Вакуумная дуговая гарнисажная печь

Полезная модель относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использована для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении.
Типичные конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей для выплавки высокореакционных металлов и сплавов содержат вакуумный водоохлаждаемый корпус печи, электрододержатель, водоохлаждаемый тигель и кристаллизатор специальной формы, находящийся в вакуумном объеме печи. Расходуемым электродом для получения слитков служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж. Для плавления расходуемого электрода и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. Плавка производится в вакуумном пространстве, что необходимо для отведения из расплава газовых примесей. При достижении необходимого уровня жидкого расплава в тигле производится слив расплава из тигля в кристаллизатор через носок тигля. Сливаемая масса расплава составляет около одной трети от жидкой фазы, находящейся в тигле. Поворот тигля, установленного на поворотную раму, осуществляется через кривошипный механизм, оси которого также проходят через боковые стенки основания печи. Механизм поворота плавильного тигля обеспечивает равную угловую скорость поворота на угол, соответствующий сливу расплава для заполнения кристаллизатора. Однако, при сливе расплава важно обеспечение точной массы слитка, а контроль уровня жидкого металла в кристаллизаторе осуществляется только визуально при помощи оптического наблюдения. При этом в зависимости от способа укладки, состава и количества шихтового материала геометрическая форма ванны жидкого металла в тигле различна от плавки к плавке. Соответственно, при равном угле наклона тигля масса сливаемого расплава в кристаллизатор может значительно отличаться. Поэтому для получения слитка заданной массы и обеспечения безопасности процесса требуется точная дозировка металла, сливаемого из тигля в кристаллизатор.
Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с закладным стержнем и закладной задней стенкой с контрольными термопарами (патент РФ №2194780, публ. 20.12.2002 г.).
Недостатками известной печи являются наличие субъективного визуального контроля уровня сливаемого металла, что не обеспечивает постоянность массы кристаллизующегося слитка, отсутствие автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе и блокировок превышения допустимого уровня при недостаточной квалификации плавильщика, приводящее к переливу металла и повреждению элементов печи. Кроме того, оптическая система наблюдения требует дополнительных мероприятий по их защите и обслуживанию, предусматривает наличие в корпусе печи оптически прозрачных стекол, загрязняющихся летучими образованиями, выделяющимися в объеме печи во время плавки.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание системы автоматического управления дозированным сливом расплава в кристаллизатор.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении полезной модели, являются повышение точности массы получаемого слитка, улучшение условий эксплуатации и обслуживания печи при обеспечении безопасности и надежности ее работы.
Указанный технический результат достигается тем, что вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумный водоохлаждаемый корпус, электрододержатель, кристаллизатор, плавильный тигель с механизмом наклона, согласно полезной модели печь оснащена системой автоматического управления дозированным сливом расплава в кристаллизатор, состоящей из несущих кронштейнов, прикрепленных к внутренним стенкам корпуса печи, кристаллизатора, в верхней части которого выполнены, по меньшей мере, две опорные цапфы, опирающиеся на несущие кронштейны, опорных элементов с весовыми датчиками, размещенных на контактной поверхности несущих кронштейнов, блока автоматического регулирования дозирования слива расплава, обрабатывающего сигналы весовых датчиков и передающего команду на исполнительный механизм об изменении угла наклона плавильного тигля при сливе расплава в кристаллизатор.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид вакуумной дуговой гарнисажной печи в разрезе вдоль оси тигля. На фиг. 2 изображен узел кристаллизатора с системой дозированного слива.
Вакуумная дуговая гарнисажная печь состоит из вакуумного водоохлаждаемого корпуса 1, электрододержателя 2, водоохлаждаемого плавильного тигля 3 с механизмом наклона 4, кристаллизатора 5. Печь оснащена системой дозированного слива расплава, состоящей из несущих кронштейнов 6, опорных цапф 7, выполненных в верхней части кристаллизатора, на контактной поверхности 8 несущих кронштейнов размещены опорные элементы 9 с весовыми датчиками 10. Сигнал от весовых датчиков поступает в блок автоматического регулирования дозирования слива расплава (не показан) для обработки и передачи команды на механизм наклона плавильного тигля.
Устройство работает следующим образом.
В плавильный тигель, установленный на поворотную раму, укладывается шихта, на электрододержатель навешивается расходуемый электрод-гарнисаж, изготовленный при предыдущих плавках. Для плавки используется кристаллизатор, в верхней части которого выполнены, по меньшей мере, две опорные цапфы. К внутренним стенкам корпуса печи прикреплены несущие кронштейны. На контактной поверхности кронштейнов, расположенной в горизонтальной плоскости, размещаются опорные элементы с весовыми датчиками. На кронштейны устанавливается кристаллизатор, контактирующий цапфами с опорными элементами. На верхний фланец кристаллизатора устанавливается литейная воронка (на фиг. не показана), после чего печь вакуумируют. Блок обработки данных снимает показания с датчиков с учетом подобранного при вакуумировании коэффициента изменения веса, рассчитывает базовую точку нулевой массы расплава в кристаллизаторе, и показания весовых датчиков обнуляются. Для зажигания дуги между шихтой в тигле и электродом-гарнисажем подается электрический ток через две ветки электрической цепи. По заданным режимам осуществляется плавка и наступает момент слива расплава в кристаллизатор. При сливе датчики фиксируют величину нагрузки на кристаллизатор от величины слитого металла. После достижения массы расплава в кристаллизаторе заданной величины блок обработки передает сигнал на механизм наклона плавильного тигля об изменении угла.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить безопасность и надежность работы печи, увеличить точность массы получаемого слитка.