RU2413017C2

RU2413017C2 - Smelting furnace with cold sole

Info

Publication number: RU2413017C2
Application number: RU2009112678/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Ложкин (RU); Алексей Александрович Ложкин; Анатолий Егорович Гончаров (RU); Анатолий Егорович Гончаров; Роман Владимирович Дробинин (RU); Роман Владимирович Дробинин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2011-02-27
Also published as: RU2009112678A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: smelting furnace consists of independent sources of heat, of melting crucible with back wall, of refining crucibles, of crystalliser and of overflow baffles successively arranged on frame of cold sole. Cavities formed in the gap between successively installed elements of the furnace are filled with neutral flux on base of calcium fluoride, while upper edges of the cavities are made as faces at angle 30÷60°.

EFFECT: avoiding metal leaks into gaps between elements of furnace and increasing resistance of sole due to improved conditions of copper crucibles cooling.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к плавильному оборудованию, а именно к конструкции плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей с холодным подом, и может найти применение для получения слитков из высокореакционных металлов и сплавов.The invention relates to smelting equipment, in particular to the design of plasma-arc and electron-beam furnaces with a cold hearth, and may find application for the production of ingots from highly reactive metals and alloys.

Известна конструкция плавильного водоохлаждаемого тигля, состоящего из упругосоединенных между собой биметаллических плит, содержащих внутренние герметические водоохлаждаемые каналы и компенсаторы, жестко присоединенные к наружной поверхности тигля (Патент РФ 2194934, 2002 г.).A known design of a melting water-cooled crucible, consisting of bimetallic plates that are elastically connected to each other, containing internal sealed water-cooled channels and expansion joints, rigidly attached to the outer surface of the crucible (RF Patent 2194934, 2002).

Недостатком указанной конструкции является сложность изготовления холодного крупногабаритного пода в составе нескольких тиглей, существенная трудоемкость изготовления фрезерованием водоохлаждаемых каналов, низкая эффективность системы охлаждения, выполненной в алюминиевом слое, а также проблемы в эксплуатации, связанные с разрушением сварных швов.The disadvantage of this design is the complexity of manufacturing a cold large hearth consisting of several crucibles, the significant complexity of manufacturing by milling water-cooled channels, the low efficiency of the cooling system made in the aluminum layer, as well as operational problems associated with the destruction of welds.

Известна плавильная печь с холодным подом, состоящим из последовательно установленных на раме устройств в составе плавильного и рафинирующего тиглей, кристаллизатора и переливных порогов, причем кристаллизатор жестко закреплен на раме, а между собой все устройства последовательно соединены упругими внешними связями (Патент РФ 2231725, 2004 г.) - прототип.A known cold hearth melting furnace, consisting of devices sequentially mounted on the frame comprising melting and refining crucibles, a mold and overflow thresholds, the mold being rigidly mounted on the frame, and all devices are connected in series with elastic external connections (RF Patent 2231725, 2004 .) is a prototype.

Недостатками известной конструкции являются наличие зазоров между элементами ванны пода в результате теплового расширения при нагреве пода в процессе плавки, что приводит к появлению трудноудаляемых дефектов в виде «затеков» гарнисажа, а также неравномерное охлаждение пода, приводящее к постепенному его разрушению.The disadvantages of the known design are the presence of gaps between the elements of the hearth bath as a result of thermal expansion during heating of the hearth during the melting process, which leads to the appearance of hard-to-remove defects in the form of “streaks” of the skull, as well as uneven cooling of the hearth, leading to its gradual destruction.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции холодного пода плавильной печи, позволяющего снизить затраты на его изготовление, монтаж и эксплуатацию.The problem to which the present invention is directed, is the development of the design of the cold hearth of the melting furnace, which allows to reduce the cost of its manufacture, installation and operation.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является устранение затеканий металла в зазоры между элементами ванны пода, увеличение стойкости пода за счет улучшения условий охлаждения медных тиглей.The technical result achieved by the implementation of the invention is to eliminate leakage of metal into the gaps between the elements of the hearth bath, increase the stability of the hearth by improving the cooling conditions of copper crucibles.

Указанный технический результат достигается тем, что в плавильной печи с холодным подом, содержащей независимые источники нагрева, последовательно установленные с зазором на раме холодного пода плавильный тигель с задней стенкой, рафинирующие тигли, кристаллизатор и переливные пороги, согласно изобретению полости, образованные в зазоре между последовательно установленными элементами печи, заполнены нейтральным флюсом на основе фторида кальция, а верхние кромки полостей выполнены в виде фасок под углом 30÷60°. Плавильный и рафинирующий тигли выполнены идентичными в виде медного профиля корытообразного сечения, при этом медные переливные пороги, установленные между последовательно соединенными тиглями, являются торцевыми стенками тиглей. Тигли выполнены с каналами охлаждения, полученными глубоким сверлением в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, с формированием змеевидного контура течения потока охлаждающей жидкости посредством системы герметичных заглушек, установленных в отверстия каналов.The specified technical result is achieved in that in a cold hearth melting furnace containing independent heat sources, sequentially installed with a gap on the cold hearth frame, a melting crucible with a rear wall, refining crucibles, crystallizer and overflow thresholds, according to the invention, cavities formed in the gap between successively installed elements of the furnace are filled with a neutral flux based on calcium fluoride, and the upper edges of the cavities are made in the form of chamfers at an angle of 30 ÷ 60 °. The melting and refining crucibles are made identical in the form of a copper profile of a trough-shaped section, while the copper overflow thresholds installed between the series-connected crucibles are the end walls of the crucibles. The crucibles are made with cooling channels obtained by deep drilling in three mutually perpendicular planes, with the formation of a serpentine contour of the flow of coolant through a system of sealed plugs installed in the openings of the channels.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен холодный под плавильной печи, вид сверху; на фиг.2 - вид А-А по фиг.1; на фиг.3 - изображен медный водоохлаждаемый тигель, вид сверху; на фиг.4 - вид А-А по фиг.3; на фиг.5 представлена схема течения потока охлаждающей жидкости в медном водоохлаждаемом тигле.Figure 1 shows the cold under the melting furnace, top view; figure 2 is a view aa of figure 1; figure 3 - shows a copper water-cooled crucible, a top view; figure 4 is a view aa of figure 3; figure 5 presents the flow diagram of the flow of coolant in a copper water-cooled crucible.

Плавильная печь с холодным подом содержит независимые источники нагрева 1, плавильный тигель 2 с задней стенкой 3, рафинирующие тигли 4 и 5, разделительные переливные пороги 6 и 7, исключающие попадание включений тяжелых металлов в металл выплавляемого слитка, кристаллизатор 8.The cold hearth melting furnace contains independent heating sources 1, a melting crucible 2 with a back wall 3, refining crucibles 4 and 5, dividing overflow thresholds 6 and 7, which exclude the inclusion of heavy metals in the metal of the smelted ingot, a crystallizer 8.

Плавление шихты осуществляется в плавильном тигле. По мере заполнения плавильного тигля расплав через переливной порог поступает в рафинирующие тигли, где происходит очистка расплава от тугоплавких тяжелых включений, и далее в кристаллизатор, где формируется слиток. Плавка и поддержание температурных условий производятся с помощью независимых источников нагрева. По мере заполнения металлом поверхности пода образуется гарнисаж. Происходит нагрев тиглей и изменение их линейных размеров и, соответственно, изменение величины зазора в местах стыка элементов пода.The charge is melted in a melting crucible. As the melting crucible is filled, the melt through the overflow threshold enters the refining crucibles, where the melt is cleaned of refractory heavy inclusions, and then to the mold, where the ingot is formed. Melting and maintaining temperature conditions are carried out using independent heat sources. As the hearth surface fills with metal, a skull forms. The crucibles are heated and their linear dimensions change and, accordingly, the gap changes at the junction of the hearth elements.

Полости, образующиеся в зазорах между последовательно соединенными элементами ванны пода (тиглями, задней стенкой, переливными порогами, кристаллизатором) заполнены нейтральным флюсом на основе фторида кальция. Верхние кромки полостей выполнены в виде фасок под углом 30÷60°. Использование флюса на основе фторида кальция исключает затекание жидкого металла в зазор между элементами пода, предотвращает попадание кислорода и других элементов в гарнисаж и выплавляемый слиток из-за своей нейтральности по отношению к высокореакционным металлам и сплавам. Наличие фаски на верхней кромке полости, выполненной под углом 30÷60°, обеспечивает резерв флюса для заполнения зазоров в случае их увеличения при тепловом воздействии.The cavities formed in the gaps between the series-connected elements of the hearth bath (crucibles, back wall, overflow thresholds, crystallizer) are filled with a neutral flux based on calcium fluoride. The upper edges of the cavities are made in the form of chamfers at an angle of 30 ÷ 60 °. The use of fluoride based on calcium fluoride eliminates the flow of liquid metal into the gap between the hearth elements, prevents the ingress of oxygen and other elements into the skull and the smelted ingot due to its neutrality with respect to highly reactive metals and alloys. The presence of a chamfer on the upper edge of the cavity, made at an angle of 30 ÷ 60 °, provides a reserve of flux to fill the gaps in case of their increase during thermal exposure.

Плавильный и рафинирующие тигли выполнены идентичными и представляют собой медный профиль корытообразного сечения. Переливные медные пороги, установленные между последовательно соединенными элементами ванны пода, являются торцевыми стенками тиглей. Данные элементы ванны пода являются универсальными и взаимозаменяемыми, что позволяет повысить ремонтопригодность пода при его неравномерном износе, снизить затраты при изготовлении и монтаже пода.The melting and refining crucibles are identical and represent a copper profile of a trough-shaped section. Overflow copper thresholds installed between the series connected elements of the hearth bath are the end walls of the crucibles. These elements of the hearth bath are universal and interchangeable, which makes it possible to increase the maintainability of the hearth in case of uneven wear, to reduce costs in the manufacture and installation of the hearth.

Каналы охлаждения тиглей выполнены сквозным глубоким сверлением в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Посредством системы герметичных заглушек, установленных в отверстия каналов, формируется змеевидный контур потока течения охлаждающей жидкости, что приводит к повышению равномерности охлаждения материала тигля.The cooling channels of the crucibles are made through deep drilling in three mutually perpendicular planes. By means of a system of sealed plugs installed in the channel openings, a serpentine contour of the flow of coolant flows is formed, which leads to an increase in the uniformity of cooling of the material of the crucible.

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.The industrial applicability of the invention is confirmed by the following example of a specific implementation.

Для плавильной печи, используемой при переплаве шихты из высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, изготовлен водоохлаждаемый холодный под. Габаритные размеры пода: длина 5200, ширина 1630 мм. Масса пода 8300 кг. Элементы ванны пода изготовлены из меди марки M1. На верхних кромках полостей в зазорах между элементами пода выполнены фаски 25×45°. Полости заполнены флюсом на основе фторида кальция CaF₂. Источниками нагрева печи являются электродуговые плазмотроны. После проведения 20 плавок (до перехода на выплавку слитков из другого сплава) гарнисаж беспрепятственно вынимается из пода, затеков в зазоры между элементами пода не обнаружено. Повреждений конструкции пода, прогибов, прожогов, нарушений системы охлаждения не зафиксировано.For the melting furnace used in the remelting of the charge from highly reactive metals and alloys, mainly titanium, a water-cooled cold underneath was made. Overall dimensions of the hearth: length 5200, width 1630 mm. The mass of the hearth is 8300 kg. The hearth bath elements are made of M1 grade copper. Chamfers of 25 × 45 ° are made on the upper edges of the cavities in the gaps between the hearth elements. The cavities are filled with a flux based on calcium fluoride CaF ₂ . Sources of furnace heating are electric arc plasmatrons. After 20 melts (before the transition to smelting ingots from another alloy), the skull is freely removed from the hearth, no streaks in the gaps between the hearth elements were found. Damage to the hearth structure, deflections, burns, violations of the cooling system were not recorded.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить затеки металла между элементами пода, увеличить стойкость пода за счет улучшения условий охлаждения медных тиглей, а также снизить затраты на изготовление и монтаж холодного пода.The present invention allows to eliminate metal leakage between the hearth elements, increase the hearth resistance by improving the cooling conditions of copper crucibles, as well as reduce the cost of manufacturing and installation of a cold hearth.

Claims

1. A cold hearth melting furnace containing independent heat sources, sequentially installed with a gap on the cold hearth frame, a melting crucible with a rear wall, refining crucibles, a mold and overflow thresholds, characterized in that the cavities formed in the gap between successively installed furnace elements, filled with a neutral flux based on calcium fluoride, and the upper edges of the cavities are made in the form of chamfers at an angle of 30 ÷ 60 °.

2. The melting furnace according to claim 1, characterized in that the melting and refining crucibles are made identical in the form of a copper profile of a trough-shaped section, while the copper overflow thresholds installed between the series-connected crucibles are the end walls of the crucibles.

3. The melting furnace according to claim 1, characterized in that the crucibles are made with cooling channels obtained through deep drilling in three mutually perpendicular planes, with the formation of a serpentine contour of the flow of coolant through a system of sealed plugs installed in the openings of the channels.