ВАКУУМНАЯ ДУГОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2003 года по МПК C22B9/21 F27D21/00 

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано при вакуумном дуговом переплаве высокореакционных металлов и сплавов, в частности титана.

Известна вакуумная дуговая печь, содержащая плавильную камеру, защитный бокс и телевизионную установку (П.П. Синько, И.А. Кононов. Автоматизация вакуумных дуговых печей. - Сб.: Вакуумная дуговая плавка металлов и сплавов. - М.: Металлургиздат, 1963, с.50, рис.3).

Преимуществом использования телевизионной системы является наличие гибкой связи между телевизионной камерой и телевизором. Однако наблюдение за процессом плавки при помощи черно-белого телевизора широкого распространения не получило, т. к. телевизионный контур подвергается воздействию электрических помех при эксплуатации печи. Кроме того, из-за отсутствия цвета теряется ценная информация о состоянии дуги и поведении ванны расплавленного жидкого металла. Цветное телевидение обходится очень дорого и система цветного телевидения еще больше подвержена воздействию электрических помех и требует специальных методов защиты от воздействия магнитных полей. Кроме того, использование телевизионных систем снижает надежность работы вакуумной дуговой печи, т. к. любой отказ этой системы требует прекращения процесса плавления, особенно при переплаве высокореакционных металлов и сплавов.

Известна вакуумная дуговая печь, содержащая плавильную камеру, защитный бокс и оптический перископ, проходящий через отверстие в стене защитного бокса (Л.А. Волохонский. Вакуумные дуговые печи. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.187-188, рис.6.14)-прототип.

Недостатком известной печи является жесткая механическая связь экрана, расположенного в трубе перископа, с плавильной камерой, что ограничивает габариты печи длиной трубы перископа и значительно ослабляет защитное действие бокса, т. к. для вывода трубы перископа к пульту управления печи требуется отверстие в стенке защитного бокса. В случае взрыва в плавильной камере печи перископ или его разрушенные части будут выброшены взрывной волной через отверстие в направлении пульта и могут травмировать оператора. Это снижает безопасность работы оператора печи.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение безопасности и достоверности визуального контроля за процессом плавки и в целом за работой вакуумной дуговой печи.

Поставленная задача решается тем, что в вакуумной дуговой печи, содержащей плавильную камеру, защитный бокс и систему оптического наблюдения, согласно изобретению, оптический прибор и просветный экран системы оптического наблюдения размещены автономно относительно друг друга, при этом просветный экран выполнен из взрывостойкого материала и вмонтирован в стенку защитного бокса. Просветный экран может быть набран из нескольких слоев прозрачного материала, между которыми размещена диффузная прослойка.

Автономное размещение оптического прибора и просветного экрана устраняет между ними механическую связь с сохранением оптической, чем обеспечивает уменьшение габаритов прибора и упрощение его оптической схемы, дает возможность установки прибора непосредственно на перемещающихся элементах плавильной камеры печи, позволяет применять один тип прибора на печах различной конструкции и геометрии защитных сооружений. Кроме того, автономность оптического прибора и экрана обеспечивает получение целостной информации путем совмещения оптического изображения наблюдаемой зоны плавки в случае использования двух или более приборов. Отсутствие жестких связей позволяет получить на просветном экране совмещение изображения ванны из двух и более точек наблюдения, то есть получить изображение, геометрически подобное реально наблюдаемому объекту. Вследствие механической независимости пространственного расположения прибора и экрана в случае взрыва в плавильной камере исключается вероятность выброса прибора или его частей за пределы защитного бокса.

Экран, вмонтированный в стенку бокса и выполненный из взрывостойкого материала, является элементом конструкции защитного бокса и предохраняет оператора от воздействия ударной волны в случае взрыва.

Выполнение экрана из нескольких слоев позволяет набрать необходимую толщину экрана в зависимости от расчетной величины избыточного давления, возникающего в момент взрыва. Диффузная прослойка, размещенная между слоями, воспроизводит изображение, передаваемое оптическим прибором, непосредственно в плоскости стенки защитного бокса.

Прозрачные слои, из которых набран экран, могут быть выполнены из бронестекла, прозрачных органополимеров, например, марки СОЛ, и т.п. Диффузная прослойка может быть полупрозрачной, полученной как известными способами непосредственно на прозрачном слое экрана, так и изготовленной из тонких пленок, например, ткани, бумаги и т.п.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Плавильная камера 1 размещена внутри защитного бокса 2. На крышке камеры установлен оптический прибор 3, содержащий узел 4 визирования, входной объектив 5, узел 6 фокусировки, поворотное зеркало 7 и проектирующий объектив 8. В стенку защитного бокса 2 вмонтирован экран 9.

Посредством узла 4 визирования выбирают необходимый участок 10 ванны жидкого металла, формирующегося в кристаллизаторе 11 слитка 12. Его изображение формируется входным объективом 5 и посредством узла 6 фокусировки и поворотного зеркала 7 на проектирующий объектив 8. Далее изображение поступает на просветный экран 9. Плавильщик осуществляет контроль за ходом плавки с помощью пульта 13 управления. Просветный экран 9 набран из нескольких слоев 14 прозрачного материала и снабжен диффузной прослойкой 15.

Пример
Вакуумная дуговая печь имеет плавильную камеру 1, помещенную в защитный бокс 2. Плавильная камера имеет поворотную крышку для загрузки электрода и выгрузки слитка. На крышке плавильной камеры установлен оптический прибор 3 системы контроля. Просветный экран 9 вмонтирован в стенку бокса 2 непосредственно у пульта 13 управления печи. Оптический прибор 3 включает узел 4 визирования, состоящий из неподвижного и сканирующего зеркал, входной объектив 5 (F=50 мм, d=2,8), узел 6 фокусировки (F=150 мм), поворотное зеркало 7 и проектирующий объектив 8 (F=450 мм). Расстояние от оптического прибора до экрана (стенки бокса) составляет 9600 мм. Просветный экран 9 размером 600 х 800 мм набран из пяти блоков 14 органического стекла марки СОЛ (предел прочности 120 МПа) толщиной 30 мм. Расчетное избыточное давление при взрыве 0,22 МПа. Экран помещен в раму, изготовленную из стального уголка 150 х 150 мм, приваренную к арматуре железобетона стенки бокса.

Во время плавки посредством узла 4 визирования выбирается необходимый для контроля участок 10 зоны плавки и его изображение передается посредством узла 6 фокусировки и поворотного зеркала 7 через объектив 8 на просветный экран 9. Оператор с пульта 13 управления наблюдает изображение зоны плавки и осуществляет контроль и управление процессом плавки. Предел фокусировки оптической системы от 1 м до бесконечности. Увеличение оптической системы 0,2-0,3.

При повороте крышки плавильной камеры оптический прибор системы контроля перемещается вместе с крышкой. Перед плавкой крышка плавильной камеры и оптический прибор возвращаются на место. При перемещениях крышки камеры повторная юстировка оптического прибора не требуется.

Предлагаемая вакуумная дуговая печь по сравнению с прототипом позволяет повысить безопасность визуального контроля за процессом плавления за счет выполнения экрана элементом защитного бокса печи и отсутствия механической связи его с оптическим прибором; повысить надежность и достоверность визуального контроля за процессом плавки за счет достижения адекватности получаемого изображения наблюдаемому объекту путем совмещения изображения отдельных частей ванны жидкого металла на одном экране и устранения так называемых мертвых зон. Кроме того, снижается стоимость печи и эксплуатационных затрат за счет упрощения и удешевления конструкции системы наблюдения.

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано при вакуумном дуговом переплаве высокореакционных металлов и сплавов, в частности титана. В вакуумной дуговой печи оптический прибор и просветный экран системы оптического наблюдения размещены автономно относительно друг друга. Просветный экран выполнен из взрывостойкого материала и вмонтирован в стенку защитного бокса. Просветный экран набран из нескольких слоев прозрачного материала, между которыми размещена диффузная прослойка. Изобретение позволяет повысить безопасность и достоверность визуального контроля за процессом плавки и в целом за работой вакуумной дуговой печи. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Вакуумная дуговая печь для плавки высокореакционных металлов и сплавов, содержащая плавильную камеру, защитный бокс и систему оптического наблюдения, отличающаяся тем, что оптический прибор и просветный экран системы оптического наблюдения размещены автономно относительно друг друга, при этом просветный экран выполнен из взрывостойкого материала и вмонтирован в стенку защитного бокса. 2. Вакуумная дуговая печь по п. 1, отличающаяся тем, что просветный экран набран из нескольких слоев прозрачного материала, между которыми размещена диффузная прослойка.