RU2403298C2 - Method for providing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for smelting of reaction metal ingots - Google Patents
Method for providing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for smelting of reaction metal ingots Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403298C2 RU2403298C2 RU2008142810/02A RU2008142810A RU2403298C2 RU 2403298 C2 RU2403298 C2 RU 2403298C2 RU 2008142810/02 A RU2008142810/02 A RU 2008142810/02A RU 2008142810 A RU2008142810 A RU 2008142810A RU 2403298 C2 RU2403298 C2 RU 2403298C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- water
- smelting
- vacuum arc
- arc furnace
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 title claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 102220041785 rs587780739 Human genes 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов.The invention relates to metallurgy, mainly to methods for vacuum arc melting of highly reactive metals, in particular titanium and its alloys.
Известна вакуумная дуговая печь, содержащая водоохлаждаемый кристаллизатор с предохранительным клапаном, защитную вакуумную камеру (бронекожух), электрододержатель, источник тока, систему вакуумирования (Плавка и литье титановых сплавов. /Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А. и др. - М., "Металлургия", 1994, стр.150-156). Процесс ВДП заключается в переплаве расходуемых электродов на слиток электрической дугой при давлении 0,06-0,6 Па в водоохлаждаемом кристаллизаторе, состыкованном с вакуумной камерой.A known vacuum arc furnace containing a water-cooled mold with a safety valve, a protective vacuum chamber (armored housing), an electrode holder, a current source, a vacuum system (Melting and casting of titanium alloys. / Andreev A.L., Anoshkin N.F., Bochvar G.A. . and others - M., "Metallurgy", 1994, pp. 150-156). The VDP process consists in remelting the consumable electrodes onto an ingot by an electric arc at a pressure of 0.06-0.6 Pa in a water-cooled mold connected to a vacuum chamber.
Конструкция кристаллизатора испытывает большие тепловые нагрузки. Тепловые потоки через его стенку в зоне горения дуги и верхней части формирующегося слитка составляют от сотен до тысяч киловатт на квадратный метр, в аварийных ситуациях (при переброске дуги на стенку кристаллизатора) превосходят эту величину. С наружной стороны кристаллизатор охлаждается водой, находящейся под давлением не ниже 4 атм.The design of the mold experiences high thermal loads. Heat fluxes through its wall in the zone of arc burning and the upper part of the forming ingot range from hundreds to thousands of kilowatts per square meter, in emergency situations (when transferring the arc to the crystallizer wall) exceed this value. From the outside, the mold is cooled by water under a pressure of at least 4 atm.
Общим событием, предшествующим и необходимым для создания аварийной ситуации, является повреждение стенки кристаллизатора, отделяющей внутреннее рабочее пространство от полости водяного охлаждения кристаллизатора. Повреждения происходят чаще всего в результате горения дугового разряда между расходуемым электродом и внутренней стенкой кристаллизатора. В этой ситуации предпринимаются меры пассивной защиты:A common event preceding and necessary to create an emergency is damage to the mold wall separating the internal working space from the mold water cooling cavity. Damage occurs most often as a result of burning an arc discharge between a consumable electrode and the inner wall of the mold. In this situation, passive protection measures are taken:
- отключается питание печи;- the power to the furnace is turned off;
- уменьшается количество подаваемой охлаждающей воды;- the amount of supplied cooling water is reduced;
- печь отключается от вакуумных насосов;- the furnace is disconnected from vacuum pumps;
- срабатывают герметические возвратные клапаны.- Hermetic check valves are triggered.
(Плавка и литье титановых сплавов. Отв. редактор В.И.Добаткин. М., Металлургия, 1978, с.68). Однако это не исключается попадание воды в рабочий объем кристаллизатора.(Melting and casting of titanium alloys. Edited by V.I.Dobatkin. M., Metallurgy, 1978, p. 68). However, this does not exclude the ingress of water into the working volume of the mold.
Попадание воды на расплавленный металл, имеющий температуру более 1700°С, сопровождается интенсивным парообразованием. Это взаимодействие может быть импульсным (паровой взрыв) или замедленным.The ingress of water onto molten metal having a temperature of more than 1700 ° C is accompanied by intense vaporization. This interaction can be pulsed (steam explosion) or delayed.
Образовавшаяся парогазовая смесь заполняет рабочее пространство до момента открытия клапана, а если он не справляется, то и после. В последнем случае внутреннее давление может превысить прочность герметических соединений элементов конструкции печи, что приведет к разрушению наиболее слабого места и выходу смеси в бронекожух. Следует отметить, что энергия, выделяемая при паровом взрыве, гарантированно локализуется защитной камерой печи, имеющей многократный запас прочности.The resulting vapor-gas mixture fills the working space until the valve is opened, and if it does not cope, then after. In the latter case, the internal pressure can exceed the strength of the hermetic joints of the furnace structural elements, which will lead to the destruction of the weakest point and the exit of the mixture into the armored housing. It should be noted that the energy released during the steam explosion is guaranteed to be localized by the protective chamber of the furnace, which has a multiple safety factor.
Параллельно, с образованием пара, вода вступает в химическую реакцию с титаном с образованием свободного водорода. Не исключены также электролиз и термическая диссоциация воды с образованием водорода и кислорода.In parallel, with the formation of steam, water enters into a chemical reaction with titanium with the formation of free hydrogen. Electrolysis and thermal dissociation of water with the formation of hydrogen and oxygen are also possible.
Смешивание водорода с кислородом воздуха может произойти в результате выхода водорода в бронекожух и втекания воздуха в рабочее пространство печи через открывшиеся проемы и отверстия, причем эти процессы могут происходить одновременно.Mixing of hydrogen with oxygen in the air can occur as a result of the release of hydrogen into the armored casing and the ingress of air into the working space of the furnace through the openings and openings, and these processes can occur simultaneously.
Источник воспламенения - расплавленный металл - всегда имеется внутри печи. Кроме того, искры от удара клапана или металлических частей при их разрушении могут воспламенить водород, выходящий из печи и распространяющийся по объему бронекожуха с огромной скоростью. Последствия взрыва смеси воздуха и водорода несравнено более тяжелые и могут привести к разрушению не только собственно печи, но и защитного кожуха печи. Поэтому предотвращение взрыва является необходимым условием предотвращения аварий, приводящих к катастрофическим последствиям.The source of ignition, molten metal, is always inside the furnace. In addition, sparks from the impact of a valve or metal parts when they are destroyed can ignite the hydrogen leaving the furnace and spreading over the volume of the armor casing with great speed. The consequences of an explosion of a mixture of air and hydrogen are incomparably more severe and can lead to the destruction of not only the furnace itself, but also the protective casing of the furnace. Therefore, explosion prevention is a prerequisite for preventing accidents leading to catastrophic consequences.
Для возникновения химического взрыва необходимы условия выхода водорода в защитный кожух с одновременным втеканием воздуха в печь, в результате чего взрывоопасная смесь образуется как внутри, так и вне рабочего объема кристаллизатора, и взрыв, начавшись внутри кристаллизатора, легко распространяется в бронекожух.For a chemical explosion to occur, the conditions for the release of hydrogen into the protective casing with the simultaneous flow of air into the furnace are necessary, as a result of which an explosive mixture is formed both inside and outside the working volume of the mold, and the explosion, starting inside the mold, easily spreads into the armored casing.
Считается, что детонация водорода в смеси с воздухом возможна при объемной концентрацией водорода от 13 до 70%. Предел воспламенения 9-74%.It is believed that the detonation of hydrogen in a mixture with air is possible with a volumetric concentration of hydrogen from 13 to 70%. The ignition limit is 9-74%.
Возможность детонации зависит от следующих факторов:The possibility of detonation depends on the following factors:
- относительной концентрации горючего и окислителя;- relative concentration of fuel and oxidizing agent;
- концентрации флегматизатора (в предлагаемом изобретении - пара);- the concentration of the phlegmatizer (in the present invention, a pair);
- начальных значений температуры и давления (плотность газа);- initial values of temperature and pressure (gas density);
- формы и размера конструкции, в которой происходит детонация.- the shape and size of the structure in which detonation occurs.
Из всех перечисленных факторов наиболее надежным и простым, с точки зрения осуществления, является исключения условий детонации с помощью регулирования концентрации флегматизатора.Of all these factors, the most reliable and simple, from the point of view of implementation, is to exclude detonation conditions by controlling the concentration of the phlegmatizer.
Известен способ обеспечения взрывобезопасности при эксплуатации вакуумной дуговой печи для выплавки слитков реакционных металлов, заключающийся в подаче в защитную камеру сжиженного углекислого газа до создания в отсеке избыточного давления, при этом образуется смесь H2 и CO2, которая не подвержена взрыву (решение о выдаче патента от 30.01.2008 по заявке №2006134772 от 02.10.2006, МПК С22И 9/20 - прототип).There is a method of ensuring explosion safety during operation of a vacuum arc furnace for smelting ingots of reaction metals, which consists in supplying liquefied carbon dioxide to the protective chamber until excessive pressure is created in the compartment, and a mixture of H 2 and CO 2 is formed , which is not subject to explosion (decision to grant a patent dated January 30, 2008, by application No. 2006134772 dated October 2, 2006, IPC S22I 9/20 - prototype).
Недостатком указанных способов является необходимость наличия специального газового оборудования, обеспечивающие подачу углекислого газа в камеру печи.The disadvantage of these methods is the need for special gas equipment to ensure the supply of carbon dioxide into the furnace chamber.
Задачей, на решение которой направленно данное изобретение, является способ повышения взрывобезопасности плавления реакционных металлов как последняя возможность в цепи мер безопасности, когда использование известных существующих мер безопасности не предотвращает аварийную ситуацию, при которой во внутренний объем кристаллизатора попадает вода из системы охлаждения и образуется взрывоопасная смесь водорода и воздуха.The problem to which this invention is directed is a method of increasing the explosion safety of melting of reaction metals as the last opportunity in the chain of safety measures, when the use of known existing safety measures does not prevent an emergency situation in which water from the cooling system enters the internal volume of the crystallizer and an explosive mixture forms hydrogen and air.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является нейтрализация взрывоопасной смеси, образовавшейся в результате контакта воды из системы охлаждения кристаллизатора с выплавляемым реакционным металлом, посредством обеспечения необходимой концентрации флегматизатора в объеме печи, исключающей детонацию взрывоопасной смеси.The technical result achieved by the implementation of the invention is the neutralization of the explosive mixture formed as a result of contact of water from the cooling system of the crystallizer with the melted reaction metal, by ensuring the necessary concentration of the phlegmatizer in the furnace, eliminating the detonation of the explosive mixture.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе обеспечения взрывобезопасности при эксплуатации вакуумной дуговой печи для выплавки слитков реакционных металлов, включающем флегматизацию парогазовой смеси при ее аварийном образовании в рабочем пространстве, в качестве флегматизатора используется водяной пар, при этом в рабочем пространстве печи поддерживается давление, исключающее срабатывание возвратного клапана на период, равный времени охлаждения слитка.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of ensuring explosion safety during operation of a vacuum arc furnace for smelting ingots of reaction metals, including phlegmatization of the vapor-gas mixture during its emergency formation in the working space, water vapor is used as a phlegmatizer, while in the working space of the furnace pressure is maintained to prevent the check valve from operating for a period equal to the ingot cooling time.
На чертеже показано влияние содержания водяного пара на концентрационные пределы горючести и взрываемости водородовоздушной смеси, а также на величину давления детонации. Из графика следует, что при содержании пара в смеси более 15% реализовать в ней детонационный режим невозможно, а при содержании пара более 55% смесь не горит.The drawing shows the effect of water vapor content on the concentration limits of flammability and explosiveness of the hydrogen-air mixture, as well as the magnitude of the detonation pressure. It follows from the graph that when the vapor content in the mixture is more than 15%, it is impossible to realize the detonation regime in it, and when the vapor content is more than 55%, the mixture does not burn.
Данный способ реализуется следующим образом.This method is implemented as follows.
При поступлении воды в рабочую зону печи выдаются команды на отключение источника тока, снижение расхода охлаждающей воды. Одновременно включается откачка печи водокольцевым форвакуумным насосом и система частичной конденсации пара, обеспечивающие поддержание давления в рабочем пространстве печи, исключающего срабатывание возвратного клапана на период, равный времени охлаждения слитка. Так как скорость парообразования на порядок больше скорости образования водорода, а последняя снижается по мере охлаждения слитка, в парогазовой смеси поддерживают необходимую концентрацию пара (>15%), обеспечивающую флегматизирующий эффект.When water enters the working zone of the furnace, commands are issued to turn off the current source and reduce the consumption of cooling water. At the same time, the furnace is switched off by a water ring fore-vacuum pump and a partial steam condensation system is used to maintain pressure in the furnace working space, which excludes the operation of the check valve for a period equal to the ingot cooling time. Since the rate of vaporization is an order of magnitude greater than the rate of hydrogen formation, and the latter decreases as the ingot cools, the required vapor concentration (> 15%) is maintained in the gas-vapor mixture, providing a phlegmatizing effect.
Расчеты показывают, что при поступлении в печи типа ДТВ потока воды 1÷2 кг/с (диаметр отверстия 10 мм) необходимые по давлению и содержанию пара-флегматизатора параметры парогазовой смеси обеспечиваются при суммарной производительности откачки и частичной конденсации ~6 м3/мин.Calculations show that when a water flow of 1 ÷ 2 kg / s (
Предлагаемый способ обеспечивает безопасную эксплуатацию ВДП при выплавке реакционных металлов.The proposed method ensures the safe operation of the VDP in the smelting of reaction metals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008142810/02A RU2403298C2 (en) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | Method for providing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for smelting of reaction metal ingots |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008142810/02A RU2403298C2 (en) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | Method for providing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for smelting of reaction metal ingots |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008142810A RU2008142810A (en) | 2010-05-10 |
| RU2403298C2 true RU2403298C2 (en) | 2010-11-10 |
Family
ID=42673391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008142810/02A RU2403298C2 (en) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | Method for providing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for smelting of reaction metal ingots |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2403298C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2805660A1 (en) * | 1978-02-10 | 1979-08-16 | Bloschenko | Vacuum arc furnace for melting refractory metals - has walls cooled by liq. sodium potassium alloy to reduce explosion risk |
| RU2270264C1 (en) * | 2004-06-16 | 2006-02-20 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Vacuum arc furnace with a heat accumulator |
| RU2337157C2 (en) * | 2006-10-02 | 2008-10-27 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of securing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for production of ingots out of reactive metals |
-
2008
- 2008-10-28 RU RU2008142810/02A patent/RU2403298C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2805660A1 (en) * | 1978-02-10 | 1979-08-16 | Bloschenko | Vacuum arc furnace for melting refractory metals - has walls cooled by liq. sodium potassium alloy to reduce explosion risk |
| RU2270264C1 (en) * | 2004-06-16 | 2006-02-20 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Vacuum arc furnace with a heat accumulator |
| RU2337157C2 (en) * | 2006-10-02 | 2008-10-27 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of securing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for production of ingots out of reactive metals |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДОБАТКИН В.И. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1978, с.68. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008142810A (en) | 2010-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10646919B2 (en) | Process and apparatus for direct chill casting | |
| ES2431041T3 (en) | Method and device for the treatment of the gaseous effluent of a waste treatment system | |
| US10864576B2 (en) | Process and apparatus for minimizing the potential for explosions in the direct chill casting of lithium alloys | |
| ES2216760T3 (en) | LAUNCH OF VARIOUS USES FOR A LOW EMPTY CHAMBER FOR DEGASIFIED AND USE PROCEDURE. | |
| ES2973967T3 (en) | Processes for producing low-nitrogen metallic chromium and chromium-containing alloys | |
| RU2403298C2 (en) | Method for providing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for smelting of reaction metal ingots | |
| RU2639185C2 (en) | Device for casting of aluminium-lithium alloys | |
| RU2337157C2 (en) | Method of securing explosion safety at operation of vacuum arc furnace for production of ingots out of reactive metals | |
| UA113295C2 (en) | Starting a smelting process | |
| JP2009287877A (en) | Gas cupola for melting metal | |
| PT2107327E (en) | Thermal gas flow control system in the electric arc furnace | |
| RU2270264C1 (en) | Vacuum arc furnace with a heat accumulator | |
| JP5995175B2 (en) | Reduction method of alumina and magnesia by supersonic airflow | |
| RU2453639C1 (en) | Electrolyser for obtaining lithium metal | |
| CN201105105Y (en) | Portable fire extinguisher to stop magnesium and magnesium alloys from burning | |
| CN104117669A (en) | Low-fire-point alloy powder and manufacturing method thereof | |
| RU2436852C1 (en) | Water-cooled melting tool | |
| RU2401477C2 (en) | Volkov's method of producing chemically active metals and application of vertical stationary "vsp" plasma generator | |
| RU2648615C1 (en) | Method of plasmochemical metal refining in vacuum and plasmotron for its implementation | |
| Evans et al. | A thermodynamic investigation into reactive-metal melting-furnace explosions | |
| Esimai | The Effect of Percentage of Nitrogen in Plasma Gas on Nitrogen Solution from an Arc Plasma into Liquid Iron | |
| RU2481174C1 (en) | Pony ladle | |
| BR112017010329B1 (en) | APPARATUS TO MEL METALLURGICAL CHARGES, USE OF THE APPLIANCE, AND PROCESS TO MEL METALLURGICAL CHARGES | |
| JPH11217636A (en) | Method for purifying molten magnesium alloy | |
| CN104128611A (en) | Low-ignition-point alloy fiber and method for manufacturing low-ignition-point alloy fiber |