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.
При плавке в вакуумных дуговых гарнисажных печах для плавления расходуемого электрода и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. При этом одним из электродов является шихтовой материал, а расходуемым электродом для получения слитков служит сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке гарнисаж. Плавка производится в вакуумном пространстве, что необходимо для отведения из расплава газовых примесей. В качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. Плавка производится до достижения необходимого уровня жидкого расплава в тигле, после чего производится слив расплава из тигля в кристаллизатор через носок тигля. Сливаемая масса расплава составляет около одной трети от жидкой фазы, находящейся в тигле. При этом слив расплава в кристаллизатор производится поворотом тигля на угол, обеспечивающий при сливе требуемую массу слитка, а контроль уровня жидкого металла в кристаллизаторе осуществляется визуально при помощи оптического наблюдения. Геометрическая форма ванны жидкого металла в тигле различна от плавки к плавке, поскольку в значительной степени зависит от способа укладки, состава и количества шихтового материала. В связи с этим масса сливаемого расплава в кристаллизатор при одном и том же угле наклона тигля различна. Поэтому для получения слитка заданной массы и обеспечения безопасности процесса требуется точная дозировка металла, сливаемого из тигля в кристаллизатор.
Известна вакуумно-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 визуального контроля уровня сливаемого металла, который является субъективным и во многом зависит от опыта плавильщика, что не обеспечивает постоянность массы кристаллизующегося слитка. Отсутствие автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе и блокировок превышения уровня над допустимым при недостаточной квалификации плавильщика может привести к переливу металла и повреждению элементов печи. Кроме того, оптическая система наблюдения предусматривает наличие в корпусе печи оптически прозрачных стекол, однако во время плавки происходит выделение в объем печи летучих образований, загрязняющих поверхности стекол, что требует дополнительных мероприятий по их защите и обслуживанию.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности и надежности работы печи, повышение точности массы получаемого слитка, улучшение условий эксплуатации и обслуживания.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является создание возможности регулирования сливом расплава в кристаллизатор в автоматическом режиме.
Указанный технический результат достигается тем, что вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, кристаллизатор с механизмом подъема, плавильный тигель с механизмом наклона, согласно полезной модели печь снабжена системой дозированного слива расплава в кристаллизатор, состоящей из кристаллизатора с выполненным на его образующей дополнительным контактным фланцем, которым он установлен на весовые датчики, расположенные на подвижных опорах механизма подъема, разделительного устройства с вакуумным уплотнением, обеспечивающего герметичность стыковки кристаллизатора в вакуумном объеме печи между опорным фланцем печи и фланцем кристаллизатора, блока автоматического регулирования дозирования слива расплава, обрабатывающего сигналы датчиков и передающего команду на исполнительный механизм об изменении угла наклона плавильного тигля при отклонении от заданного веса слитого металла в кристаллизатор.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена вакуумная дуговая гарнисажная печь в разрезе вдоль оси тигля. На фиг. 2 изображен узел кристаллизатора с системой дозированного слива расплава, на виде а) приведен узел до стыковки с камерой печи, на виде б) узел показан во время слива в него расплава.
Печь состоит из вакуумной водоохлаждаемой камеры 1, электрододержателя 2, водоохлаждаемого плавильного тигля 3 с механизмом наклона 4, пристыкованного снизу кристаллизатора 5 с механизмом подъема 6. Система дозированного слива расплава состоит из кристаллизатора с дополнительным контактным фланцем 7, установленного на весовые датчики 8. К корпусу водоохлаждаемой камеры печи крепится разделительное устройство 9 с наличием нижнего опорного фланца 10. Между опорным фланцем разделительного устройства и контактным фланцем кристаллизатора размещено вакуумное уплотнение 11. 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. Кристаллизатор для стыковки с печью подводится снизу подъемным механизмом, помещается в камеру печи и соединяется с системой водооборота, После пристыковки контактного фланца кристаллизатора к опорному фланцу разделительного устройства (например, сильфона) по вакуумному уплотнению печь вакуумируют. При вакуумировании объема печи герметизация стыка обеспечивается жесткостью разделительного устройства и силой атмосферного давления на опорный фланец, т.к. диаметр вакуумного уплотнения выполнен больше среднего диаметра разделительного устройства. Весовые датчики преобразуют линейное перемещение от нагрузки в приложенное усилие нагрузки и имеют малую потребную величину линейного перемещения (например, пьезометрические датчики). Датчики размещены под контактным фланцем кристаллизатора для устранения погрешности взвешивания от теплового расширения кристаллизатора. Блок обработки данных снимает показания с датчиков, с учетом приложенных сил атмосферного давления, вакуумирования, сил жесткости разделительного устройства, 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, улучшить условия эксплуатации и обслуживания.