Индукционная печь с донным разливом Советский патент 1992 года по МПК F27D11/06 

Изобретение относится к электрометаллургической промышленности, в частности к индукционным печам с донным разливом металлов и сплавов.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности печи, а также повышения качества слитк.

Сопряжение предложенным радиусом стенки тигля с внутренней поверхностью дна тигля обеспечивает значительное снижение концентрации опасных термических напряжений в этом наиболее нагруженном как термически, так и ферростатически месте.

Сопряжение требуемым радиусом стенки донного отверстия с внутренней поверхностью дна тигля, кроме уменьшения концентрации напряжений, ликвидирует

кромки, отрицательно влияющие на качество отливок.

Равенство радиусов сопряжений между собой и зависимость их от толщины стенки и внутреннего радиуса тигля обеспечивает необходимое равенство существующих напряжений по наиболее термически и ферростатически нагруженной части тигля и равномерность по объему тигля.

Коническое отверстие сливного узла, выполненное как касательная поверхность к донному отверстию тигля в месте их соединения обеспечивает увеличение компактной (сплошной) части струи, что уменьшает разбрызгивание и закручивание расплава. Отсутствие кромок и уступ ов в месте соединений отверстий улучшает качество слитка.

Увеличение диаметра цилиндрического отверстия посравнениюс нижним меньшим

VI

оо

СП

ю с

иаметром конического отверстия в 1,5-3,6 а за значительно уменьшает набрызгива- ие металла на поверхность отверстия под шток, что позволяет заметно увеличить раотоспособность сливного узла, т.е. печи в целом.

На фиг. 1 приведен общий вид печи в разрезе; на фиг. 2 - сливной узел с нижней астью тигля; на фиг. 3 - макроструктура слиткал выплавленМэгб Хиндукционной пеи, изготовленной по прототипу; на фиг. 4 - мафостру тура слитка.выплавленного в индукционной печи, изготовленной по предлагаемому решению - запредельное значение; на фиг. 5-6 - макроструктура слитка, выплавленного в индукционной печи, изготовленной по предлагаемому изобретению.

Индукционная печь содержит индуктор 1, в котором размещен тигель 2 с донным отверстием 3.

Под донным отверстием 3 тигля 2 установлен сливной узел 4, имеющий коническое отверстие 5 и соосное с ним цилиндрическое отверстие 6 для слива металла или сплава. В отверстии 5 расположена проплавляемая пробка 7, опирающаяся на подвижную водоохлаждаемую штангу 8.

Радиусы Rconp боковых стенок тигля 2 с поверхностью дна и поверхностью дна со стенкой донного отверстия 3 равны между собой и выбраны из соотношения:

RT iЈ Rconp I

Коническое отверстие 5 выполнено как касательная поверхность к донному отверстию 3 тигля 2 в месте их соединения. При этом нижний меньший диаметр DK отверстия 5 в 1,5-3,6 раза меньше диаметра 6ц цилиндрического отверстия 6 (конкретные величины в примерах). J

Диаметр D донного отверстия 3 выбирался в зависимости от требуемой по технологий скорости истечения расплава.

На позиции 9 показаны эндогенные включения в слитке. На позиции 10 показа- ны эТкзогённые включения в слитке.

Индукционная печь работает следующим образом.

После загрузки шихты в тигель 2 включается индуктор 1 и начин ает%й плгавка. В результате разогрева металла или сплава в тигле 2 про ие хЬдйт некоторое расплавле- ние й осаживание пробки 7. Но снизу пробка 7 контактирует с водоохлаждаемой штангой 8 и поэтому полного расплавлёния пробки 7 и протекание расплавгГне происходит. Когда гШавка заканчивается штангу 8 выдвигают, освобождая отверстия 5 и 6

сливного узла 4. При этом за 4-10 сек про исходит сквозное проплавление пробки 7 за счет тепла расплава и последний сливается через отверстия 5 и 6.

Исходя из количества расплавляемого

сплава, была изготовлена и опробована в службе серия тиглей 2 и сливных узлов 4 с различными показателями заявляемых параметров, а также по прототипу.

Наружный диаметр и высоту тигля 2 определялись размерами индуктора 1. Толщина I стенки тигля 2 выбиралась с учетом условий службы.

В реальных примерах были проведены

плавки по 160 кг стали типа ЭИ847(ООХ16ПС5МЗБ), легированной редкоземельными металлами.

Проплавляемая пробка 7 была выполнена из того же материала (сталь ЭИ847). Время проплавления пробки 7 во всех примерах составляло 6-8 с.

При плавке для кристаллизации слитка применяли медные водоохлаждаемые изложницы.

После каждой плавки осматривали тигель 2, сливной узел 4 и определяли качество слитка по загрязнению неметаллическими включениями и наличию экзогенных и эндогенных включений. Характеристика тигля по примерам и результаты осмотра и анализа слитков приведены в таблице.

Пример (прототип). При анализе выплавленного слитка были обнаружены экзо- и эндогенные включения (см. фиг. 3). После каждого слива расплава приходилось производить демонтаж и очистку сливного узла 4.

Срок службы тигля 2 составил 18 плавок,

после чего была произведена его замена.

Загрязнение слитка происходило в результате эрозионного размыва и термического скалыв ания кромки донного отверстия.

Отсутствие радиуса сопряжения, кроме

этого приводит к возникновению волосяной

трещины по образующей донного отверстия

3 из-за наличия термических напряжений.

Появление настыли на верхней поверхнйсти 6тверс т й я под Штангу связано с за- кручиванием струи расплава. Эта же причина вызывает забрызгивание нижней поверхности. Забрызгиван ие связано еще с тем, что DK Оц в этом примере.

Появление трещины в месте сопряжения стенки тигля с его дном вызвано малым радиусом сопряжения. Трещина,развивающаяся под действием термических нэп ряжений, может вызвать опасную ситуацию,

т.к. возможен прорыв расплава на водоох- лаждаемый индуктор.

П р и м е р 2. Запредельное значение.

В данном примере увеличили радиус сопряжения стенки с дном тигля, а также выполнили сопряжение донного отверстия с дном тигля. Качество слитка улучшилось (фиг. 4). Срок службы печи увеличился.

Увеличение диаметра цилиндрического отверстия б сливного узла 4 по отношению к меньшему диаметру у конического отверстия 5 позволило снизить количество очисток отверстия под штангу от забрызгивания,

П р и м е р 3. Радиус сопряжения с внутренней поверхностью дна тигля внутренней стенки тигля и стенки донного отверстия выполнен равным толщине стенки. Качество слитка улучшилось (рис. 3). Срок службы печи значительно увеличился.

Количество очисток отверстия под штангу резко уменьшилось при выбранном соотношении диаметра цилиндрического отверстия и меньшего диаметра конического отверстия 5 сливного узла 4.

П р и м е р 4. Радиус сопряжения стенки тигля с внутренней поверхностью дна тигля равен внутреннему радиусу тигля. Качество слитка высокое (фиг. 6).

Забрызгивание отверстия под штангу уменьшилось.

Однако при таком сопряжении несколько уменьшился объем тигля.

П р и м е р 5. Данное соотношение диаметра цилиндрического отверстия и меньшего диаметра конического отверстия сливного узла позволило еще более увеличить работоспособность сливного узла.

Примерб. Запредельное значение.

При опробованном соотношении диаметров сливного узла уменьшилась его прозрачность. Были вынуждены увеличить размеры сливного узла, что повлекло увеличение веса. Процесс работы со сливным узлом стал более трудоемок.

В результате проведенных экспериментов установлено, что предложенная индукционная печь может работать без замены

тигля в 2,5-2,8 раза дольше по сравнению с прототипом и позволяет уменьшить в 2,1- 4,5 раза количество неметаллических включений в слитке. При этом в 15-20 раз реже 5 возникает необходимость очистки сливного узла от настыли.

Использование заявляемой печи позволит экономить огнеупорный материал за счет уменьшения числа тиглей, потребляе0 мых при годовой эксплуатации печи, увеличения межремонтного периода печи и снижение трудоемкости эксплуатации печи, повышение качества слитков (снижение брака). За счет перечисленных достоинств

5 предлагаемой печи повысится ее надежность и производительность по сравнению с прототипом в 2-3 раза.

Формула изобретения Индукционная печь с донным разливом,

0 содержащая индуктор, в который установлен тигель с донным отверстием и расположенный под тиглем сливной узел, имеющий коническое и цилиндрическое соосные отверстия, проплавляемую пробку, размещен5 ную в коническом отверстии и опирающуюся на подвижную водоохлажда- емую штангу, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и производительности печи, повышения качества

0 слитка, тигель выполнен с соблюдением равенства радиусов сопряжения внутренней стенки и стенки донного отверстия с внутренней поверхностью дна тигля, причем радиус сопряжения выбран из соотношения

5

RT zЈ Rconp - I,

где RT - внутренний радиус тигля; Rconp - радиус сопряжения;

Q I - толщина стенки тигля,

при этом стенка конического отверстия сливного узла выполнена как касательная к стенкам донного отверстия тигля в месте их соединения, а нижний меньший диаметр ко5 нического отверстия в 1,5-3,6 раза меньше диаметра цилиндрического отверстия сливного узла.

30

150

50

20

5

250

50

20

50

2SO

50

20

250

2SO

50

20

по

130

Z50

SO2072

130

130

250

50

20

Пост каждой разливки требуется очистка от на стыли верхней поверхности и от брызг нижней

20

1,0

25

1.25

30

1.5

60

72

3.6

79

3.8

После t3 плавок отмечено наличие

ВОЛОСЯНОЙ трещины по образующей ДОН ного отверстия. Кромка донного отверстия смыта. Плавку продолжали

После 27

плавок

отмечено

наличие волосяной трещины по образую- , Плавку продолжали

Трещины не наблюдали

После 18 плавок отмечено наличие трещини примерно на 1/4 окружности. Плавки прекра- цены

Трещины не на б по да ли

Волосяная трещина не наблюдалась

Вогося- ная тренаблодэ-лась

18

Выше 5

Ест

Поело 30Отверстие

плавокочищали от

отмеченонастыли

наличиечерез 2-3

трещиныплоеки от

околозабрызги 1/5 окруж-ввния чености.рез Ь-5 Плавки прекращены

30

2,8-3,1 Есть

После 3 плавок наличие трещины 1/6 окружностиПлавки прекращеныПосле 51 плавки наличие трещины примерно 1/6 окружностиПлавки прекращены

После 19 плавок наличие трепаны примерно t/б ок- р;-жи ости.

Плавки прекращены

После плавок тречяна потерне 1/6 о.

Плавки прекрэт.

Отверстие очищали от настыли через 10- 2 плавок, от забрыэ- гиаания через 12-15

Отверстие очищали от настыли череа 15- 16 плавок, от аабрыа- гивания через 17-20

J

1,9-2.3 Единич

51

1.1-1, Нет

Отверстие очицалн от настыли через Н- 15 плавок, от забриэ гивания 19-23

3

1,2-1,6 Нет

Отверстие очицапи от настыли через 14- 15 пл., от заЬрызг через 13- 25, через 20-25 разливок начинаетсяразрушение сливного узла

25

,1-1,5 Нет

Сущность изобретения: печь содержит индуктор 1, е котором установлен тигель 2 с донным отверстием 3. Под тиглем 2 расположен сливной узел 4, имеющий коническое и цилиндрическое соосные отверстия 5 и 6 соответственно. В коническом отверстии 5 расположена проплавляемая пробка 7, опирающаяся на подвижную водобхлаждаемую штангу 8. В тигле 2 выполнены сопряжения одинакового радиуса: ней стенки с поверхностью дна и внутренней поверхности дна со стенками донного отверстия. При этом радиус сопряжения выбран из соотношения RT Rconp I, где RT- внутренний радиус тигля, Rconp - радиус сопряжения, I - толщина стенки тигля. Коническое отверстие слий- ного узла выполнено как касательная поверхность к донному отверстию тигля в месте их соединения. Нижний меньший диаметр конического о тв рстия DK в 1,5-3,6 раза меньше диаметра Оц цилиндрического отверстия сливного узла. 6 йл. 1 табл. W Ё

Ј

Фие2

.3

-Л v i .

. 4, Л; Л - «} J

. : -л, ; V- ч- ri-

. v -

-;,а 4

LrJ . -

ч.. чл 5й . ,

$0/г. У