RU82615U1 - Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей - Google Patents
Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей Download PDFInfo
- Publication number
- RU82615U1 RU82615U1 RU2008150017/22U RU2008150017U RU82615U1 RU 82615 U1 RU82615 U1 RU 82615U1 RU 2008150017/22 U RU2008150017/22 U RU 2008150017/22U RU 2008150017 U RU2008150017 U RU 2008150017U RU 82615 U1 RU82615 U1 RU 82615U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- height
- dielectric
- cavity
- thickness
- Prior art date
Links
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
1. Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей, содержащее водоохлаждаемый кристаллизатор и охладитель, отличающееся тем, что водоохлаждаемый кристаллизатор, состоит из двух частей, расположенных по высоте, имеющих внутреннюю полость и изолированных друг от друга диэлектрической прокладкой, причем верхняя часть снабжена токоподводящим элементом в виде пластины и имеет электропроводную защитную футеровку в виде сплошного графитового кольца, в нижней части со стороны внутренней полости кристаллизатора выполнен кольцевой паз, в котором расположен элемент из диэлектрического огнеупорного материала, при этом на торцах нижней части кристаллизатора и охладителя, примыкающих к наплавляемому изделию, выполнены полости для выхода наплавленного металла. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота нижней части кристаллизатора определяется по формуле Н=kb, ! где Н- высота нижней части кристаллизатора, мм; ! k - коэффициент, определяющий расстояние от поверхности наплавляемого изделия до диэлектрической прокладки; ! b - толщина слоя наплавленного металла, равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что глубина кольцевого паза с установленным в нем диэлектрическим огнеупорным элементом определяется по формуле h=Н-b-f, ! где h - глубина кольцевого паза и толщина диэлектрического огнеупорного элемента, мм; ! Н - высота нижней части кристаллизатора, мм; ! b - толщина слоя наплавленного металла равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм; ! f - конструктивная величина, определяющая минимальную и достаточную толщину перемычки в нижней час�
Description
Полезная модель относится к электрошлаковой наплавке, конкретно к устройствам для производства биметаллических изделий и восстановления изношенных поверхностей деталей и оборудования.
Известна конструкция кристаллизатора для электрошлаковой наплавки с относительным перемещением кристаллизатора {см. патент №2184159 МПК С22В 9/193; В23К 25/00, опубл. 27.06.2002). Кристаллизатор предназначен для наплавки цилиндрических поверхностей и состоит из трех водоохлаждаемых секций, верхняя из которых является токоподводящей. Средняя секция электрически изолирована от верхней и нижней и снабжена керамическим элементом, закрепленным на ее внутренней поверхности. Такая конструкция может быть использована для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей. Но использование средней секции в этом случае усложняет конструкцию и приводит к необходимости наведения относительно глубокой шлаковой ванны и, соответственно, увеличению затрат тепловой мощности, вводимой в нее для поддержания стабильного электрошлакового процесса, что не экономично.
Известна конструкция кристаллизатора, описанная в способе электрошлаковой наплавки малогабаритных торцов (см. патент №2232669 МПК В23К 25/00; С22В 9/18, опубл. 20.07.2004), включающая водоохлаждаемые токоподводящую и формовочную секции, изолированные между собой прокладкой. Данная конструкция также может быть использована для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей.
Недостатком конструкции при наплавки плоских поверхностей является удаленность зоны наибольшего тепловыделения в шлаке от поверхности ванны расплавленного металла и наличие шунтирования тока через шлак на поверхность формовочной секции, что снижает жидкотекучесть расплавленного металла. Этого можно избежать, уменьшив высоту
формовочной секции, но это приведет к необходимости поддержания уровня ванны расплавленного металла в узком диапазоне значений, что ухудшит тепловые условия работы формовочной секции.
Известна также конструкция устройства для горизонтальной электрошлаковой наплавки (см. Степанов, Б.В. Высокопроизводительные методы наплавки /Б.В.Степанов. - М.: Машиностроение, 1977. - 77 с.), содержащая водоохлаждаемый кокиль-кристаллизатор, в замкнутом объеме которого производится плавление флюса и электродных материалов. К стенке кокиля-кристаллизатора со стороны полости для выхода наплавленного металла примыкает водоохлаждаемый валок-кристаллизатор, который улучшает условия кристаллизации и обеспечивает получение слоя наплавленного металла определенной толщины.
Недостаток описанной конструкции заключается в интенсивном охлаждении валком-кристаллизатором зоны формирования наплавленного металла, что затрудняет наплавку тонких слоев (порядка 2-4 мм) и может приводить к несплавлению основного и наплавленного металла.
В качестве прототипа выбрано устройство для электрошлаковой наплавки (см. патент №2093329 МПК В23К 25/00; B22D 23/10; С22В 9/18, опубл. 20.10.97), содержащее водоохлаждаемый кокиль, индуктор и охладитель. В данном устройстве осуществляется прямой нагрев расплавленного присадочного материала и наплавляемого изделия под действием вихревых токов, что позволяет повысить жидкотекучесть расплавленного металла и обеспечить хорошее формирование наплавляемого слоя металла.
Недостатком данной конструкции является ее сложность и высокая энергозатратность, обусловленная наличием энергоемкого индуктора. Суммарная электрическая мощность, потребляемая устройством, с учетом мощности дополнительно расходуемой на плавление присадочного материала, может достигать значительных величин. Наличие индуктора
приводит к необходимости питания устройства от источника тока высокой частоты, что снижает технологическую универсальность устройства.
Технический результат заключается в создании конструкции, обеспечивающей снижение трудоемкости ее изготовления, а также повышение эффективности использования потребляемой устройством мощности.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей, содержащем водоохлаждаемый кристаллизатор и охладитель, водоохлаждаемый кристаллизатор, состоит из двух частей, расположенных по высоте, имеющих внутреннюю полость и изолированных друг от друга диэлектрической прокладкой, причем верхняя часть снабжена токоподводящим элементом в виде пластины и имеет электропроводную защитную футеровку в виде сплошного графитового кольца, в нижней части со стороны внутренней полости кристаллизатора выполнен кольцевой паз, в котором расположен элемент из диэлектрического огнеупорного материала, при этом на торцах нижней части кристаллизатора и охладителя, примыкающих к наплавляемому изделию, выполнены полости для выхода наплавленного металла.
При этом высота нижней части кристаллизатора определяется по формуле Н=kb, где Н - высота нижней части кристаллизатора, мм; k -коэффициент, определяющий расстояние от поверхности наплавляемого изделия до диэлектрической прокладки; b - толщина слоя наплавленного металла равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм.
При этом глубина кольцевого паза с установленным в нем диэлектрическим огнеупорным элементом определяется по формуле h=Н - b-f, где h - глубина кольцевого паза и толщина диэлектрического огнеупорного элемента, мм; Н - высота нижней части кристаллизатора, мм; b - толщина слоя наплавленного металла равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм; f - конструктивная величина, определяющая
минимальную и достаточную толщину перемычки в нижней части кристаллизатора между кольцевой проточкой и полостью для выхода наплавленного металла, мм.
Выполнение кристаллизатора из двух электрически изолированных частей, позволяет подвести электрический ток к кристаллизатору (который в прототипе назван кокилем) и получить в шлаке эффективный источник тепла, позволяющий осуществлять как плавление присадочного материала, так и поддержание расплавленного металла в жидком состоянии. Предлагаемая конструкция в сравнении с прототипом позволяет исключить индуктор и заменить генерируемую им энергию вихревых токов тепловой мощностью, выделяемой в шлаке при протекании в нем тока от верхней части кристаллизатора к изделию. Электропроводная защитная футеровка, выполненная в качестве сменного графитового кольца, позволяет защитить верхнюю часть кристаллизатора от электроэрозии.
Высота нижней части кристаллизатора определяется по формуле Н=kb. Коэффициент k определен экспериментально, исходя из условия создания зоны повышенного тепловыделения в шлаковой ванне в непосредственной близости к зоне формирования наплавляемого металла. В диапазоне толщин наплавляемого слоя b от 2 до 12 мм коэффициент k находится в пределах 3÷7, причем с уменьшением толщины наплавляемого слоя необходимо выбирать большее значение k и наоборот, с увеличением b выбирают меньшее значение k. Соблюдение указанного диапазона позволяет обеспечить повышение жидкотекучести расплавленного металла, качественное формирование наплавляемого слоя и гарантированную величину проплавления наплавляемого изделия.
Несоблюдение данного диапазона значений k и рекомендаций по его выбору может привести к следующим нежелательным последствиям. Во-первых, значительное удаление зоны повышенного тепловыделения в шлаке от зоны формирования наплавляемого металла может привести к неудовлетворительному формированию наплавленного металла и к
частичному несплавлению его с изделием, во-вторых, недопустимо близкое расположение верхней токоподводящей части кристаллизатора к поверхности наплавляемого изделия затруднит поддержание необходимого для формирования металла уровня металлической ванны и повысит вероятность аварийного режима работы кристаллизатора, сопровождающегося коротким замыканием жидкого металла на верхнюю часть кристаллизатора.
Наличие в конструкции диэлектрического элемента с толщиной, определяемой по формуле h=Н-b-f, обусловливает прохождение большей доли тока через шлак к поверхности жидкой металлической ванны с ограниченным шунтированием тока на нижнюю часть кристаллизатора. Доля тока шунтирования, проходящего через нижнюю часть кристаллизатора, зависит от уровня металлической ванны и в рабочем режиме функционирования кристаллизатора равна нулю. Данное техническое решение позволяет увеличить тепловыделение непосредственно у поверхности металлической ванны и в зоне формирования наплавляемого металла.
Конструктивная величина f принимается равной 6÷10 мм и подбирается исходя из максимально возможной близости нижней кромки диэлектрического огнеупорного элемента к наплавляемому изделию, при условии обеспечения достаточной величины теплоотвода от перемычки, располагающейся в нижней части кристаллизатора между кольцевой проточкой и полостью для выхода наплавленного металла, без ее перегрева и оплавления. Соблюдение величины f в указанном диапазоне значений и расчет на ее основе величины h приводит к тому, что после достижения необходимого уровня ванны расплавленного металла плотность тока в шлаке у ее поверхности повышается, что способствует увеличению тепловыделения в данной области шлаковой ванны.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематически изображено устройство для электрошлаковой наплавки
плоских поверхностей, где на фиг.1 показан вид сверху устройства, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Устройство состоит из водоохлаждаемого кристаллизатора, выполненного из верхней 1 и нижней 2 частей, разделенных диэлектрической прокладкой 3, и охладителя 4. Верхняя часть кристаллизатора по всей высоте внутренней полости защищена электропроводной футеровкой 5 в виде сплошного графитового кольца и снабжена токоподводящим элементом 6 в виде пластины, приваренной к свободной торцевой поверхности кристаллизатора со стороны охладителя 4. Нижняя часть кристаллизатора высотой, определяемой по формуле Н=kb, где b - толщина слоя наплавленного металла равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм; k - коэффициент, выбираемый из диапазона значений 3÷7, имеет внутреннюю полость, по форме и размерам поперечного сечения повторяющую полость, ограниченную футеровкой 5 верхней части 1 кристаллизатора, образуя общую внутреннюю полость 7 кристаллизатора. Со стороны внутренней полости в нижней части 2 кристаллизатора выполнен кольцевой паз, в котором расположен элемент 8 из диэлектрического огнеупорного материала высотой, определяемой по формуле h=Н-b-f, где Н - высота нижней части кристаллизатора, мм; b - толщина слоя наплавленного металла равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм; f - конструктивная величина, выбираемая из диапазона 6÷10 мм. Внутренняя полость 7 кристаллизатора у поверхности наплавляемого изделия переходит в полость 9 для выхода наплавляемого металла, выполненную в нижней части 2 кристаллизатора и охладителя 4. Система охлаждения 10 кристаллизатора реализована при помощи трубок и карманов, приваренных к боковым поверхностям верхней части кристаллизатора со стороны полости для выхода наплавляемого металла и стороны противоположной ей. Возможно выполнение охлаждающих каналов непосредственно в корпусе кристаллизатора.
Электрошлаковая наплавка с использованием предлагаемого устройства осуществляется следующим образом: рассчитывают необходимую высоту нижней части 2 кристаллизатора и глубину кольцевого паза, устанавливают в паз диэлектрический огнеупорный элемент 8 и производят сборку частей кристаллизатора, устанавливают устройство на поверхность изделия, поместив на него в полость для выхода наплавляемого металла пластину для осуществления старта наплавки, подключают кристаллизатор к источнику тока, затем во внутреннюю полость 7 кристаллизатора заливают шлак или наводят шлаковую ванну неплавящимся электродом непосредственно в ней, таким образом, чтобы верхний уровень шлаковой ванны перекрывал диэлектрическую прокладку 3 между частями кристаллизатора. Проходящий через шлак ток, обеспечивает выделение в нем тепловой энергии, затрачиваемой на плавление присадочного материала и на поддержание его в жидком состоянии. При этом конструктивные особенности кристаллизатора позволяют достичь преимущественного выделения тепла в шлаке в области формирования наплавляемого металла. Причем тепловая энергия выделяется на периферии шлаковой ванны, отличающейся интенсивным теплоотводом к стенкам кристаллизатора, что способствует выравниванию температурного поля в сечении шлаковой ванны перпендикулярном направлению наплавки, обеспечивая равномерное проплавления наплавляемого изделия. Включают подвод охлаждающей жидкости и начинают подачу присадочного материала. После формирования металлической ванны достаточной глубины начинают перемещение кристаллизатора, при котором жидкий металл поступает в полость для выхода наплавляемого металла и кристаллизуется под охладителем 4.
Пример.
Практический пример применения устройства реализован при электрошлаковой наплавке плоских изделий в горизонтальном положении. Осуществляли электрошлаковую наплавку слоя толщиной 3 мм на
поверхность пластин размером 300×150 мм из стали Ст3 двумя присадочными проволоками ПП-Нп-220Х26М6Н2 диаметром 3 мм.
Высота нижней части кристаллизатора Н составляла 18 мм, при этом коэффициент k принимался равным 6. Рассчитанные с учетом величины f равной 6 мм, глубина кольцевой проточки h и толщина элемента из огнеупорной керамики составляли 9 мм. Наплавку на флюсе АН-22 вели на постоянном токе прямой полярности, при этом применялся жидкий старт процесса, путем заливки в полость кристаллизатора заранее приготовленного шлака. Величина тока, протекающего через шлак, составляла I=250 А. При этом потребляемая устройством мощность не превышала 8 кВт. Объем жидкого металла контролировали с помощью датчиков уровня металлической ванны, встроенных в нижнюю часть кристаллизатора. Температуру шлаковой ванны контролировали вольфрам-рениевыми и вольфрам-молибденовыми термопарами с записью результатов на многоканальном потенциометре КСП-4.
Выделяющегося в шлаке тепла было достаточно для эффективного плавления присадочной проволоки и поддержания металлической ванны в жидком состоянии. При этом равномерное распределение температурного поля в осевом сечении шлаковой ванны перпендикулярном направлению наплавки обеспечило равномерное проплавление наплавляемых пластин и качественное их сплавление с наплавляемым металлом.
Таким образом, предлагаемое техническое решение при сравнительной простоте конструкции позволяет повысить эффективность использования потребляемой устройством мощности и снизить энергозатраты по сравнению с известным устройством.
Claims (3)
1. Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей, содержащее водоохлаждаемый кристаллизатор и охладитель, отличающееся тем, что водоохлаждаемый кристаллизатор, состоит из двух частей, расположенных по высоте, имеющих внутреннюю полость и изолированных друг от друга диэлектрической прокладкой, причем верхняя часть снабжена токоподводящим элементом в виде пластины и имеет электропроводную защитную футеровку в виде сплошного графитового кольца, в нижней части со стороны внутренней полости кристаллизатора выполнен кольцевой паз, в котором расположен элемент из диэлектрического огнеупорного материала, при этом на торцах нижней части кристаллизатора и охладителя, примыкающих к наплавляемому изделию, выполнены полости для выхода наплавленного металла.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота нижней части кристаллизатора определяется по формуле Н=kb,
где Н- высота нижней части кристаллизатора, мм;
k - коэффициент, определяющий расстояние от поверхности наплавляемого изделия до диэлектрической прокладки;
b - толщина слоя наплавленного металла, равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что глубина кольцевого паза с установленным в нем диэлектрическим огнеупорным элементом определяется по формуле h=Н-b-f,
где h - глубина кольцевого паза и толщина диэлектрического огнеупорного элемента, мм;
Н - высота нижней части кристаллизатора, мм;
b - толщина слоя наплавленного металла равная высоте полости для выхода наплавленного металла, мм;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008150017/22U RU82615U1 (ru) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008150017/22U RU82615U1 (ru) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU82615U1 true RU82615U1 (ru) | 2009-05-10 |
Family
ID=41020352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008150017/22U RU82615U1 (ru) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU82615U1 (ru) |
-
2008
- 2008-12-17 RU RU2008150017/22U patent/RU82615U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104826997B (zh) | 铸造冒口感应加热装置及铸造冒口感应加热方法 | |
CN111940704A (zh) | 电炉熔炼异质锭的方法 | |
CN106270423B (zh) | 一种导电结晶器电渣重熔控制铸锭凝固组织方向的方法 | |
US3670089A (en) | Apparatus for electroslag remelting of metals with molten slag introduction | |
JP3949208B2 (ja) | 連続鋳造体を製造するための金属の再溶解方法およびそれに用いる装置 | |
US7849912B2 (en) | Process for electroslag remelting of metals and ingot mould therefor | |
JP4678592B2 (ja) | 連続鋳造装置 | |
KR20130094332A (ko) | 비전기 슬래그 재용융식 청정 금속 잉곳몰드 | |
US3768543A (en) | Electro-slag furnace for producing continuous ingot | |
RU82615U1 (ru) | Устройство для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей | |
CN109047685B (zh) | 一种制备钢锭的方法 | |
US5963579A (en) | Method of heating a molten metal in a continuous casting tundish using a plasma torch, and tundish for its implementation | |
JP5203680B2 (ja) | 金属のエレクトロスラグ再溶解のプロセスおよびこれに使用されるインゴット・モールド | |
JPS635354B2 (ru) | ||
JP4505811B2 (ja) | 合金溶湯の鋳造方法 | |
RU90727U1 (ru) | Устройство с прижимом для электрошлаковой наплавки плоских поверхностей | |
RU2397851C1 (ru) | Способ электрошлаковой наплавки плоских поверхностей | |
SU359964A1 (ru) | Установка дл электрошлакового переплава | |
RU2428278C2 (ru) | Водоохлаждаемая форма для электрошлакового литья заготовок | |
JPS62502598A (ja) | エレクトロスラグ再溶融により中空のビレツトを製造する方法及びその方法を実施する装置 | |
KR20120087524A (ko) | 침지노즐 막힘 방지 장치 | |
RU2139362C1 (ru) | Кристаллизатор для электрошлаковой наплавки | |
JPS6340664A (ja) | 金属溶解精錬用水冷鋳型 | |
RU2093329C1 (ru) | Способ электрошлаковой наплавки и устройство для его осуществления | |
JPH0242018B2 (ru) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090523 |