ВАКУУМНО-ДУГОВАЯ ГАРНИСАЖНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1995 года по МПК C22B9/21 F27B3/08 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, и используется, в частности, для плавки высокореакционных металлов и сплавов.

Известна гарнисажная печь для плавки высокореакционных металлов и сплавов, включающая вакуумную камеру с размещенным в ней охлаждаемым металлическим тиглем и укрепленным на корпусе камеры электрододержателем.

Недостатком данной печи является повышенная жароопасность, возникающая в тигле при контакте жидкометаллического агента с воздухом и водой. В качестве жидкометаллического агента используется, например, эвтектический сплав калий-натрий. Однако как показывает опыт эксплуатации дуговых печей с жидкометаллическим охлаждением такие системы дороги и требуют специальных мер предосторожности.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является вакуумно-дуговая гарнисажная печь, включающая вакуумную камеру с размещенными в ней водоохлаждаемым графитовым тиглем и электрододержателем, а также закрепленным на стенке камеры поворотным токовводом и системы водоохлаждения.

К недостаткам известной печи относятся повышенная взрывоопасность, обусловленная попаданием в расплав не мерного количества воды в результате случайного проплавления электрической дугой стенки тигля. В этом случае начинается бурное парообразование и взаимодействие воды с расплавленным металлом с выделением газообразного водорода. Пароводородная смесь в камере печи достигает давления, превышающего в несколько раз атмосферное, что служит причиной разгерметизации печи, поступления воздуха в печь и образования взрывоопасной "гремучей смеси". При взрыве происходит разрушение тигля и печи.

Кроме того, использование в печи графитового тигля приводит к тому, что, когда горит дуга, гарнисаж принимает углерод, который идет в расплав. Соответственно это приводит к ухудшению качества расплава.

Предлагаемая вакуумно-дуговая гарнисажная печь, включает вакуумную камеру с размещенными в ней водоохлаждаемыми тиглем и электрододержателем, поворотный токоввод, смонтированный на стенке камеры, и систему водоохлаждения. Отличие предложенной конструкции вакуумно-дуговой гарнисажной печи от известной заключается в том, что тигель печи выполнен секционным, а печь снабжена вакуумным конденсатором, выполненным в виде емкости с водоохлаждаемыми патрубками, последовательно соединенными между собой через трубки, приваренные к стенкам емкости, а в нижней части конденсатора смонтированы контрольный бак, мерная емкость и коллектор с электромагнитными клапанами, автономно соединенными с секциями тигля, причем токоввод выполнен с водоохлаждаемым паропроводом, смонтированным в нем соосно.

Оснащение печи вакуумным конденсатором, контрольным баком и мерной емкостью позволит осуществить контроль массы воды, циркулирующей в первичном контуре, благодаря чему исключается возможность взрыва печи.

Выполнение токоввода с воздухоохлаждаемым паропроводом позволит исключить конденсацию пара в паропроводе и тем самым недопустить попадания конденсирующей воды в одну из стенок тигля и предотвратить неравномерность его охлаждения.

Выполнение тигля секционным позволит осуществить автономное охлаждение его элементов с подачей через электромагнитные клапаны и тем самым обеспечить контроль и управление через ЭВМ теплонагруженных стенок тигля.

На фиг.1 показан общий вид печи; на фиг.2 узел I на фиг.1.

Вакуумно-дуговая гарнисажная печь включает вакуумную камеру 1 с размещенными в ней водоохлаждаемыми электрододержателем 2 и металлическим секционным тиглем 3, герметичные секции которого связаны через электромагнитные клапаны 4 и коллектор 5 с вакуумным конденсатором 6, под которым установлен контрольный бак 7 и связанная с ним мерная емкость 8.

Вакуумный конденсатор выполнен в виде стационарно установленной емкости с водоохлаждаемыми патрубками 9, последовательно соединенными между собой через трубки 10, приваренные к стенкам 11 емкости.

В стенке 12 вакуумно-дуговой гарнисажной печи установлен поворотный токоввод 13, внутри которого стационарно относительно токоввода и соосно ему смонтирован воздухоохлаждаемый паропровод 14. В системе водоохлаждения 15 между вакуумным конденсатором и токовводом стационарно смонтирован герметичный узел 16.

Работа вакуумно-дуговой гарнисажной печи осуществляется следующим образом.

Через мерную емкость 8 и контрольный бак 7 заливают определенное количество воды, предназначенной для охлаждения теплонагруженных элементов тигля. Масса этой воды заранее определена и не должна превышать сверхдопустимой нормы. Сверхдопустимой нормой считается та норма, при которой в случае попадания лишнего количества воды в расплав в вакуумной камере 1 печи давление пароводородной смеси может превышать в несколько раз атмосферное давление, что соответственно приведет к взрыву печи. После подготовки печи к плавке опускают водоохлаждаемый электрододержатель 2 с электродом в водоохлаждаемый металлический секционный тигель 3 и зажигают дугу между шихтой и электродом. При плавлении в тигле 3 образующееся тепло через стенки тигля 3 передается в герметичные секции, заполненные водой.

В секциях тепло расходуется на испарение охладителя, в результате чего пар по трубам поступает в паропровод 14 поворотного токоввода 13, смонтированного в стенке 12 вакуумной камеры 1. Далее из паропровода, соосно установленного в токовводе 13, через герметичный узел 16 и трубопровод пар поступает в вакуумный конденсатор 6, через водоохлаждаемые патрубки 9 которого вода последовательно поступает по трубкам 10, приваренным к стенкам 11 емкости, в верхнюю часть конденсатора 6 и далее в систему водоохлаждения 15. Пар, проходя снаружи трубок 10, конденсируется и в виде воды сливается из вакуумного конденсатора 6 по трубопроводу к коллектору 5 и далее к электромагнитным клапанам 4, автономно соединенным с секциями тигля 3.

В процессе работы печи в случае перегрева какого-либо элемента печи срабатывает температурный датчик (на чертежах не показан), подающий сигнал через ЭВМ на один из электромагнитных клапанов 4, и определенное количество воды поступает на данный перегретый элемент печи. Тем самым осуществляется автономный контроль теплонагруженных стенок тигля.

В сравнении с известной вакуумной дуговой гарнисажной печью предлагаемая печь позволит исключить неравномерное охлаждение стенок тигля за счет недопущения попадания конденсирующей воды в одну из стенок тигля, а также обеспечить контроль и управление через ЭВМ и электромагнитные клапаны теплонагруженных стенок тигля, за счет контроля массы воды исключить взрыв тигля и тем самым обеспечить его сохранность.

Использование: изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для высокореакционных металлов и сплавов. Сущность изобретения: печь включает вакуумную камеру, водоохлаждаемые тигель, электрододержатель, поворотный токоввод и систему водоохлаждения. Новым в печи является то, что тигель печи выполнен секционным, а печь снабжена вакуумным конденсатором, выполненным в виде емкости с водоохлаждаемыми патрубками, последовательно соединенными между собой через трубки, приваренные к стенкам емкости, а в нижней части конденсатора смонтированы контрольный бак, мерная емкость и коллектор с электромагнитными клапанами, автономно соединенными с секциями тигля, причем токоввод выполнен с воздухоохлаждаемым паропроводом, смонтированным в нем соосно. 2 ил.

ВАКУУМНО-ДУГОВАЯ ГАРНИСАЖНАЯ ПЕЧЬ, содержащая вакуумную камеру, водоохлаждаемые тигель, электрододержатель, поворотный токоввод и систему водохлаждения, отличающаяся тем, что тигель выполнен секционным, а печь снабжена вакуумным конденсатором в виде емкости с водоохлаждаемыми патрубками, последовательно соединенными между собой через трубки, приваренные к стенкам емкости, а под конденсатором установлены контрольный бак, мерная емкость и коллектор с электромагнитными клапанами, автономно соединенными с секциями тигля, при этом внутри токоввода соосно с ним выполнен водоохлаждаемый паропровод.