Вакуумная дуговая печь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям вакуумных дуговых печей для выплавки слитков тугоплавких, высокореакционных металлов и сплавов, например титановых. Печь содержит кристаллизатор с поддоном, вакуумную систему и систему охлаждения. Дополнительная емкость запасного хранения воды находится выше уровня кристаллизатора, последовательно соединена посредством трубопроводов и арматуры с охлаждающими полостями поддона и кристаллизатора и образует с ними замкнутую самоциркулирующую систему испарительного охлаждения. Предлагаемое изобретение обеспечивает охлаждение печи без повреждения ее конструкций и сохранение выплавляемого слитка в случае аварийного отключения внешних источников подачи теплоносителя в системе охлаждения. 2 табл., 1 ил.

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

Известна вакуумная дуговая электрическая печь (Л.А. Волохонский, Вакуумные дуговые печи, Энергоатомиздат, 1985 г., стр. 9, рис. 1.1 "а"), в которой после окончания плавки кристаллизатор, поддон и слиток извлекаются одновременно без их разделения. Печь содержит кристаллизатор, поддон, расходуемый электрод, системы вакуумирования и охлаждения, система охлаждения кристаллизатора включает источник давления воды, полость охлаждения поддона кристаллизатора, нижний и верхний коллекторы охлаждения боковой поверхности кристаллизатора, соединенные между собой кольцевым каналом, образованным гильзой кристаллизатора и кожухом. Полость охлаждения поддона связана нагнетающей магистралью с источниками давления воды и имеет магистраль слива воды. Нижний коллектор связан с источником давления с помощью второй нагнетающей магистрали, а верхний коллектор соединен с магистралью слива воды.

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 из 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.).

Конструктивно вышеперечисленные системы охлаждения запитываются от общецеховой системы охлаждения, включающей в себя насосную станцию, градирни для охлаждения воды и напорные башни с запасом воды на случай аварийного отключения электроэнергии. Допустимая максимальная температура цилиндрической части кристаллизатора не должна превышать 300^o С, ее превышение приводит к повреждению конструкции или взрыву печи.

С увеличением массы выплавляемого слитка более 4-5 т существенно увеличивается расход воды и время охлаждения системы слиток - кристаллизатор. На примере выплавки слитков титановых сплавов массой 5, 10 и 20 тонн в табл. 1 приведены время охлаждения печи и необходимый запас воды для охлаждения.

Недостатками вышеуказанных конструкций вакуумных дуговых печей является необходимость иметь большие запасы воды, находящиеся в водонапорных башнях, на случай аварийного отключения электроэнергии или иных ситуаций, приводящих к остановке работы насосных станций. При увеличении количества и мощности печей использование аварийной общецеховой системы становится экономически невыгодным или невозможным из-за ее габаритов.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание конструкции вакуумной дуговой печи, обеспечивающей охлаждение печи без повреждения ее конструкций и сохранение выплавляемого слитка в случае аварийного отключения внешних источников подачи теплоносителя в системе охлаждения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой вакуумной дуговой печи, содержащей 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, соединенными между собой кольцевым каналом, а верхний коллектор соединен с магистралью слива воды, дополнительно введена емкость запасного хранения воды, находящаяся выше уровня кристаллизатора, последовательно соединенная посредством трубопроводов и арматуры с охлаждающими полостями поддона и кристаллизатора и образует с ними замкнутую самоциркулирующую систему испарительного охлаждения.

Изобретение поясняется чертежом, где показана вакуумная дуговая печь, общий вид (вакуумная система и бронекожух печи не показаны).

Вакуумная дуговая печь содержит кристаллизатор 1, систему охлаждения с дополнительным баком 2 и системой трубопроводов с ручными вентилями для управления.

Кристаллизатор 1 включает в себя водоохлаждаемую изложницу 3, в которой размещается выплавляемый слиток 4, корпус кристаллизатора 5 с внутренним 6 и наружным 7 кожухом, поддон 8 с подставкой 9.

Охлаждение кристаллизатора осуществляется с помощью напорных трубопроводов 10 и 11 с установленными на них обратными клапанами 12 и 13. С общецеховой системой охлаждения кристаллизатор соединяется с помощью напорного трубопровода 14 и сливного 15, которые в свою очередь гибкими рукавами 16 соединены с поддоном 8, а 17 с коллектором кристаллизатора. Слив осуществляется через гибкие рукава 18 и 19.

Система работает следующим образом. После установки в печь кристаллизатора с электродом и подставкой с поддоном внутри бронекожуха кристаллизатор 1 соединяется гибкими рукавами 16, 17, 18 и 19 с системой водооборота. Открывается вентиль 20, вода поступает в полость охлаждения поддона 8, далее перетекая по трубопроводу 10 и обратному клапану 12 в нижний коллектор корпуса 5. С помощью вентиля 21 и рукава 17 обратного клапана 13 дополнительный поток воды поступает в нижний коллектор корпуса 5 для обеспечения скоростного потока между изложницей 3 и внутренним кожухом 6. Отработанная вода через рукава 18 и 19 и открытый вентиль 22 поступает в накопительный бак 2, вентили 23, 24 и 25 в это время закрыты. В период вакуумирования печи корпус 5 кристаллизатора 3 с помощью отверстия 26 заполняется водой, воздух вытесняется через калиброванное отверстие 27 в верхний коллектор корпуса 5, далее воздух с помощью гибкого рукава и жесткого трубопровода 29 отводится к открытой верхней части бака 2. Основной поток охлаждающей воды протекает через щелевой зазор 30, образуемый изложницей 3 и внутренним кожухом 6, далее через сливные рукава 18, 19 и вентиль 22 в бак 2. После заполнения корпуса 5 бака 2 вода сливается через борт бака в сливную воронку 31 и трубопровод 15 в общецеховую систему водооборота.

При выгрузке из печи кристаллизатора совместно со слитком вентили 20 и 22 закрываются, открываются сливные вентили 24 и 25. Отсоединяются гибкие рукава 16, 17, 18, 19 и 28, кристаллизатор 1 с охлажденным слитком 4 совместно с подставкой 9 поддоном 8 транспортируются мостовым краном на стенд разгрузки. Вода в полости корпуса кристаллизатора удерживается обратными клапанами 12 и 13, охлаждая изложницу 3, поддон 8, соленоид 32 и резиновые уплотнения.

При аварийной ситуации узлы печи и мостовые краны не работают, через трубопровод 14 и вентиль 20 в кристаллизатор в течение 35-45 минут поступает резервный запас воды из водонапорных башен общецеховой системы охлаждения. За это время обслуживающий персонал без проникновения в бронекожух закрывает вентили 20 и 21, открывает вентиль 23 и кристаллизатор переходит в аварийный режим охлаждения. Из бака 2 через вентиль 23 холодная вода поступает через рукав 16 на поддон 8, далее через трубопровод 10 и обратный клапан 12 - в кольцевой зазор 30, охлаждая изложницу 3. Перегретая вода через рукава 18, 19, вентиль 22 и перфорированный пароотделитель 33 поступает в бак 2.

Пример. Охлаждение вакуумной дуговой печи для слитка 20 т, диаметр слитка 1200 мм. В табл. 2 приведены температуры слитка, цилиндрической и донной части изложницы для фиксированных моментов времени до n=10.5 часов с интервалом 1 час в режиме аварийного охлаждения.

После отключения от общецеховой системы охлаждения вода, находящаяся в полостях охлаждения кристаллизатора и поддона, достаточно быстро закипает (~ в течение 5 минут), процесс стабилизируется и дальнейшее охлаждение печи происходит за счет ее испарения. При постоянном уровне воды, поддерживаемом из емкости запасного хранения воды, температура цилиндрической и донной частей изложницы не превышает 150^oС. Полное охлаждение печи происходит в течение 22 часов, при этом количество испаряемой воды не превышает 9 м³.

Использование предлагаемой вакуумной дуговой печи по сравнению с известными обеспечивает надежную защиту печи от взрыва или повреждения ее конструкции в случае аварийного отключения общецеховой системы охлаждения. При этом резко сокращается аварийный запас воды, который по условиям техники безопасности необходимо хранить в водонапорных башнях общецеховой системы охлаждения.

Формула изобретения

Вакуумная дуговая печь, содержащая кристаллизатор с поддоном, вакуумную систему и систему охлаждения, которая подключена к внешнему источнику давления воды через нагнетающую магистраль, соединенную с полостью охлаждения поддона кристаллизатора и верхним и нижним коллекторами полости охлаждения кристаллизатора, при этом верхний коллектор соединен с магистралью слива воды, а верхний и нижний коллекторы соединены между собой кольцевым каналом, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью запасного хранения воды, которая расположена выше уровня кристаллизатора, последовательно соединена посредством трубопроводов и арматуры с охлаждающими полостями поддона и кристаллизатора и образует с ними замкнутую самоциркулирующую систему испарительного охлаждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4