ВОДООХЛАЖДАЕМЫЙ ХОЛОДНЫЙ ТИГЕЛЬ

Полезная модель относится к области металлургии, а именно к конструктивным элементам печей, в конструкции которых используется водоохлаждаемый плавильный инструмент (холодный тигель) и может применяться для плавки и литья интерметаллидов и специальных сплавов.
Водоохлаждаемый плавильный инструмент в процессе работы испытывает большие тепловые нагрузки. В результате больших градиентов температур возникают термические напряжения. Кроме того, инструмент испытывает большие механические нагрузки от веса собственной конструкции и веса расплава, циклических нагрузок.
Известен плавильный водоохлаждаемый тигель электронно-лучевой печи с холодным подом, содержащий металлический корпус с внутренними параллельными каналами охлаждения. Входное и выходное отверстия для подсоединения трубопроводов системы охлаждения расположены параллельно оси каналов (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Андреев А.Л. и др. - М.: Металлургия, 1994, с.184, рис.67).
Недостатками данного тигля являются сложность выполнения цилиндрических каналов при больших габаритах тигля, сложность, а иногда и невозможность организации последовательного охлаждения тигля, а также повышенная термомеханическая деформация тигля при его эксплуатации.
Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, содержащий металлический корпус с внутренними герметичными каналами, входное и выходное отверстия каналов для присоединения трубопроводов системы охлаждения. Корпус выполнен из цельнокатаных биметаллических плит, содержащих лист из нержавеющей стали, соединенных между собой стяжными упругими элементами. Каналы охлаждения в плитах выполнены эллипсовидной формы в поперечном сечении и змеевидную конфигурацию в плане, входное и выходное отверстие каналов для подсоединения трубопроводов системы охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной оси каналов (RU 2166714, кл, F27B 14/10, F27B 3/08, C22B 9/21,2001 г.).
Недостатком известного устройства является невысокая надежность при его эксплуатации из-за несовершенной системы водоохлаждения, которая работает в условиях повышенной термомеханической деформации.
Прототипом полезной модели является индукционный плавитель с холодным тиглем (RU, 2392675, кл G21F 9/16, 2010 г), включающий индуктор, металлический тигель, состоящий из металлических водооохлаждаемых трубок, образующих корпус тигля и объединенных в верхней части коллекторами напорным для подвода охлаждающей воды и сливного для отвода воды с соответствующими патрубками для подвода и отвода охлаждающей воды. Устройство также содержит водоохлаждаемое дно, сливное устройство, состоящее из канала для слива расплава, водоохлаждаемый сливной затвор с наконечником, имеющий в своем составе внешнюю трубку со штуцером отвода охлаждающей воды, и внутреннюю трубку, имеющую штуцер подвода охлаждающей воды. При этом напорный коллектор подвода охлаждающей воды снабжен дополнительным патрубком для отвода парогазовой смеси. Металлические охлаждаемые трубки, образующие корпус тигля, в нижней части объединены перепускным коллектором, обеспечивающим распределение подводимой охлаждающей воды. Водоохлаждаемое дно металлического тигля выполнено съемным и установлено на перепускном коллекторе. Сливное устройство состоит из металлических водоохлаждаемых трубок, по крайней мере, две из которых объединены между собой в прямоугольный П-образный элемент, образующий вертикальный зазор выше уровня съемного водоохлаждаемого дна, и являющийся каналом для выпуска расплава, в котором установлен водоохлаждаемый сливной затвор. Сливное устройство является частью корпуса холодного тигля и имеет штуцеры для подвода и отвода охлаждающей воды. Направляющий патрубок водоохлаждаемого сливного затвора, расположен в верхней части вертикального зазора, а наконечник водоохлаждаемого сливного затвора является цельновыполненным и имеет форму частично усеченного цилиндра, в котором верхняя часть выполнена цилиндрической, а нижняя часть, прилегающая к ней, имеет форму полуцилиндра, верхняя часть сливного затвора снабжена поворотной скобой.
Расположение коллекторов подвода и отвода охлаждающей воды в верхней части устройства не обеспечивает эффективного охлаждения плавильного тигля. Кроме того, конструкции устройства сложна и неудобна в эксплуатации.
Задачей полезной модели является разработка конструкции водоохлаждаемого холодного тигля с организацией направленного потока подачи и слива воды для охлаждения каждой секции тигля.
Техническим результатом полезной модели является повышение, эффективности и надежности устройства.
Поставленная задача, и как следствие указанный технический результат достигаются тем, что водоохлаждаемый холодный тигель содержит металлический корпус с водоохлаждаемым дном и систему водоохлаждения, включающую напорный и сливной коллекторы и патрубки подвода и отвода охлаждающей воды, а также водоохлаждаемые каналы. Согласно полезной модели металлический корпус выполнен в виде продольных клинообразных секций с герметичным уплотнением между ними, внутри которых расположены водоохлаждаемые каналы, а нижняя часть корпуса снабжена фланцем с отверстиями под крепежные шпильки, напорный и сливной коллекторы системы водоохлаждения жестко связаны друг с другом и выполнены в виде опоры, закрепленной в нижней части корпуса, и снабженной верхним и нижним фланцами с отверстиями под крепежные шпильки, при этом полости напорного и сливного коллекторов герметично разделены друг от друга. Металлический корпус, напорный и сливной коллекторы выполнены из немагнитного коррозионностойкого металла, например из меди. Напорный и сливной коллекторы выполнен в виде единой сварной конструкции. Герметично разделенные друг от друга полости напорного и сливного коллекторов связаны через напорные и сливные патрубки с системой трубопроводов для подвода охлаждающей воды и для слива воды в оборотную систему водоснабжения через сливной коллектор.
Выполнение системы водоохлождения в виде напорного и сливного коллекторов, установленных в нижней части корпуса с образованием его опоры позволяет усилить механическую прочность конструкции. Кроме того, подача водоохлаждаемой воды под напором снизу вверх не дает возможности образования паровоздушных пробок.
Выполнение металлического корпуса в виде продольных клинообразных секций из немагнитного коррозионностойкого металла с герметичным уплотнением механически усиливает конструкцию, работающую в жестких условиях.
Жесткая связь корпуса тигля с напорным и сливным коллекторами с помощью винтового механизма крепления позволяет поддерживать форму и плотность конструкции подвижного тигля по всей его высоте и во всех положениях. Такая жесткая связь обеспечивает соблюдение требований техники безопасности к устройствам с холодным тиглем.
Полезная модель представлена на чертежах, где на фиг.1 показан водоохлажаемый холодный тигель в разрезе; на фиг.2 - сечение по месту уплотнения пары секций вверху тигля, на фиг.3 - коллектор напорный, вид сверху; на фиг.4 -. коллектор напорный, в разрезе; на фиг.5 - коллектор сливной, в разрезе; на фиг.6 - коллектор сливной, вид сверху.
Водоохлаждаемый холодный тигель, содержит металлический корпус 1 выполненный из немагнитного коррозионностойкого металла, преимущественно из меди. Нижняя часть корпуса 1 снабжена фланцем 2, который выполняет роль водоохлаждаемого дна холодного тигля с отверстиями (на фиг. не показано) под крепежные шпильки 3. Холодный тигель включает также систему водоохлаждения, содержащую, расположенные в нижней части корпуса 1 напорный коллектор 4 с полостями 5 и 6 и сливной коллектор 7 с полостями 8 и 9, водоохлаждаемые каналы 10 и патрубки подвода 11 и отвода 12 охлаждающей воды. Коллекторы 4 и 7 выполнены в виде единой сварной конструкции вакуумно-плотным швом, обеспечивающим надежную герметичность устройства и проверена течеискателем на герметичность. Единая напорно-сливная конструкция снабжена верхним фланцем 13 и нижним фланцем 14 с отверстиями под крепежные шпильки 3, позволяющие осуществлению герметизацию уплотнений. При этом гайки на шпильках 3 закручиваются до отказа. Фланец 2 корпуса 1 и верхний фланец 11 имеют герметическое вакуумное уплотнение 15, обеспечивающее герметичное соединение при стыковке коллекторов 4 и 7 друг с другом и фланцем 2. Металлический корпус 1 содержит продольные клинообразные секции (фиг.2), четную 16 и нечетную 17 с герметичным уплотнением 18 между ними и втулкой 19. Внутри секций 16 и 17 расположены водоохлаждаемые каналы 10. На каждую секцию 16 и 17 плазменным способом нанесен слой 20 электроизоляции из двуокиси алюминия.
Водоохлаждаемый холодный тигель работает следующим образом.
Вода из напорного коллектора 4 поступает в полость 5, а из нее (по стрелке) в канал 10 чередуя секции 16 и 17, затем в полость 6 и далее в полость 9 для охлаждения дна корпуса 1. Поступление охлаждающей воды попеременное в четные 16 и нечетные 17 секции увеличивает общую площадь контакта со стенками корпуса 1, создавая благоприятные условия охлаждения, повышая тем самым эффективность всего процесса плавки. Из полости 6 вода поступает на слив в полость 8 и затем через патрубок сливного коллектора 7 поступает на слив. Подача охлаждающей воды снизу вверх значительно интенсифицирует процесс теплопереноса, повышая эффективности процесса плавки. Наличие крепежных элементов, в виде шпилек 3, скрепляющих корпус 1 с напорным и сливным коллекторами 4 и 7, а также выполнение их в виде единой сварной конструкции также повышает надежность устройства, работающего при жестких механических нагрузках в условиях высоких температур.
Технико-экономическое преимущество данного устройства заключается в обеспечении возможности перемещения холодного тигля в рабочем пространстве вакуумной печи в сочетании с обеспечением надежности решения по поддержанию заданной формы и плотности конструкции подвижного тигля по всей его высоте и во всех положениях. Такое решение обеспечивает соблюдение требований техники безопасности к устройствам с холодным тилем и расширяет область использования холодного тигля.