Крупногабаритная изложница кристаллизатора вакуумной дуговой печи

 

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к устройствам для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. Конструкция изложницы выполнена монолитной со стабильными и равнозначными механическими и теплопроводными свойствами по всему объему изделия. Предлагаемое изобретение позволяет повысить стойкость изложницы за счет увеличения количества плавок в 1,4 -1,6 раза, увеличить взрывобезопасность работы вакуумной дуговой печи за счет исключения сварных соединений, материал которых имеет пониженные механические и нестабильные теплофизические свойства относительно основного металла изделия. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к устройствам для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов.

Известна конструкция крупногабаритной изложницы кристаллизатора дуговой вакуумной печи (Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1978, с. 35-36. ) - прототип. Изложница представляет собой металлическую, чаще всего из меди или сплавов на ее основе, трубу длиной до 5 метров с фланцем в верхней части. Толщина стенки трубы достигает 25-50 мм. Изложницы внутренним диаметром до 370 мм и длиной до 1900 мм изготовляют из короткомерных прессованных толстостенных труб с последующей приваркой фланца. Изложницы внутренним диаметром 500-1200 мм и более изготовляются из толстолистовых заготовок, свариваемых продольными и кольцевыми швами между собой, с последующей приваркой фланца. Соединение методом сварки двух труб внутренним диаметром менее 500 мм практически невозможно из-за того, что медный расплав скатывается с поверхности изделия.

Изложница является важнейшим узлом дуговых печей для производства слитков. В нем осуществляются все основные процессы плавки: дуговой разряд, плавление металла, дегазация его, формирование слитка. Конструкция испытывает большие тепловые нагрузки. Тепловые потоки через ее 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 изложницы) превосходят эту величину. На внутренней стороне изложницы температура достигает до 300^oС, на наружной поверхности, охлаждаемой водой, - 150^oС. В результате больших градиентов температур возникают термические напряжения. Температурное поле в стенках изложницы не стабильно, при каждой плавке оно перемещается вдоль стенки вслед за подъемом зеркала ванны жидкого металла. В результате разницы давления внутри (вакуум) и снаружи изложницы (давление воды не менее 4 ати) стенки ее нагружены. В этих условиях работы снижение прочностных и теплофизических свойств материала, даже в локальных зонах, приводит к быстрому выходу изложницы из строя.

Основным недостатком конструкций известных изложниц является наличие сварных соединений, свойства которых практически всегда ниже одноименных свойств основного материала на 10-15% за счет литой структуры, которая наименее стойка к знакопеременным нагрузкам, характерным для работы конструкции. В этой области металл также имеет склонность к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения, свищи, расслоение и др. Указанные пороки являются причиной ухудшения прочностных свойств материала и снижения его теплопроводности в этих зонах. Следствием этого являются локальные перегревы стенки изложницы при проведении плавки с возможным ее подплавлением или сквозным прожогом. Прожег изложницы при плавке высокореакционных металлов, например титана, влечет за собой не только паровой взрыв, но и взрыв гремучей смеси, т.к. титан взаимодействует с водой с ее диссоциацией и выделением свободного водорода. Повышенные технологические требования к сварочным швам в процессе изготовления изложницы с обязательным контролем на вакуумноплотность и рентгенконтролем требуют высокой квалификации исполнителей и трудозатрат. При этом они не обеспечивают идентичности свойств сварного шва и основного металла.

Задача, на решение, которой направлено данное изобретение, заключается в создании технологичной в изготовлении изложницы с повышенным сроком службы и взрывобезапасности.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в крупногабаритной изложнице кристаллизатора вакуумной дуговой печи, содержащей толстостенную, металлическую трубу с фланцем, конструкция изложницы выполнена монолитной со стабильными и равнозначными механическими и теплопроводными свойствами по всему объему изделия.

На чертеже изображен общий вид крупногабаритной изложницы кристаллизатора вакуумной дуговой печи. Толстостенная труба с внутренним диаметром D_в образует монолитную конструкцию с фланцем диаметром D_ф общей длиной L.

Пример. Изготовлена изложница кристаллизатора вакуумной дуговой печи ДТВ - 8,7Г10, применяемая для плавки титана и его сплавов.

Геометрические размеры изложницы: D_в= 485 мм, D_ф=1000 мм, L=4000 мм, толщина фланца - 70 мм, толщина стенки изложницы - 40 мм.

Материал - медь марки M1, полученная методом двойного переплава корпусов выработавших свой ресурс изложниц.

Изделие изготовлено методом прессования на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 20000 тс.

Уровень механических свойств из прессованной заготовки значительно выше, чем из катанной плиты, так по текучести в 1.4 раза, по прочности в 1.1-1.3 раза, по удлинению в 1.2 раза, по твердости в 1.29 раза и по ударной вязкости в 1,85 раза. Структура металла однородная по всему объему изделия.

Предлагаемая конструкция крупногабаритной изложницы кристаллизатора значительно повышает ее стойкость (количество плавок увеличивается в 1,4-1,6 раза), увеличивается также взрывобезопасность работы вакуумной дуговой печи за счет исключения сварных соединений, материал которых, имеет пониженные механические и нестабильные теплофизические свойства относительно основного металла изделия.

Формула изобретения

Изложница кристаллизатора вакуумной дуговой печи, содержащая толстостенную, металлическую трубу с фланцем, отличающаяся тем, что конструкция изложницы выполнена монолитной со стабильными и равнозначными механическими и теплопроводными свойствами по всему объему изделия.

РИСУНКИ

Рисунок 1