КРУПНОГАБАРИТНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ИЗЛОЖНИЦА КРИСТАЛЛИЗАТОРА

КРУПНОГАБАРИТНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ИЗЛОЖНИЦА КРИСТАЛЛИЗАТОРА
Полезная модель относится к области металлургии, а именно к устройствам для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов.
Основным способом промышленного производства слитков высокореакционных металлов и сплавов является вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода. Изложница является важнейшим узлом дуговых печей для производства слитков. В ней осуществляются все основные процессы плавки: дуговой разряд, плавление металла, его дегазация, 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, а в аварийных ситуациях (при переброске дуги на стенку изложницы) значительно превосходят эту величину. На внутренней стороне изложницы температура достигает 300°C, на наружной поверхности, охлаждаемой водой, до 150°C. 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 атм) стенки ее нагружены. При таких условия работы, происходит искажение внутренних геометрических размеров, связанных с накоплением остаточной деформации и разгара внутренней боковой поверхности и изложница быстро выходит из строя.
Известна конструкция крупногабаритной изложницы кристаллизатора дуговой вакуумной печи (Аношкин Н.Ф. и др. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1978, с. 35-36.) - прототип. 2
Изложница представляет собой металлическую, чаще всего из меди или сплавов на ее основе, трубу длиной до 5 метров с фланцем в верхней части. Изготовляются изложницы из толстолистовых заготовок, свариваемых продольными и кольцевыми швами между собой, с последующей приваркой фланца.
Известная конструкция крупногабаритной изложницы кристаллизатора дуговой вакуумной печи-прототип обладает недостаточной стойкостью.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является увеличение срока эксплуатации сварной крупногабаритной изложницы.
Техническим результатом будет являться повышение прочностных характеристик изложницы, повышение сопротивления металла к короблению, увеличение срока службы и улучшение характеристик взрывобезопасности.
2
Технический результат достигается тем, что крупногабаритная цилиндрическая изложница для вакуумного дугового переплава слитков из реакционных металлов и сплавов, выполненная из сварной трубы с приваренным к ней фланцем, отличающаяся тем, что сварная труба имеет толщину 25-50 мм, выполнена из хромистой бронзы с содержанием хрома 0,4-1,0 мас. % и имеет твердость свыше 80 НВ и предел прочности свыше 30 кгс/мм.
В качестве материала для изготовления изложницы используют хромистую бронзу. Хромистые бронзы являются дисперсионно-твердеющими сплавами, обладающими оптимальным сочетанием физических, механических и эксплуатационных свойств после термической или термодеформационной обработки. Наибольший эффект упрочнения достигается при использовании бронз с содержанием хрома 0,4-1,0 3
масс % и возможностью проведения на материале термообработки в виде закалки, фиксирующей пересыщенный твердый раствор, и старение, в результате которого происходит его распад с выделением дисперсных частиц фаз-упрочнителей.
Изложница для вакуумного дугового переплава слитков из реакционных металлов и сплавов выполнена из сварной трубы с приваренным к ней фланцем. Для изготовления сварной трубы используется трубная заготовка, которая формуется из катаной плиты толщиной 25-50 мм и сваривается. Использование плиты толщиной менее 25 мм может привести к быстрому перегреву стенки при проведении плавки с возможным ее подплавлением или сквозным прожогом, а толщина плиты более 50 мм требует больших трудозатрат при изготовлении и эксплуатации. Плиту предпочтительно получать прокаткой при температуре 900-1000°C на основании диаграмм изменения фазового состава, пластических и прочностных свойств сплава в зависимости от температуры, что является наиболее оптимальной температурой для получения однородной структуры металла и требуемых физических свойств. Охлаждение плиты на воздухе с температуры прокатки позволяет зафиксировать часть пересыщенного твердого раствора. Металл в таком состоянии имеет достаточную пластичность и относительно не высокую прочность и твердость. Это в свою очередь позволяет производить формовку плиты и окончательную операцию калибровки без значительных нагрузок на оборудование. После формовки осуществляется сварка трубной заготовки и приварка к ней фланца. Дальнейшее старение сварной конструкции в течение 2-16 часов при температуре 420-500°C приводит к существенному увеличению твердости, предела текучести и прочности, модуля упругости, повышается тепло- и электропроводность. При температуре ниже этого интервала процесс распада с выделением дисперсных частиц фаз-упрочнителей прекращается или протекает очень 4
2
медленно, что экономически не выгодно; при более высоких температурах и длительных выдержках происходит «перестаривание» сплава, что не позволяет получить эффективного увеличения механических свойств. Свойства, полученные после старения (твердость свыше 80 НВ и предел прочности свыше 30 кгс/мм) определяют долговечность и надежность работы изложницы.
Предлагаемая упрочненная крупногабаритная сварная изложница кристаллизатора печей ВДП из хромистой бронзы значительно превосходит по стойкости существующие сварные изложницы из толстых плит для печей ВДП. Количество плавок в такой изложнице увеличивается в 1,5 раза, также увеличивается взрывобезопасность работы вакуумной дуговой печи за счет увеличения запаса прочности основного металла изложницы и металла сварных швов.