ПЛАВИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2004 года по МПК C22B9/21 F27B14/08 

Изобретение относится к плавильному оборудованию, а именно к конструктивным элементам вакуумно-дуговых печей, плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей, в конструкции которых используется водоохлаждаемый плавильный инструмент.

Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, который содержит рабочую оболочку (металлический корпус), на внешней поверхности которой выполнены радиальные лунки, и корпус водяной рубашки, внутри которого установлен цилиндр с трубками для подвода охладителя непосредственно в лунки, диаметр которых превышает диаметр трубки (патент РФ №2137069, кл. F 27 B 14/04, F 27 D 9/00, C 22 B 9/21, 10.09.1999.

Недостатком данного тигля является сложность конструкции, его низкая технологичность, требующая больших трудозатрат при изготовлении и эксплуатации. Боковые поверхности тигля охлаждаются более интенсивно по сравнению с дном, что вызывает тепловые напряжения, приводящие к снижению стойкости тигля.

Известен поддон кристаллизатора вакуумной дуговой печи, содержащий плиту с углублениями, крышку, подводящий и отводящий патрубки. Углубления на нижней водоохлаждаемой поверхности плиты выполнены в виде секторов, образованных концентричными радиальными ребрами, которые придают необходимую жесткость конструкции, способной выдерживать вес кристаллизатора и находящегося в нем слитка (патент РФ №1792442), кл. A3 C 22 B 9/21, 30.10.1993.

Недостатком поддона является сложность организации рационального потока охладителя, возможны локальные перегревы на поверхности конструкции особенно в начале плавки. Эти проблемы усиливаются, если рабочая поверхность поддона выполнена не плоской, а объемной (сфера, конус и т.д.).

Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, содержащий металлический корпус с герметичными внутренними каналами охлаждения, корпус выполнен из биметаллических плит, полученных путем сварки взрывом медного слоя со слоем нержавеющей стали. В полученной таким образом плите посредством направленного перемещения специальной фрезы формируются каналы охлаждения в медном слое, с помощью которых производится регулировка тепловых процессов в тигле. Плиты соединены между собой упругими элементами. Водоохлаждаемые каналы выполнены в одной плоскости (патент РФ №2166714 - прототип).

Недостатком данной конструкции является то, что при данной организации водоохлаждаемых каналов регулировка тепловых процессов производится только на плоской рабочей поверхности тигля, параллельной плоскости расположения каналов. Даже небольшие отклонения рабочей поверхности от этой плоскости вызывают изменение в величине теплопередачи на этом участке. Здесь наблюдаются местные перегревы или подплавления, снижающие при циклической работе стойкость инструмента. Данная конструкция имеет ограниченное применение при изготовлении монолитного рабочего инструмента, имеющего объемную рабочую поверхность

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание конструкции плавильного инструмента со сложной объемной формой рабочей поверхности, имеющего оптимальное расположение и конфигурацию водоохлаждаемых каналов, повышенную стойкость и возможность изготовления инструмента на стандартном станочном оборудовании.

Поставленная задача решается тем, что в плавильном инструменте, содержащем металлический корпус с рабочей поверхностью и герметичными внутренними каналами охлаждения с входным и выходным отверстием для подсоединения трубопроводов системы охлаждения, каналы охлаждения расположены на разных уровнях, последовательно соединены и сформированы посредством разделительных перегородок в непрерывном пазу, который выполнен в теле инструмента.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан плавильный инструмент, главный вид; на фиг 2 - вид снизу; на фиг.3 - сечение А-А; на фиг.4 - сечение Б-Б; на фиг.5 показана схема каналов охлаждения.

Плавильный инструмент содержит корпус, состоящий из цельнокатаной биметаллической плиты, состоящей в свою очередь из медной плиты 1 и стального листа 2, соединенных посредством сварки взрывом. В корпусе выполнен фигурный паз 3, в котором посредством перегородок 4 и 5 сформированы последовательно соединенные каналы. Общий сформированный канал соединен с входным 6 и выходным 7 патрубками. Технологические отверстия для вывода инструмента заглушены пробками 8. Во время работы по каналу через патрубки подается вода.

Главным фактором, определяющим работоспособность тигля, является допустимая величина градиентов температур, которые в значительной мере определяются плотностью расположения ветвей канала на единицу площади, расстоянием S охлаждаемой поверхности от рабочей поверхности, геометрической формой сечения канала, скоростью потока воды. Данная конструкция позволяет изменять эти величины, добиться оптимального теплового режима работы плавильного инструмента, обеспечивая его максимальную стойкость.

Пример: изготовлен водоохлаждаемый, плавильный инструмент для плазменной печи мощностью 4500 кВА, производительностью 2500 т, применяемой для выплавки сплавов титана. Инструмент выполнен из биметаллической плиты, толщина медного слоя равняется 240 мм, стального 10 мм, имеет форму многоугольника, масса инструмента 1620 кг. Рабочая поверхность изготовлена фрезерованием глубиной 150 мм, площадь зеркала ванны 1,3 м². С обратной стороны ванны выфрезерован непрерывный паз, в котором с помощью разделительных перегородок сформированы охлаждающие каналы, находящиеся на трех уровнях относительно основания инструмента. Плотность расположения ветвей канала на единицу площади, расстояние охлаждаемой поверхности от рабочей поверхности, геометрическая форма сечения канала и скорость потока воды определены численным методом конечных элементов. Достоверность данной методики расчетов подтверждается совпадением расчетных значений температур и выполненными опытными плавками. Расчетная стойкость инструмента 1000 плавок.

Предлагаемая конструкция позволяет изготовлять плавильный инструмент со сложной объемной формой рабочей поверхности на стандартном оборудовании, снизить тепловые нагрузки, повысить его стойкость и ремонтопригодность.

Изобретение относится к металлургии, а именно, к конструктивным элементам вакуумно-дуговых печей, плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей, в конструкции которых используется водоохлаждаемый плавильный инструмент. Плавильный инструмент содержит металлический корпус с рабочей поверхностью и герметичными внутренними каналами охлаждения с входным и выходным отверстием для подсоединения трубопроводов системы охлаждения. Каналы охлаждения расположены на разных уровнях, последовательно соединены и сформированы посредством разделительных перегородок в непрерывном пазу, который выполнен в теле инструмента. Изобретение позволяет создать конструкцию плавильного инструмента со сложной объемной формой рабочей поверхности, имеющего оптимальное расположение водоохлаждаемых каналов, повышенную стойкость и возможность изготовления инструмента на стандартном станочном оборудовании. 5 ил.

Плавильный инструмент, содержащий металлический корпус с рабочей поверхностью и герметичными внутренними каналами охлаждения с входным и выходным отверстиями для подсоединения трубопроводов системы охлаждения, отличающийся тем, что каналы охлаждения расположены на разных уровнях, последовательно соединены и сформированы посредством разделительных перегородок в непрерывном пазу, который выполнен в теле инструмента.