ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ С ХОЛОДНЫМ ПОДОМ
SMELTING FURNACE WITH COLD SOLE

Изобретение относится к плавильному оборудованию, а именно к конструкции плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей с холодным подом, и может найти применение для получения слитков из высокореакционных металлов и сплавов.
Известна конструкция плавильного водоохлаждаемого тигля, состоящего из упругосоединенных между собой биметаллических плит, содержащих внутренние герметические водоохлаждаемые каналы и компенсаторы, жестко присоединенные к наружной поверхности тигля (Патент РФ 2194934, 2002 г.).
Недостатком указанной конструкции является сложность изготовления холодного крупногабаритного пода в составе нескольких тиглей, существенная трудоемкость изготовления фрезерованием водоохлаждаемых каналов, низкая эффективность системы охлаждения, выполненной в алюминиевом слое, а также проблемы в эксплуатации, связанные с разрушением сварных швов.
Известна плавильная печь с холодным подом, состоящим из последовательно установленных на раме устройств в составе плавильного и рафинирующего тиглей, кристаллизатора и переливных порогов, причем кристаллизатор жестко закреплен на раме, а между собой все устройства последовательно соединены упругими внешними связями (Патент РФ 2231725, 2004 г.) - прототип.
Недостатками известной конструкции являются наличие зазоров между элементами ванны пода в результате теплового расширения при нагреве пода в процессе плавки, что приводит к появлению трудноудаляемых дефектов в виде «затеков» гарнисажа, а также неравномерное охлаждение пода, приводящее к постепенному его разрушению.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции холодного пода плавильной печи, позволяющего снизить затраты на его изготовление, монтаж и эксплуатацию.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является устранение затеканий металла в зазоры между элементами ванны пода, увеличение стойкости пода за счет улучшения условий охлаждения медных тиглей.
Указанный технический результат достигается тем, что в плавильной печи с холодным подом, содержащей независимые источники нагрева, последовательно установленные с зазором на раме холодного пода плавильный тигель с задней стенкой, рафинирующие тигли, кристаллизатор и переливные пороги, согласно изобретению полости, образованные в зазоре между последовательно установленными элементами печи, заполнены нейтральным флюсом на основе фторида кальция, а верхние кромки полостей выполнены в виде фасок под углом 30÷60°. Плавильный и рафинирующий тигли выполнены идентичными в виде медного профиля корытообразного сечения, при этом медные переливные пороги, установленные между последовательно соединенными тиглями, являются торцевыми стенками тиглей. Тигли выполнены с каналами охлаждения, полученными глубоким сверлением в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, с формированием змеевидного контура течения потока охлаждающей жидкости посредством системы герметичных заглушек, установленных в отверстия каналов.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен холодный под плавильной печи, вид сверху; на фиг.2 - вид А-А по фиг.1; на фиг.3 - изображен медный водоохлаждаемый тигель, вид сверху; на фиг.4 - вид А-А по фиг.3; на фиг.5 представлена схема течения потока охлаждающей жидкости в медном водоохлаждаемом тигле.
Плавильная печь с холодным подом содержит независимые источники нагрева 1, плавильный тигель 2 с задней стенкой 3, рафинирующие тигли 4 и 5, разделительные переливные пороги 6 и 7, исключающие попадание включений тяжелых металлов в металл выплавляемого слитка, кристаллизатор 8.
Плавление шихты осуществляется в плавильном тигле. По мере заполнения плавильного тигля расплав через переливной порог поступает в рафинирующие тигли, где происходит очистка расплава от тугоплавких тяжелых включений, и далее в кристаллизатор, где формируется слиток. Плавка и поддержание температурных условий производятся с помощью независимых источников нагрева. По мере заполнения металлом поверхности пода образуется гарнисаж. Происходит нагрев тиглей и изменение их линейных размеров и, соответственно, изменение величины зазора в местах стыка элементов пода.
Полости, образующиеся в зазорах между последовательно соединенными элементами ванны пода (тиглями, задней стенкой, переливными порогами, кристаллизатором) заполнены нейтральным флюсом на основе фторида кальция. Верхние кромки полостей выполнены в виде фасок под углом 30÷60°. Использование флюса на основе фторида кальция исключает затекание жидкого металла в зазор между элементами пода, предотвращает попадание кислорода и других элементов в гарнисаж и выплавляемый слиток из-за своей нейтральности по отношению к высокореакционным металлам и сплавам. Наличие фаски на верхней кромке полости, выполненной под углом 30÷60°, обеспечивает резерв флюса для заполнения зазоров в случае их увеличения при тепловом воздействии.
Плавильный и рафинирующие тигли выполнены идентичными и представляют собой медный профиль корытообразного сечения. Переливные медные пороги, установленные между последовательно соединенными элементами ванны пода, являются торцевыми стенками тиглей. Данные элементы ванны пода являются универсальными и взаимозаменяемыми, что позволяет повысить ремонтопригодность пода при его неравномерном износе, снизить затраты при изготовлении и монтаже пода.
Каналы охлаждения тиглей выполнены сквозным глубоким сверлением в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Посредством системы герметичных заглушек, установленных в отверстия каналов, формируется змеевидный контур потока течения охлаждающей жидкости, что приводит к повышению равномерности охлаждения материала тигля.
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.
2
Для плавильной печи, используемой при переплаве шихты из высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, изготовлен водоохлаждаемый холодный под. Габаритные размеры пода: длина 5200, ширина 1630 мм. Масса пода 8300 кг. Элементы ванны пода изготовлены из меди марки M1. На верхних кромках полостей в зазорах между элементами пода выполнены фаски 25×45°. Полости заполнены флюсом на основе фторида кальция CaF. Источниками нагрева печи являются электродуговые плазмотроны. После проведения 20 плавок (до перехода на выплавку слитков из другого сплава) гарнисаж беспрепятственно вынимается из пода, затеков в зазоры между элементами пода не обнаружено. Повреждений конструкции пода, прогибов, прожогов, нарушений системы охлаждения не зафиксировано.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить затеки металла между элементами пода, увеличить стойкость пода за счет улучшения условий охлаждения медных тиглей, а также снизить затраты на изготовление и монтаж холодного пода.