Результат интеллектуальной деятельности: ВАКУУМНАЯ ДУГОВАЯ ПЕЧЬ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкциям вакуумных дуговых печей для выплавки слитков тугоплавких, высокореакционных металлов и сплавов.

Известна вакуумная дуговая печь, в которой внутренний кожух системы охлаждения выполнен из труб, равномерно с зазором вертикально установленных по всей высоте кристаллизатора и жестко соединенных между собой пластинами листовой стали. На концевых частях внешнего кожуха заодно с ним выполнены верхняя и нижняя кольцевые камеры, причем верхняя камера с боковой стороны соединена с каждой из труб, содержит на кольцевом диске дна гидрозатворы и подключена к воздушнику, нижняя камера с боковой стороны соединена с отростками труб соплами, размещенными соосно во входной части труб внутреннего кожуха, прикрепленных пластинами к камерам и к торцам труб (Патент RU №2152141, 2000 г.).

Известна вакуумная дуговая печь, содержащая кристаллизатор, поддон, вакуумную систему и систему охлаждения, которая подключена к внешнему источнику давления воды через нагнетающую магистраль, соединенную с полостью охлаждения поддона кристаллизатора, верхним и нижним коллекторами полости охлаждения кристаллизатора, соединенных между собой кольцевым каналом охлаждения, а верхний коллектор соединен сливным трубопроводом с запасной емкостью хранения воды, находящейся выше уровня кристаллизатора, и образует с ними замкнутую самоциркулирующую систему испарительного охлаждения - прототип ВОЛОХОНСКИЙ Л.А. Вакуумные дуговые печи. М., Энергоатомиздат, 1985, с.9.

Недостатками вышеуказанных конструкций вакуумных дуговых печей является то, что в процессе вакуумирования температура стенок вакуумной печи ниже точки выпадения росы по причине циркуляции в системе охлаждения воды, запитанной от внешних источников, имеющих температуру в пределах 20-30°С. Это вызывает охлаждение стенок печи и конденсацию влаги воздуха на их внутренних стенках. Процесс вакуумирования из-за фазовых превращений воды значительно затягивается, что приводит к возрастанию межплавильного промежутка времени, а также дополнительных затрат электроэнергии. Не исключена и реакция, с каким-либо летучим компонентом, который при плавке был осажден на стенах вакуумкамеры. Такое явление наблюдается, например, при переплаве титана с примесями хлористого магния (1 переплав).

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание конструкции вакуумной дуговой печи, обеспечивающее сокращение времени вакуумирования, за счет поддержания температуры внутренних стенок вакуумной печи выше температуры точки выпадения росы.

Решение данной задачи достигается тем, что вакуумная дуговая печь, содержащая кристаллизатор, поддон, вакуумную камеру и замкнутую самоциркулирующую систему охлаждения, состоящую из трубопроводов с вентилями управления и запасной емкостью хранения воды, система охлаждения дополнительно оборудована устройством аккумулирования тепла, отводимого от выплавляемого слитка, для поддержания температуры стенок вакуумной полости при вакуумировании выше температуры точки росы.

Для аккумуляции тепла возможно использование воды, находящейся в запасной емкости хранения воды. Это упрощает конструкцию печи, снижает ее стоимость и затраты в процессе эксплуатации.

Изобретение поясняется чертежом, где показана вакуумная дуговая печь, подготовленная на вакуумирование перед плавкой (в качестве аккумулятора тепла используется вода, находящаяся в запасной емкости хранения воды).

Вакуумная дуговая печь содержит кристаллизатор - 1, вакуумную камеру - 2, электродержатель - 3 с закрепленным на нем электродом - 4, запасной емкостью хранения воды - 5 с запасом воды для испарительного охлаждения печи при аварийных ситуациях, систему трубопроводов с вентилями управления и насосами - 6 и 7. Вакуумная камера 2 имеет каналы охлаждения 8, которые образуют с насосом 6 последовательно соединенную систему охлаждения вакуумной камеры 2 в период плавки. Система охлаждения дополнительно оборудована устройством аккумулирования тепла, отводимого от выплавляемого слитка. Устройство включает в себя гибкие рукава 10, 11, 12, вентили 18 и 21, насос 7, запасную емкость хранения воды 5 и трубопроводы, по которым подается вода в полость поддона 9 и полость кристаллизатора 1. Насос 7 включается в работу в конце периода охлаждения слитка при отключенной системе охлаждения от печи, с целью подогрева запаса воды в баке 5 до температуры 70-80°С. После выгрузки выплавленного слитка, чистки печи и загрузки электрода в печь насос 7 включается для подогрева кристаллизатора 1, вакуумной камеры 2 и электрода 4 перед вакуумированием печи на плавку, что ускоряет сушку внутренних поверхностей и способствует удалению паров влаги из пространства печи (благодаря этому температура стен печи поддерживается выше точки росы, что так же облегчает дегазацию стенок печи и кристаллизатора).

Печь работает следующим образом.

После установки в печь кристаллизатора 1 с электродом 4 и поддоном 9 присоединяются гибкие рукава 10, 11 и 12 к системе охлаждения, открываются вентили 13 и 14, из напорного трубопровода 15 вода через рукав 10 поступает в полость поддона 9, далее в полость охлаждения кристаллизатора 1 и через рукав 11 и вентиль 14 в запасную емкость хранения воды 5, после заполнения запасной емкости хранения воды 5 вода сливается в трубопровод 16, далее в общецеховую систему водооборота.

После получения сигнала контроля об исправной работе системы охлаждения зажигается электрическая дуга между поддоном и электродом, производится плавка. Вакуумная камера 2 в течение всего периода плавки охлаждается водой из запасной емкостью хранения воды 5 с помощью насоса 6 и открытого вентиля 17 и последовательно соединенных каналов 8. Во время плавки температура воды в запасной емкости хранения воды за счет тепла, выделяемого кристаллизатором, выше на 8-10°С температуры воды в системе водооборота, но не выше 35-45°С.

После выключения дуги в процессе охлаждения слитка печь переводят в режим аккумулирования тепла воде, находящейся в объеме запасной емкости хранения воды 5.

Режим аккумулирования тепла происходит следующим образом.

Система охлаждения печи с помощью вентиля 13 отсоединяется от общецеховой системы водооборота, открывается вентиль 18 и включается насос 7. Далее вода через рукав 10 поступает в полость поддона 9 и полость охлаждения кристаллизатора 1, подогретая вода по гибкому рукаву 11 и вентилю 14 поступает в запасную емкость хранения воды 5. Такой режим охлаждения сохраняется до достижения температуры воды 70-80°С.

Выгрузка слитка производится следующим образом: останавливаются насосы 6 и 7, закрываются вентили 14 и 18, с помощью вентилей 19 и 20 сливается вода из рукавов 10 и 11, после чего рукава 10, 11 и 12 отсоединяются от кристаллизатора 1. Параллельно с этим печь развакуумируется и кристаллизатор с помощью мостового крана доставляется на стенд разгрузки для подготовки к последующей плавке. На печи производится чистка вакуумной камеры 2 и освобождение электрододержателя 3 от огарка электрода. После чего загружается кристаллизатор 1 с расходуемым электродом 4, который соединяется с электродержателем 3. Устройство аккумулирования тепла включает в себя рукава 10, 11, 12, вентили 18 и 21, насос 7. Вакуумирование печи на плавку производится одновременно с подачей нагретой воды из запасной емкости хранения воды, для чего кристаллизатор с помощью рукавов 10, 11 и 12 соединяется с системой охлаждения, открываются вентили 18 и 21, включается насос 7, подогретая вода из запасной емкости хранения воды 5 подается в полость поддона 9, далее в полость кристаллизатора 1, затем через открытый вентиль 21 в каналы 8 вакуумной камеры 2 с последующим возвратом в бак 5.

Аварийное охлаждение печи в режиме испарения производится следующим образом: после остановки системы водооборота напорный трубопровод 15 закрывается вентилем 13, открывается вентиль 22, более холодная вода из бака 5 поступает в полость поддона, затем в полость кристаллизатора через рукав 11 и вентиль 14 в запасную емкость хранения воды 5. Перегретая вода в виде пара отводится из кристаллизатора через рукав 12 и трубопровод 23 в пароотделитель 24 в верхнюю часть запасной емкости хранения воды 5.

Пример.

Работа системы была апробирована на ДТВ 8,7-Г10 при выплавке слитка сплава Ti6A14V массой 5 тонн, диаметром 870 миллиметров. Система охлаждения печи была переведена в режим аккумулирования тепловой энергии после охлаждения слитка до температуры 850°С. За время, в течение которого слиток охлаждался до температуры 650°С, вода в запасной емкости объемом 10 м³ была нагрета до температуры 78°С за счет аккумуляции тепла выделяющегося от слитка. После выгрузки слитка, чистки печи и загрузки кристаллизатора с новым электродом было проведено вакуумирование печи на новый плавильный процесс. Вакуумирование печи происходит одновременно с подачей нагретой воды из запасной емкости хранения воды для поддержки температуры стенок вакуумируемой полости выше точки выпадения росы. Время вакуумирования сократилось в 1,5 раза.