кристаллизатора с взаимной заменой секций может быть значительно увеличен.For the possibility of a general increase in the operating life of the presented mold, assembled from water-cooled sections, the sections in its composition are made with the possibility of changing their mutual arrangement in the same assembly, which is an important factor when working with short molds when the ingot and the mold move relative. With this scheme of the electroslag process, the slag bath practically does not move inside the mold. In this case, the main thermal load is assumed by the slag extension section and the upper part of the forming section. Due to the possibility of mutual replacement of sections - after a work cycle of assembly with one arrangement of sections and with the formation of erosive destruction of sections as part of the most loaded sections located in the zone of location of slag and metal melts, you can swap several sections, for example, move sections from the hot upper section forming part of the mold down to the colder portion of the ingot exit from the mold. The same scheme is applicable for the mutual replacement of sections of the slag extension: the lower section, working in a hotter area, can be replaced by the upper section, which was not filled with slag melt or not completely filled. Mutual alignment and basing of interchangeable sections is made on a conical surface, with each section having a ledge on the upper end in the form of a truncated cone and a depression on the lower end, repeating the shape of the ledge of the upper end, while the shape of the seating surfaces of all sections of equal or close diameter is the same . This design of the seating surfaces avoids the displacement of the sections during the electroslag remelting process, especially during the ESR process with pulling the ingot. The ability to easily replace sections in the assembly, with one or more spare sections, allows the replacement of worn sections to new ones, which reduces the mold repair time and allows you to restore individual sections of the mold without interrupting the overall operation of the entire assembly. The service life of such, for example, a T-shaped mold with mutual exchange of sections can be significantly increased.
Водоохлаждаемые секции в составе представленного кристаллизатора, для компенсации теплового расширения вследствие нагрева в процессе электрошлакового переплава, могут быть выполнены в виде неразборной цельносварной конструкции из рубашки водоохлаждения и кокиля, с гибким компенсатором в своем составе. Кокиль в такой конструкции выполнен из меди или медных сплавов с высокой теплопроводностью, рубашка обычно выполняется из немагнитного материала и концентрически охватывает кокиль. Для возможности взаимного движения кокиля и рубашки без нарушения герметичности сварных швов: рубашка в своем составе может иметь один или несколько компенсаторов, выполненных из металлического деформируемого элемента, например, сильфона или замкнутой трубки, с разрезом вдоль образующей со стороны циркуляции воды. Конструкция компенсатора может быть любой, предполагающей его подвижность и герметичность. Water-cooled sections in the composition of the presented mold, to compensate for thermal expansion due to heating during electroslag remelting, can be made in the form of a non-separable all-welded structure from a water cooling jacket and a chill mold, with a flexible compensator in its composition. The chill mold in this design is made of copper or copper alloys with high thermal conductivity, the shirt is usually made of non-magnetic material and concentrically covers the chill mold. For the possibility of mutual movement of the chill mold and the shirt without violating the tightness of the welds: the shirt may include one or more compensators made of a metal deformable element, for example, a bellows or a closed tube, with a cut along the generatrix on the water side. The design of the compensator can be any, suggesting its mobility and tightness.
В качестве дополнительного условия для предупреждения аварийных ситуаций во время плавления электрода в кристаллизаторе и, как следствие, прогнозирования возможного износа отдельных секций, предлагаемый кристаллизатор может быть выполненным с раздельным водоохлаждаением и водоснабжением каждой секции или группы секций, что позволяет оснастить отдельные участки кристаллизатора (как правило, самые термически нагруженные) комплектом индивидуальных датчиков для контроля мощности тепловых потерь. К примеру, это могут быть датчики перепада температуры, которые контролируют разницу между температурой охлаждающей воды на входе в контрольный участок и на выходе, и датчик расхода охлаждающей воды. По имеющимся параметрам температуры и расхода можно оценить количество отводимой мощности с участка, что позволяет оператору установки ЭШП во время процесса электрошлакового переплава:As an additional condition for preventing accidents during the melting of the electrode in the mold and, as a consequence, predicting the possible wear of individual sections, the proposed mold can be made with separate water cooling and water supply for each section or group of sections, which allows you to equip individual sections of the mold (usually , the most thermally loaded) with a set of individual sensors for monitoring the power of heat loss. For example, it can be temperature differential sensors that monitor the difference between the temperature of the cooling water at the inlet to the control section and at the outlet, and the cooling water flow sensor. Based on the available temperature and flow parameters, it is possible to estimate the amount of power removed from the site, which allows the operator of the ESR installation during the electroslag remelting process:
- оценить мощность тепловых потерь с кристаллизатора или мощность тепловых потерь с отдельных секций и группы секций, что может служить дополнительным параметром для контроля состояния процесса плавки;- evaluate the power of heat loss from the mold or the power of heat loss from individual sections and group of sections, which can serve as an additional parameter for monitoring the state of the melting process;
- по резким изменениям параметров отводимой мощности предупредить вероятное разрушение отдельной секции - уменьшение толщины стенки медного кокиля;- by abrupt changes in the parameters of the output power to prevent the probable destruction of a separate section - a decrease in the wall thickness of the copper chill mold;
- при наличии небольших секций с раздельным водоохлаждением в составе кристаллизатора, можно по разнице отводимой мощности с отдельных секций оценить текущее положение шлакового расплава в кристаллизаторе и границу раздела шлак-металл.- in the presence of small sections with separate water cooling in the mold, it is possible to evaluate the current position of the slag melt in the mold and the slag-metal interface by the difference in the power output from the individual sections.
Для решения задачи, связанной с большим расходом охлаждающей воды и при сохранении качественного теплоотвода от кристаллизатора при проведении электрошлакового переплава, предлагается конструкция водоохлаждаемых секций в его составе, которые состоят из кокиля и рубашки водоохлаждения, при этом внешняя поверхность кокиля, обращенная к воде, выполнена в виде развитой, не менее чем двукратно, поверхности, посредством прямоугольных ребер и пазов, высотой не менее толщины ребра, с организацией равновеликих по высоте каналов водоохлаждения, при этом со стороны подвода и слива воды из секции организованы коллекторы на глубину высоты ребра, площадью сечения не менее полуторакратного сечения всех каналов охлаждения, при этом подвод и слив воды выполнены одинаково и диаметрально противоположно относительно оси кристаллизатора. Такая конструкция позволяет снизить объемный расход воды на охлаждение кристаллизатора более чем в 2 раза, при сохранении жесткости конструкции самого кокиля.To solve the problem associated with a large consumption of cooling water and while maintaining high-quality heat dissipation from the crystallizer during electroslag remelting, we propose the design of water-cooled sections in its composition, which consist of a chill mold and a water cooling jacket, while the outer surface of the chill mold facing the water is made in the form of a developed surface, not less than twice, by means of rectangular ribs and grooves, with a height not less than the thickness of the ribs, with the organization of water cooling channels with equal height moreover, from the supply and discharge side of the section, collectors are organized to the depth of the rib height, the cross-sectional area is not less than one and a half times the cross-section of all cooling channels, while the supply and discharge of water are equally and diametrically opposite to the axis of the mold. This design allows you to reduce the volumetric flow rate of water for cooling the mold more than 2 times, while maintaining the rigidity of the design of the chill mold itself.
Техническим и экономическим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:The technical and economic result provided by the given set of features is:
- снижение механической нагрузки на водоохлаждаемые элементы кристаллизатора за счет применение опорной платформы, что особенно важно на установках электрошлакового переплава работающих по схеме с вытягиванием слитка;- reduction of the mechanical load on the water-cooled elements of the mold due to the use of a support platform, which is especially important in installations of electroslag remelting working according to the scheme with pulling the ingot;
- снижение затрат на изготовление отдельных комплектующих для разных типоразмеров кристаллизаторов и унификация узла крепления кристаллизатора на печи электрошлакового переплава;- reducing the cost of manufacturing individual components for different sizes of molds and the unification of the mount of the mold on the furnace electroslag remelting;
- точное позиционирование платформы в сборе с водоохлаждаемыми секциями уменьшает нагрузку на привод перемещения кристаллизатора, исключает возможные перекосы и подклинивание при движении кристаллизатора, способствует улучшению качества получаемой продукции – слитков ЭШП;- accurate positioning of the platform assembly with water-cooled sections reduces the load on the mold displacement drive, eliminates possible distortions and wedging during mold motion, and improves the quality of the products obtained - ESR ingots;
- центровка кристаллизатора относительно электрода, вместо схемы с перемещением электрододержателя упрощает и удешевляет выполнение общей конструкции установки ЭШП;- centering the mold relative to the electrode, instead of the circuit with the movement of the electrode holder simplifies and reduces the cost of the overall design of the ESR installation;
- взаимная замена секций увеличивает общий срок эксплуатации кристаллизатора в сборе;- mutual replacement of sections increases the overall life of the mold assembly;
- снижение себестоимости ремонта кристаллизатора и продление срока службы его составляющих за счет возможности смены секций между собой и замены отдельных элементов;- reducing the cost of repair of the mold and extending the life of its components due to the possibility of changing sections between themselves and replacing individual elements;
- увеличение стойкости отдельной цельносварной секции за счет применения гибкого компенсатора теплового расширения;- increase the resistance of a separate all-welded section due to the use of a flexible compensator of thermal expansion;
- развитая поверхность кокиля и равномерность водоохлаждения его поверхности, в совокупности с контролем отводимой мощности, позволяют снизить затраты на водоохлаждение, и предупредить возможные неисправности при работе.- the developed surface of the chill mold and the uniformity of water cooling of its surface, together with the control of the power output, can reduce the cost of water cooling, and prevent possible malfunctions during operation.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг. 1 - фронтальный общий вид кристаллизатора;in FIG. 1 - frontal general view of the mold;
на фиг. 2 - кристаллизатор. Вид сверху;in FIG. 2 - crystallizer. View from above;
на фиг. 3 - вид Б фиг. 2. Узел крепления платформы к рабочей площадке печи;in FIG. 3 is a view B of FIG. 2. The unit for attaching the platform to the working platform of the furnace;
на фиг. 4 - элементы секции кристаллизатора. Сборка секций;in FIG. 4 - elements of the mold section. Assembly sections;
на фиг. 5 - вид А на фиг. 4. Вид на коллектор секции кристаллизатора со стороны подвода и слива воды.in FIG. 5 is a view A in FIG. 4. View of the collector of the mold section from the inlet and outlet of the water.
На фиг. 1 показан, в качестве примера, показан Т-образный короткий кристаллизатор, имеющий формирующую часть и шлаковую надставку, который состоит из несущей платформы 1, на которую, через переходной фланец 2, для компенсации разницы в диаметре отверстия в платформе и получаемого слитка, установлен набор водоохлаждаемых секций разного диаметра 3. Секции притянуты к несущей платформе и зафиксированы между собой при помощи прижимного фланца 4 и стяжных элементов 5, через промежуточный фланец 6. При сборке секций максимально возможного диаметра для применяемой несущей платформы – переходные фланцы не используются. Кристаллизатор закреплен на рабочей площадке 7 при помощи шарнирных узлов крепления 8, установленные через электрические изоляторы 9 по краям несущей платформы 1 и также, через изоляторы 9, закрепленные на рабочей площадке печи 7. На фиг. 1 условно показано, что опорные части узлов крепления кристаллизатора, выполненные в виде шаровых опор и закрепленные на рабочей площадки, имеют возможность изменения угла наклона относительно плоскости своего крепления, что обеспечивает корректировку наклона оси кристаллизатора при подготовке плавильного пространства.In FIG. 1 shows, by way of example, a T-shaped short mold having a forming part and a slag extension, which consists of a supporting
На фиг. 2 и фиг. 3 показан вид сверху на кристаллизатор. При этом фиг. 3, является укрупненным видом узла крепления 8, показанного на фиг. 2. Позицией 10 отмечена опорная часть узла крепления кристаллизатора – шаровая опора, закрепленная на рабочей площадки печи с возможностью перемещения по плоскости рабочей площадки печи 7 в двух направлениях. Позицией 11 схематично показан зажим шаровой опоры, закрепленный на несущей платформе 1.In FIG. 2 and FIG. 3 shows a top view of the mold. In this case, FIG. 3 is an enlarged view of the
На фиг. 4 показаны установленные друг на друга водоохлаждаемые секции в составе кристаллизатора, каждая из которых состоит из кокиля 12, который может быть выполнен из медного сплава с высокой теплопроводностью, и рубашки водоохлаждения 14, охватывающей кокиль и выполненной, например, из немагнитной стали. При этом рубашка 13 и кокиль 12 имеют цельносварное неразборное соединение и соединены через гибкий компенсатор 14, выполненный в виде тонкостенной трубки охватывающий кокиль 12 с продольным разрезом со стороны водоохлаждения. Поз. 15 показан способ установки секций друг на друга по конической поверхности. Внешняя поверхность кокиля 12, выполнена развитой по площади поверхностью в виде ребер 16. Ребрами 16 организовано шесть равных по сечению канала водоохлаждения кокиля 12. Одна из секций на фиг. 4 показана в продольном разрезе, где видны трубы подвода и слива воды, при этом условно показаны термодатчики 17 со стороны подвода и слива воды и расходомер 18 со стороны слива для контроля мощности тепловых потерь.In FIG. 4 shows water-cooled sections mounted on top of each other as part of a mold, each of which consists of a
На фиг. 5 показан в сечении вид А фиг. 4 со стороны подвода воды к водоохлаждаемой секции. На фиг. 5 показан вариант выполнения распределительного коллектора секции кристаллизатора путем фрезеровки площадки в кокиле со стороны подвода воды для организации равномерного охлаждающего потока жидкости по всем каналам сформированными ребрами 16 кокиля 12. Со стороны слива воды выполнен аналогичный коллектор (условно не показан).In FIG. 5 is a cross-sectional view A of FIG. 4 from the water supply side to the water-cooled section. In FIG. Figure 5 shows an embodiment of the distributor manifold of the mold section by milling the platform in the chill mold from the water supply side to organize an even cooling fluid flow through all channels formed by the
Собранный и подготовленный к использованию таким образом кристаллизатор имеет гибкую систему регулировки положения плавильного пространства и позволяет при необходимости легко менять положение и количество секций в его составе с обеспечением эффективного теплосъема с каждой секции с контролем теплового режима плавки. При этом несущая платформа позволяет производить сборку различных секций разного диаметра, в том числе для глухих кристаллизаторов с получением слитков переменного сечения.The crystallizer assembled and prepared for use in this way has a flexible system for adjusting the position of the melting space and allows, if necessary, to easily change the position and number of sections in its composition, ensuring effective heat removal from each section with control of the thermal mode of melting. In this case, the supporting platform allows the assembly of various sections of different diameters, including for deaf molds with the production of ingots of variable cross section.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106296A RU2709307C1 (en) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | Crystallizer for electroslag remelting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106296A RU2709307C1 (en) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | Crystallizer for electroslag remelting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709307C1 true RU2709307C1 (en) | 2019-12-17 |
Family
ID=69006557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019106296A RU2709307C1 (en) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | Crystallizer for electroslag remelting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709307C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3677323A (en) * | 1968-11-22 | 1972-07-18 | Rheinstahl Huettenwerke Ag | Process and apparatus for providing steel ingot |
| EP0204298A2 (en) * | 1985-06-03 | 1986-12-10 | Tosoh Corporation | Process for producing niobium metal of an ultrahigh purity |
| RU9843U1 (en) * | 1998-09-07 | 1999-05-16 | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | ELECTRIC SLUG FURNACE CRYSTALIZER |
| RU2309997C2 (en) * | 2005-12-20 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Crystallizer for producing ingots in electron-beam furnaces |
| RU69867U1 (en) * | 2007-09-10 | 2008-01-10 | ОАО "Златоустовский металлургический завод" | CRYSTALIZER |
-
2019
- 2019-03-06 RU RU2019106296A patent/RU2709307C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3677323A (en) * | 1968-11-22 | 1972-07-18 | Rheinstahl Huettenwerke Ag | Process and apparatus for providing steel ingot |
| EP0204298A2 (en) * | 1985-06-03 | 1986-12-10 | Tosoh Corporation | Process for producing niobium metal of an ultrahigh purity |
| RU9843U1 (en) * | 1998-09-07 | 1999-05-16 | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | ELECTRIC SLUG FURNACE CRYSTALIZER |
| RU2309997C2 (en) * | 2005-12-20 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) | Crystallizer for producing ingots in electron-beam furnaces |
| RU69867U1 (en) * | 2007-09-10 | 2008-01-10 | ОАО "Златоустовский металлургический завод" | CRYSTALIZER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4207060A (en) | Vessel for metal smelting furnace | |
| US5426664A (en) | Water cooled copper panel for a furnace and method of manufacturing same | |
| RU2144570C1 (en) | Cooling plate for shaft furnace | |
| RU2709307C1 (en) | Crystallizer for electroslag remelting | |
| KR20200111974A (en) | Cooling panel for electric furnace and electric furnace including the same | |
| US2817695A (en) | Electric furnace and electrode structures for kaolin melting | |
| EP2513581B1 (en) | Electrode for direct current continuous arc furnace | |
| CN209820164U (en) | High-speed cooling device for smelting of vacuum consumable electrode furnace | |
| KR19990045327A (en) | Blast Furnace Cooling Element | |
| CN109883206B (en) | High-speed cooling device for smelting of vacuum consumable furnace | |
| WO2019012376A1 (en) | Electrolysis cell for hall-héroult process, with cooling pipes for forced air cooling | |
| CN109405542B (en) | Copper crucible for smelting titanium alloy | |
| JP6905480B2 (en) | Tap hole structure of metal refining furnace | |
| CN114226664B (en) | Continuous smelting furnace and ingot casting system with same | |
| CN2613123Y (en) | DC arc hearth electrode | |
| RU69867U1 (en) | CRYSTALIZER | |
| US20040256772A1 (en) | Cooling plate comprising a reinforcement element | |
| CN211921661U (en) | Large-scale electroslag furnace high-strength cooling directional solidification crystallizer | |
| CN216236654U (en) | Water-cooled electrode for kiln and mounting bracket thereof | |
| CN216607164U (en) | Continuous smelting furnace and ingot casting system with same | |
| RU182794U1 (en) | DC Arc Furnace | |
| RU2231725C2 (en) | A cool smelting hearth | |
| JP2018062436A (en) | Spinning apparatus | |
| RU60408U1 (en) | CRYSTALIZER FOR SEMI-CONTINUOUS VERTICAL CASTING OF ROUND INGOTS | |
| EP3204707B1 (en) | Combination of a pyrometallurgical furnace and a weir module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210307 |