ПОДОВЫЙ НЕРАСХОДУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ПЛАВИЛЬНОЙ ЕМКОСТИ

Полезная модель относится к специальной электрометаллургии, в частности к электрошлаковым установкам для накопления жидкого металла.
Известен "Способ защиты полого нерасходуемого электрода" по описанию изобретения к а.с. СССР №1094567, класс МПК 6 Н 05 В 7/08, опубликовано 20.05.1995 г. в бюл. №14 (1).
э
2
3
Данный способ заключается в том, что полый нерасходуемый электрод, содержащий водоохлаждающий корпус и погружаемый в расплав металлический наконечник, при котором через отверстие в электроде продувают восстановительный газ. А наконечник выполняют из карбидообразующего материала, плотность тока погруженной в расплав части наконечника поддерживают менее 20 А/см2, а мощность приходящуюся на электрод определяют по формуле N≥10(1,416d·l+0,7d), где: d - наружный диаметр наконечника;
l - длина погружаемой в расплав части наконечника.
Данный полый нерасходуемый электрод имеет существенный недостаток, который заключается в следующем. Так как часть электрода, соприкасающаяся с расплавом металла приварена к водоохлаждаемому корпусу, то в месте их контакта неизбежно имеется минимальный воздушный зазор. Поэтому теплоперенос электротока от наконечника к водоохлаждаемому корпусу в такой конструкции осуществляется только по сварному шву между этими частями и небольшое количество тепла переносится через зазор между ними.
При попытке использования данной конструкции в качестве подового нерасходуемого электрода приваренный наконечник из-за слабого охлаждения полностью выгорал (расплавлялся) и происходило прожигание электродугой корпуса водоохлаждаемой части электрода.
Известен "Нерасходуемый электрод" по описанию изобретения к а.с. СССР №1607672, класс МПК 5 Н 05 В 7/08, опубликовано 11.04.89 г.в Бюл. №11 (2).
Данный нерасходуемый электрод содержит корпус 1, укрепленный в корпусе 1 теплопроводный материал 2, патрубки: входной 3 и выходной 4, крышку 5. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнены пазы 6, которые заполнены теплопроводным материалом 2.
Корпус 1 выполнен из материала близкого или одинакового по химическому составу с переплавляемым металлом. Отношение площади внутренней поверхности корпуса 1 электрода к площади наружной поверхности составляет 0,2-0,86.
Недостатком данного нерасходуемого электрода является то, что в момент потухания электрической дуги в ванне с расплавленным шлаком в начальный момент плавки из-за интенсивного охлаждения нерасходуемого электрода в связи с его недостаточной массой - корпус электрода покрывается шлаковой электроизолирующей корочкой, а это приводит к неконтролируемому прерыванию электрошлакового процесса плавки.
Целью предлагаемой полезной модели является разработка и создание конструкции подового нерасходуемого электрода, имеющего значительно больший срок эксплуатации и при этом обеспечивающий надежный и стабильный электрический контакт между электродом и расплавом шлака в первоначальный период плавки, а в дальнейшем и с расплавом металла в плавильной емкости.
Указанная цель и технический результат достигаются следующим образом.
Предлагаемая конструкция подового нерасходуемого электрода содержит, как и известный аналог, установленный в корпусе плавильной емкости в огнеупорном материале в нижней части ванны с расплавленным металлом, корпус электрода в виде емкости с охлаждающей жидкостью, омывающей непосредственно сам электрод.
Но в отличие от аналога, предлагаемый подовый нерасходуемый электрод выполнен из электропроводного материала в форме массивной планшайбы, к нижней части которой прикреплена емкость с охлаждающей жидкостью с возможностью принудительной подачи охлаждающей жидкости непосредственно на преобладающую часть нижней поверхности планшайбы и с эффективным отводом отработавшей охлаждающей жидкости от нижней поверхности планшайбы, при этом наружный диаметр планшайбы выполнен равным по меньшей мере 80 мм, а высота - равной по меньшей мере 30 мм.
Принудительная подача охлаждающей жидкости к нижней поверхности планшайбы осуществляется посредством установленного вертикально в
емкости с охлаждающей жидкостью подводящего патрубка, на верхнем конце которого в непосредственной близости от нижней поверхности планшайбы укреплен рассеиватель потока подводимой охлаждающей жидкости, выполненный в форме по меньшей мере шайбы-грибка с наружным диаметром равным по меньшей мере 0,8 диаметра планшайбы, при этом непосредственно под шайбой-грибком установлен конец отводящего патрубка с возможностью эффективного отвода отработавшей охлаждающей жидкости из зоны контакта с разогретой планшайбой.
В качестве близкого аналога предлагаемому подовому нерасходуемому электроду электрошлаковой плавильной емкости можно принять нерасходуемый электрод по источнику научно-технической информации (2).
На представленном чертеже изображен предлагаемый подовый нерасходуемый электрод, установленный в нижней части электрошлаковой плавильной емкости.
Предлагаемое устройство содержит следующие агрегаты, узлы и детали.
В металлическом корпусе 1 электрошлаковой емкости выполнена из огнеупорного материала 2 ванна плавильная заданой формы и объема для накопления расплава шлака 4 и расплава металла 3.
В нижней части ванны с расплавленным металлом 3 в огнеупорном материале 2 установлен подовый нерасходуемый электрод 5, выполненный из электропроводного материала в норме массивной планшайбы, к нижней части которой герметично прикреплена (приварена) емкость с охлаждающей жидкостью. Диаметр планшайбы может быть выполнен от 80 до 250 мм, а высота - от 30 до 150 мм. Материал планшайбы должен быть близким или одинаковым по химическому составу с переплавляемым металлом.
Подовый нерасходуемый электрод 5 посредством опорного обода 6, укрепленного (приваренного) на наружной поверхности емкости с охлаждающей жидкостью и посредством электроизолирующей прокладки 7 установлен на днище металлического корпуса 1.
В днище водоохлаждаемой емкости электрода 5 установлен (приварен) вертикально входной патрубок 8, а на его верхнем конце в непосредственной близости от нижней поверхности планшайбы электрода 5 укреплен рассеиватель 9 потока принудительно подводимой охлаждающей жидкости, выполненный, например, в форме шайбы-грибка, наружный диаметр которого принимается равным, например, 0,8-0,9 диаметра
планшайбы.
В днище емкости электрода 5 установлен (приварен) также выходной патрубок 10, верхний отводящий жидкость конец которого установлен непосредственно под шайбой-грибком 9, по которому отводится отработавшая (нагретая) охлаждающая жидкость.
Непосредственно в расплаве шлака 4 и в контакте с расплавом металла 3 установлен расходуемый электрод 11 электрошлаковой плавильной установки.
На планшайбе 5 в начале электрошлакового плавильного процесса в момент образования электрической дуги, как правило, может образовываться при оплавлении от электрической дуги небольшая лунка 12 с расплавом металла, в которой в последствии при стабилизации процесса плавления расходуемого электрода 11 вновь кристаллизуется металл в этой лунке, то есть процесс оплавления планшайбы прекращается.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Перед плавкой в установке электрошлакового переплава в донную часть плавильной емкости устанавливают подовый нерасходуемый электрод 5, а к патрубкам 8 и 10 подсоединяют шланги подачи-отвода охлаждающей жидкости.
В самом начале плавки между расходуемым (переплавляемым) электродом 11 и подовым нерасходуемым электродом 5 возникает электро-дуговый процесс, необходимый для получения первой порции жидкого шлака 4. При этом всю тепловую нагрузку электрической дуги воспринимает с электродом 11 и электрод 5.
Незначительная часть металла планшайбы электрода 5 расплавляется и собирается в лунке 12 с небольшим количеством расплава металла. Но после потухания электрической дуги и перехода процесса плавки в режим электрошлаковой плавки - тепловая нагрузка на планшайбу электрода 5 несколько снижается и стабилизируется, поэтому первоначально возникший процесс оплавления планшайбы электрода 5 прекращается.
В дальнейшем, когда по мере накопления расплавленный шлак 4 постепенно удаляется вверх (всплывает над расплавленным металлом) от подового электрода 5 и тепловая нагрузка на место контакта электрода 11 с электродом 5 еще немного уменьшается; а на электроде 5 в лунке 12 возникает слой "намороженного" (восстановленного) металла.
В лунке 12 устанавливается тепловое равновесие с расплавом металла 3, происходит стабилизация теплообмена и жидкий металл кристаллизуется в лунке 12, образованной электродуговым процессом в самой начальной стадии электрошлакового переплава.
Процессу стабилизации теплообмена в значительной мере способствует также и принудительное охлаждение нижней поверхности планшайбы электрода 5 потоком охлаждающей жидкости, например, воды, которая под давлением от нагнетающего насоса подается через входной патрубок 8 через шайбу-грибок 9.
И этот поток постоянно смывает образующиеся в месте контакта воды с разогретой до высоких температур нижней поверхностью планшайбы электрода 5 пузырьки пара, образующиеся над шайбой-грибком 9, что способствует более интенсивному и эффективному охлаждению планшайбы электрода 5.
А смытая постоянным потоком воды масса пара тут же перемешивается с массой воды, конденсируется и всасывается отводным патрубком 10 и поступает в систему охлаждения оборотного водоснабжения.
Предлагаемый подовый нерасходуемый электрод электрошлаковой плавильной емкости опробован в опытной установке, показал положительные результаты и имеет ряд преимуществ в сравнении с аналогом, а именно:
1. повышенная масса планшайбы электрода 5 позволяет проводить более "мягкие" и стабильные тепловые процессы в начальный момент электрошлаковой плавки;
2. достигается более стабильное поддержание электрического контакта через шлак в начальный момент плавки;
3. значительно увеличивается срок эксплуатации подового нерасходуемого электрода 5 благодаря его повышенной массе и более эффективному охлаждению электрода; при этом увеличение срока эксплуатации достигает до 20 раз.
Литература:
1. "Способ защиты полого нерасходуемого электрода" по описанию изобретения к а.с. ссср №1094567, класс МПК 6 Н 05 В 7/08, опубликовано 20.05.1995 г. в Бюл. №14.
2. "Нерасходуемый электрод" по описанию изобретения к а.с. СССР №1607672. класс МПК 5 Н 05 В 7/08, опубликовано 11.04.1989 г. в Бюл. №11.