Печь для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ"

Союз Советскмк

Сециалистмческмк

Республик ()646788 (61) Дополмительмое к авт. свмд-ву (22) Заявлено 10.09.75 (21) 2173054/02 с прмсоедммеммем заявки Ио

С 21 С 5/5б

F 27 В 9/04

С 22 В 4/08

Государственный комнтет

СССР по делам ндобретеннй н открытнй (23) ПриоритетОпубликовано 2508.79 Бюллетень Но 31

Дата опубликования опмсвммя 2508.79 (,Я) УДК б 2 1. 3 б 5 .,22(088,8) (72) Авторы изобретения

В. В. Блошенко, С.М. Бейзеров, А.Н,Дерюгин и В,А.Ильин (71) Заявитель (54) ПЕЧЬ ДЛЯ ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ПЛАВКИ

ВЫСОКОРЕАКЦИОННЫХ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к области вакуумной металлургии и может быть использовано нри выплавке титана, молибдена, вольфрама, циркония и других высокореакционных металлов.

Изобретение может быть успешно использовано и в плавильно-литейных агрегатах для гарниссажной плавки металлов, в частности титановых сплавов.

Известно устройство для вакуумной дуговой гарниссажной плавки титана и его сплавов, в котором внешний участок жидкометаллнческого контура отсутствует {1) . 15

Эвтектнческий сплав Na-К находится только в полости охлаждения, имеющей расширительную камеру. В объеме этого теплоносителя расположен водоохлаждаемый теплообменник из двухслойных труб " продольными сигнальными каналами на смежных поверхностях. Каналы между слоями выполнены для получения сигнала о появлении течи воды или эвтектического сплава

Na-К в случае дефекта в трубах теплообменника. Однако стремление искЛючить вероятность контакта воды и сплавФ Na. -К за счет специально предусмотренных конструктивных элементов ЗО и непрерывного контроля герметичности теплообменника s процессе плавок приводит к усложнению конструкции агрегата и снижению надежности era работы, но принципиально такой контакт не исключают.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является печь для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, содержащая кристаллизатор, расположенный под вакуумной камерой, съемный поддон и электрододержатель, полости охлаждения каждого иэ котсрых заполнены жидкометаллическим теплоносителем (2).

На случай термического расширения жидкометаллического теплоносителя в контуре предусмотрена расширительная емкость, заполненная нейтральным газом (аргоном). В системе предусмотрен дополнительный контур очистки жидкометаплического теплоносителя от окислов

Однако в таком агрегате из внешней части контура в процессе эксплуатации может произойти выброс жидкого щелочного металла в результате корроэионно-эроэионного разрушения тываняе при падении давления в полости ниже 1,5-1 ата.

На фяг.1 показана печь в разрезе для вакуумной плавки эысокореакционных металлов, общий вид1 на фиг.2 узел 1 яа фиг.1 (индикатор. печи).

Кристалляэатор печи имеет рабочую стенку 1 и рубашку 2 полости охлаждения, в средней части которой установлен многолиязовый компенсатор 3 для снятия осевых деформирующих нагрузок, возникающих при термическом расширении кристаллизатора в процессе плавки. В полости 4 охлаждения, заполненной жидкометаллическим теплоносителем (например, эвтектическим

Na-К сплавом 22-27, имеющим отрицательную температуру плавления -12 С), расположен трубчатый теплообменник 5, охлаждаемый изнутри химически нейтральным к Na-К сплаву и воде охладителем. В качестве таких охладителей могут быть применены ионные и кремнийорганические теплоносители, в частности из ионных - дифенильная смесь,(26,5% дифеннла и 73,5% дифенилового эфира) с температурой плав" леняя -12ОC н кипения при атмосферном давлении 258ОС, из кремняйоргаиических - силикон с температурой плавления -60 С и кипения 306 С. Между рабочей стенкой 1 кристаллиэатора и трубами теплообменника 5 s полости охлаждения кристаллизатора установ». лен круговой полый экран б, который с рабочей стенкой и рубашкой образует замкнутый теплообменный контур, за- полненный жидкометаллическим теплоносителем и защищает теплообменник

5 от разрушающего действия дуги в случае сквозного проплавленяя рабочей стенки 1 кристаллизатора. Через трубку 7 полость экрана заполняется аргоном до давления 1,1 ата. На экране 6 установлен злектроконтактный манометр 8, настроенный на срабатывание при давлении ниже 1,05-1 ата.

На торцовой части экрана б в несколько заходов навиты полосы (по типу шнека), которые со стенками экрана и рубашки образуют многоэаходные винтовые каналы 9 (на фиг.1 показаны условно).

Напротив каналов 9 снаружи кристаллизатора установлены электромагнитные нагнетатели 10 (например„ статоры переменного тока), которые вращающимся электромагнитным полем побуждают Иа-К сплав двигаться по каналам, а, следовательно, и во всем контуре, Кристаллизатор снизу закрыт откидным.охлаждаеьим поддоном 11, полость охлаждения которого соединена с полостью кристаллиэатора гибким герметичным металлорукавом 12. Верхняя часть кристаллизатора гибким металлорукавом 13 присоединена к расширительной камере 14 с контактным ма3 646788 трубопроводов, вызываемого движущимся жидкометаллическим теплоносителем, Прогноз и контроль этого вида разрушения весьма ограничен. Кроме того, трубопроводы контура в случае нарушения очистки эвтектического сплава в системе охлаждения подвержены плот- 5 ной закупорке твердыми окислами теплоносителя, что может привести к аварии. В результате этого эксплуатация внешней части жидкометаллического контура становится опасной, а также 1О резко снижается надежность работы плавильного агрегата. Кроме того, разрушение труб в воздушном или водяном теплообменнике может вызвать пожар или взрыв. 15

С целью обеспечения взрывобезопасности и повышении надежности работы и безопасности обслуживания плавильной печи, она снабжена установленными в полости охлаждения трубчатыми 2Î теплообменниками, заполненными химически нейтральным к жидкометаллическому теплоносителю.охладителем и соединенными в замкнутый контур, при этом между рабочей стенкой кристал- 25 лизатора и его трубчатым теплообменником установлен полый цилинд-. рический экран с индикатором течи в его нижней части, образующий со стенками кристаллизатора теплообменный контур, а в верхней и нижней частях рубашки кристаллизатора выполнены многозаходные винтовые каналы, напротив которых с внешней стороны рубашки установлены электромагнитные нагнетатели.

Электроконтактный индикатор течи установлен в нижней части полости экрана для контроля целостности рабочей стенки кристаллиэатора и стенки самого экрана. С этой же целью к газозаполненному пространству экрана присоединен электроконтактный . манометр настроенный на срабатывание при падении давления ниже 1,05-1 ата..

Для контроля целостности теплообмен- 45 ника кристаллизатора, вакуумной камеры, поддона и электрододержателя и. стенок этих узлов иа расширительной камере установлен электроконтактный манометр, настроенный на срабатыва- 50 иие при снижении давления ниже 1,051 ата, соответствующего нарушению герметичности стенок узлов, и при повышении давления выше 1,6-1,7 ата, соответствующего нарушению герметич-. 55 ности теплообменников, при этом электроконтактный манометр, установленный на расширительной камере циркуляционного (дифенильного) контура, настроен на срабатывание при падении 60 давления ниже установленного рабочего давления на 0,02-0,3 ата. Для контроля герметичности электрододержителя в газозаполненном пространстве его установлен электроконтактный манометр, настроенный иа сраба646

Формула изобретения

5 нометром 15, настроенным на срабатывание при давлении ниже 1,05-1 ата при нарушении целостности стенок кристаллиэ атора поддона, вакуумной камеры и при давлении 1,6-1,7 ата при нарушении герметичности теплообменника этих узлов. Вакуумная каме- 5 ра 16 с крышкой 17 соединена с расширительной камерой 14 патрубком.

Полость охлаждения камеры заполнена

Na-К сплавом, в объеме которого размещены трубки теплообменника (анало- 1О гично кристаллизатору).

Электрододержатель 18 на 2/3 заполнен жидкометаллическим теплоносителем, в объеме которого размещен змеевик 19. Для контроля эа давлением газовой (At) подушки в газоэаполненном пространстве электрододержа- теля установлен контактный манометр

20, настроенный на срабатывание при снижении давления ниже 1,051 ата. По трубопроводам 21 в тепло2О обменники узлов печи подается дифе;нильная смесь, охлажденная в водяном теплообменнике 22. Циркуляция теплоносителя в контуре осуществляется насосом 23. На контуре имеется расширительная емкость 24, заполненная азотом или аргоном. Давление газовой среды в расширительной емкости 24 фиксирует электроконтактный манометр 25, настроенный на срабатывание при снижении давления ниже установленного рабочего на 0,2-0,3 ата, что является сигналом о нарушении герметичности контура дифенильной смеси, в том числе и теплообменников узлов.

Для слива дифенильной смеси предусмотрена сливная емкость 26. Вода в водяной теплообменник подается насосом 27.

Индикатор 28 течи (фиг.2) экрана 4О

6(например, автомобильная свеча) соединен с источником 29 питания и сигнальной лампой 30. При попадании жидкого металла на контакты в случае протечки жидкометаллического тепло- 45 носителя электрическая цепь заьыкается, о чем сигнализирует лампа.

После закрепления расходуемого электрода на электрододержателе и подъема вакуума в печи подают напряжение и осуществляют рабочий процесс плавки. Эона горения, дуги по мере расходования электрода и роста слитка постепенно перемещается снизу вверх. При этом рабочая стен,ка 1 кристаллизатора, стенка поддона 11, стенка вакуумной камеры 16 и стенка электрододержателя 18 воспринимают тепло дуги и передают его жидкометаллическому теплоносителю, @ а затем через теплообменники этих узлов тепло передается дифенильной смеси, циркулирующей в замкнутом теплообменном контуре. Охлажденная в водяном теплообменнике 22 смесь с помощью "насоса 23 по трубонрово788 6 дам 21 возвращается в теплообменни ки узло в.

Теплопередача в электрододержателе 18, вакуумной камере 16 и поддоне 11 осуществляется при естественной конвекции Na-К сплава в полостях охлаждения. В кристаллизаторе, в самом теплонапряженном узле печи, где естественная конвекция недостаточна для поддержания низких (250-300) температурных уровней стенки, движение металла осуществляется эа счет электромагнитных нагнетателей 10, которые, вращая металл в многозаходных винтовых каналах 9, заставляют его двигаться в контуре, образованном полым экраном 6, стенками 1 и 2 и навитыми специально для этого полосами ° Этим интенсифицируется процесс теплоотдачи в полости охлаждения.

Нагнетатели 10 установлены на торцах кристаллизатора для того, чтобы исключить влияние электромагнитного поля на дуговой процесс и процесс кристаллизации слитка.

В начале плавки, когда дуга горит в нижней части кристаллизатора, работает верхний нагнетатель. После того, как процесс плавки начинает идти выше середины кристаллизатора, происходит автоматическое переключение и начинает работать нижний нагнетатель, а верхний отключается.

В конце плавки отключается напряжение на электрод, но система охлаждения продолжает работу., Основной аварийной ситуацией может быть проплавление стенки 1 кристаллиэатора и поддона 11, прн этом срабатывает контактный манометр

15 иа камере 14. Печь автоматически отключается. При более глубоком разрушении, когда поврежден защитный экран 6, срабатывает электроконтактиый индикатор 28 течи, электроконтактный манометр 8 и подается два сигнала на автоматическое отключение печи. О нарушении герметичности (целостности) электрододержателя сигнализируют электроконтактный манометр

20, а дифенильного контура - электроконтактный манометр 25 ° данная конструкция печи для вакуумной дуговой плавки высокореакциониых металлов совместно с использоваииыве s ней электроконтактными сигналиэаторами принципиально устраняет возможность взрыва в случае проплавлеиия стенки кристаллиэатора, повышает, безопасность обслуживания и надежность работы плавильного агрегата. Печь для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, содержащая кристаллиэ атор, расположенный

Составитель Т.Прусс

Техред И.Асталош Корректор Л.Гриценко

Редактор Е.Месропова

Эаказ 4840/1 Тираж 653 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7Х-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

7 6 под вакуумной камерой, съемный поддон и элйктрододержатель, полости охлаждения каждого иэ которых заполнены жидкометаллическим теплоносителем,отличающаяся тем, что, с целью обеспечения взрывобезопасности и повышения надежности работы и безопасности обслуживания плавильной печи, она снабжена установленными в полостях:охлаждения трубчатыми теплообменниками, за.полненными химически нейтральным к жидкометаллическому теплоносителю охладителем и соединенными в замкнутый контур, при этом между рабочей стенкой кристаллизатора и его труб46788 8 чатым теплообменником размещен полый ,цилиндрический экран с индикатором течи в его нижней части, образующий со стенками кристаллизатора теплообменный контур, а в верхней и нижней частях рубашки кристаллизатора

5 выполнены многозаходные винтовые каналы, напротив которых с внешней стороны рубашки установлены электромагнитные нагнетатели, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 355873, кл. С 22 В 53/00, 1971.

2.Проспект фирмы Zeybold-Heraeus

Anlagenblatt Nr Ь 1/A 03, 1971.