RU138265U1

RU138265U1 - VACUUM ARC SKIN FURNACE

Info

Publication number: RU138265U1
Application number: RU2013140504/02U
Authority: RU
Inventors: Вадим Николаевич Федотов; Игорь Юрьевич Пузаков; Александр Анатольевич Маньков
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2014-03-10

Abstract

Вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, кристаллизатор с механизмом подъема, плавильный тигель с механизмом наклона, отличающаяся тем, что кристаллизатор выполнен с дополнительным контактным фланцем на его образующей, а печь снабжена системой дозированного слива расплава в кристаллизатор, состоящей из весовых датчиков, расположенных на подвижных опорах механизма подъема кристаллизатора, разделительного устройства с вакуумным уплотнением, обеспечивающего герметичность стыковки кристаллизатора в вакуумном объеме печи между опорным фланцем разделительного устройства и контактным фланцем кристаллизатора, и блока автоматического регулирования дозирования слива расплава, обрабатывающего сигналы весовых датчиков и передающего команду на исполнительный механизм об изменении угла наклона плавильного тигля при отклонении от заданного веса слитого металла в кристаллизатор, который дополнительным контактным фланцем установлен на весовые датчики.A vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a mold with a lifting mechanism, a melting crucible with a tilt mechanism, characterized in that the mold is made with an additional contact flange on its generatrix, and the furnace is equipped with a dosed melt discharge system into a mold consisting of weight sensors located on the movable supports of the mold lifting mechanism, a separation device with a vacuum seal, ensuring tightness docking of the mold in the vacuum volume of the furnace between the support flange of the separation device and the contact flange of the mold, and the automatic control unit for dispensing the melt drain, which processes the signals of the weight sensors and sends a command to the actuator to change the angle of inclination of the melting crucible when deviating from the specified weight of the molten metal into the mold, which has an additional contact flange mounted on the weight sensors.

Description

Полезная модель относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использована для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении.The utility model relates to electrometallurgy, in particular to the design of vacuum arc skull furnaces, and can be used for smelting ingots from refractory highly reactive metals and alloys, mainly titanium, used in aerospace engineering and shipbuilding.

При плавке в вакуумных дуговых гарнисажных печах для плавления расходуемого электрода и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. При этом одним из электродов является шихтовой материал, а расходуемым электродом для получения слитков служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж. Плавка производится в вакуумном пространстве, что необходимо для отведения из расплава газовых примесей. В качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. Плавка производится до достижения необходимого уровня жидкого расплава в тигле, после чего производится слив расплава из тигля в кристаллизатор через носок тигля. Сливаемая масса расплава составляет около одной трети от жидкой фазы, находящейся в тигле. При этом слив расплава в кристаллизатор производится поворотом тигля на угол, обеспечивающий при сливе требуемую массу слитка, а контроль уровня жидкого металла в кристаллизаторе осуществляется визуально при помощи оптического наблюдения. Геометрическая форма ванны жидкого металла в тигле различна от плавки к плавке, поскольку в значительной степени зависит от способа укладки, состава и количества шихтового материала. В связи с этим масса сливаемого расплава в кристаллизатор при одном и том же угле наклона тигля различна. Поэтому для получения слитка заданной массы и обеспечения безопасности процесса требуется точная дозировка металла, сливаемого из тигля в кристаллизатор.When melting in vacuum arc skull furnaces for melting a consumable electrode and charge material laid in a crucible, a high-power electric arc is used as a heating source. In this case, one of the electrodes is charge material, and the consumable electrode for obtaining ingots is the skull formed on the previous melting in the crucible. Melting is carried out in a vacuum space, which is necessary for the removal of gas impurities from the melt. An electric arc of high power is used as a heating source. Melting is carried out until the required level of liquid melt in the crucible is reached, after which the melt is drained from the crucible into the mold through the toe of the crucible. The drained mass of the melt is about one third of the liquid phase in the crucible. In this case, the melt is drained into the mold by turning the crucible through an angle, which ensures the required mass of the ingot when draining, and the level of liquid metal in the mold is monitored visually by optical observation. The geometric shape of the molten metal bath in the crucible is different from smelting to smelting, since it largely depends on the laying method, composition and amount of charge material. In this regard, the mass of the melt being drained into the mold at the same crucible tilt angle is different. Therefore, to obtain an ingot of a given mass and to ensure the safety of the process, an accurate dosage of the metal being drained from the crucible to the mold is required.

Известна вакуумно-дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с закладным стержнем и закладной задней стенкой с контрольными термопарами (патент РФ №2194780, публ. 20.12.2002 г.).Known vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a consumable electrode-skull, a mold, a water-cooled crucible with a embedded core and embedded rear wall with control thermocouples (RF patent No. 2194780, publ. 12.20.2002).

Недостатками известной печи являются наличие визуального контроля уровня сливаемого металла, который является субъективным и во многом зависит от опыта плавильщика, что не обеспечивает постоянность массы кристаллизующегося слитка. Отсутствие автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе и блокировок превышения уровня над допустимым при недостаточной квалификации плавильщика может привести к переливу металла и повреждению элементов печи. Кроме того, оптическая система наблюдения предусматривает наличие в корпусе печи оптически прозрачных стекол, однако во время плавки происходит выделение в объем печи летучих образований, загрязняющих поверхности стекол, что требует дополнительных мероприятий по их защите и обслуживанию.The disadvantages of the known furnace are the presence of visual control of the level of the metal being drained, which is subjective and largely depends on the experience of the smelter, which does not provide a constant mass of the crystallizing ingot. The lack of automatic control of the metal level in the mold and blocking of the excess of the level above the permissible level with insufficient qualification of the smelter can lead to overfilling of the metal and damage to the furnace elements. In addition, the optical monitoring system provides for the presence of optically transparent glasses in the furnace body, however, during melting, volatile formations are contaminated into the furnace volume, polluting the glass surfaces, which requires additional measures for their protection and maintenance.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности и надежности работы печи, повышение точности массы получаемого слитка, улучшение условий эксплуатации и обслуживания.The aim of the invention is to ensure the safety and reliability of the furnace, increasing the accuracy of the mass of the obtained ingot, improving the conditions of operation and maintenance.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является создание возможности регулирования сливом расплава в кристаллизатор в автоматическом режиме.The technical result achieved by the implementation of the utility model is the creation of the possibility of regulating the discharge of the melt into the mold in automatic mode.

Указанный технический результат достигается тем, что вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, кристаллизатор с механизмом подъема, плавильный тигель с механизмом наклона, согласно полезной модели печь снабжена системой дозированного слива расплава в кристаллизатор, состоящей из кристаллизатора с выполненным на его образующей дополнительным контактным фланцем, которым он установлен на весовые датчики, расположенные на подвижных опорах механизма подъема, разделительного устройства с вакуумным уплотнением, обеспечивающего герметичность стыковки кристаллизатора в вакуумном объеме печи между опорным фланцем печи и фланцем кристаллизатора, блока автоматического регулирования дозирования слива расплава, обрабатывающего сигналы датчиков и передающего команду на исполнительный механизм об изменении угла наклона плавильного тигля при отклонении от заданного веса слитого металла в кристаллизатор.The specified technical result is achieved in that a vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a mold with a lifting mechanism, a melting crucible with a tilt mechanism, according to a utility model, the furnace is equipped with a dosed melt discharge system into a mold consisting of a mold with a mold an additional contact flange, by which it is mounted on weight sensors located on the movable supports of the lifting mechanism, dividing devices with a vacuum seal, which ensures tightness of the docking of the mold in the vacuum volume of the furnace between the support flange of the furnace and the mold flange, a unit for automatically regulating the dosage of the melt drain, processing the sensor signals and transmitting a command to the actuator to change the angle of inclination of the melting crucible when deviating from the specified weight of the melted metal into the mold.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена вакуумная дуговая гарнисажная печь в разрезе вдоль оси тигля. На фиг. 2 изображен узел кристаллизатора с системой дозированного слива расплава, на виде а) приведен узел до стыковки с камерой печи, на виде б) узел показан во время слива в него расплава.In FIG. 1 shows a vacuum arc skull furnace in a section along the axis of the crucible. In FIG. Figure 2 shows the crystallizer assembly with a dosed melt discharge system; in view a) the assembly is shown before docking with the furnace chamber; in view b) the assembly is shown during the melt discharge into it.

Печь состоит из вакуумной водоохлаждаемой камеры 1, электрододержателя 2, водоохлаждаемого плавильного тигля 3 с механизмом наклона 4, пристыкованного снизу кристаллизатора 5 с механизмом подъема 6. Система дозированного слива расплава состоит из кристаллизатора с дополнительным контактным фланцем 7, установленного на весовые датчики 8. К корпусу водоохлаждаемой камеры печи крепится разделительное устройство 9 с наличием нижнего опорного фланца 10. Между опорным фланцем разделительного устройства и контактным фланцем кристаллизатора размещено вакуумное уплотнение 11. Сигнал от весовых датчиков поступает в блок автоматического регулирования дозирования слива расплава (не показан) для обработки и передачи команды на механизм наклона плавильного тигля.The furnace consists of a vacuum water-cooled chamber 1, an electrode holder 2, a water-cooled melting crucible 3 with a tilt mechanism 4, docked at the bottom of the mold 5 with a lifting mechanism 6. The dosed melt discharge system consists of a mold with an additional contact flange 7 mounted on weight sensors 8. To the housing of the water-cooled chamber of the furnace, a separation device 9 is attached with a lower support flange 10. Between the support flange of the separation device and the contact flange of the mold a vacuum seal is placed 11. The signal from the weight sensors enters the automatic control unit for dispensing the melt drain (not shown) for processing and transmitting a command to the tilt mechanism of the melting crucible.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В плавильный тигель, установленный на поворотную раму, укладывается шихта, на электрододержатель навешивается расходуемый электрод-гарнисаж, изготовленный при предыдущих плавках. Кристаллизатор для стыковки с печью подводится снизу подъемным механизмом, помещается в камеру печи и соединяется с системой водооборота, После пристыковки контактного фланца кристаллизатора к опорному фланцу разделительного устройства (например, сильфона) по вакуумному уплотнению печь вакуумируют. При вакуумировании объема печи герметизация стыка обеспечивается жесткостью разделительного устройства и силой атмосферного давления на опорный фланец, т.к. диаметр вакуумного уплотнения выполнен больше среднего диаметра разделительного устройства. Весовые датчики преобразуют линейное перемещение от нагрузки в приложенное усилие нагрузки и имеют малую потребную величину линейного перемещения (например, пьезометрические датчики). Датчики размещены под контактным фланцем кристаллизатора для устранения погрешности взвешивания от теплового расширения кристаллизатора. Блок обработки данных снимает показания с датчиков, с учетом приложенных сил атмосферного давления, вакуумирования, сил жесткости разделительного устройства, рассчитывает базовую точку нулевой массы расплава в кристаллизаторе, и показания весовых датчиков обнуляются. Для зажигания дуги между шихтой в тигле и электродом-гарнисажем подается электрический ток через две ветки электрической цепи. По заданным режимам осуществляется плавка и наступает момент слива расплава в кристаллизатор. При сливе датчики фиксируют величину нагрузки на кристаллизатор от величины слитого металла. После достижения массы расплава в кристаллизаторе заданной величины блок обработки передает сигнал на механизм наклона плавильного тигля об изменении угла.A charge is placed in a melting crucible mounted on a rotary frame, a consumable electrode-skull made from previous melts is hung on the electrode holder. The mold for docking with the furnace is led from below by a lifting mechanism, placed in the furnace chamber and connected to the water circulation system.After the mold contact flange is joined to the support flange of a separation device (for example, a bellows), the furnace is vacuum evacuated. When evacuating the furnace volume, the joint sealing is ensured by the stiffness of the separation device and the force of atmospheric pressure on the support flange, because the diameter of the vacuum seal is made larger than the average diameter of the separation device. Weight sensors convert linear displacement from load into applied load force and have a small linear displacement required (for example, piezometric sensors). Sensors are placed under the mold contact flange to eliminate weighing errors from the thermal expansion of the mold. The data processing unit takes readings from the sensors, taking into account the applied atmospheric pressure, vacuum, stiffness forces of the separation device, calculates the base point of the zero mass of the melt in the mold, and the weight sensors are reset. To ignite the arc between the charge in the crucible and the electrode-skull is supplied with electric current through two branches of the electric circuit. According to the given modes, melting is carried out and the moment of melt discharge to the crystallizer occurs. When draining, the sensors record the amount of load on the mold from the size of the fused metal. After reaching the mass of the melt in the mold of a given value, the processing unit transmits a signal to the tilt mechanism of the melting crucible about the change in angle.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить безопасность и надежность работы печи, увеличить точность массы получаемого слитка, улучшить условия эксплуатации и обслуживания.Thus, the proposed device can improve the safety and reliability of the furnace, increase the accuracy of the mass of the obtained ingot, improve operating and maintenance conditions.

Claims

A vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a mold with a lifting mechanism, a melting crucible with a tilt mechanism, characterized in that the mold is made with an additional contact flange on its generatrix, and the furnace is equipped with a dosed melt discharge system into a mold consisting of weight sensors located on the movable supports of the mold lifting mechanism, a separation device with a vacuum seal, ensuring tightness with pumping molds in the vacuum volume of the furnace between the support flange of the separation device and the contact flange of the mold, and the automatic control unit for dispensing the melt drain, which processes the signals of the weight sensors and sends a command to the actuator about changing the angle of inclination of the melting crucible when the metal is deviated from the set weight of the molten metal, which has an additional contact flange mounted on the weight sensors.