ВАКУУМНАЯ ДУГОВАЯ ГАРНИСАЖНАЯ ПЕЧЬ
VACUUM ARC-REFINING SKULL FURNACE

Предлагаемое изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для выплавки слитков тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике.
Выбор технологической схемы производства данных сплавов определяется их назначением и требованиями к качеству полуфабрикатов. Для основной массы слитков главное требование - чистота металла от внутренних включений и однородность химического состава, а также экономичность процессов. Кроме обеспечения высокого качества и экономичности технологическая схема производства слитков должна удовлетворять требованиям техники безопасности и охране окружающей среды.
Для получения качественных слитков используемых в авиации, двигателестроении, космонавтике и других высокотехнологических областях, используют слитки двойного и тройного переплава. Оптимальной технологией первого переплава является гарнисажная плавка. Она обеспечивает вовлечение необходимого по расчету количества отходов, полное усреднение состава сплава, отсутствие брака по включениям тяжелых тугоплавких частиц, остающихся на дне тигля. Далее слитки получают вакуумно-дуговым переплавом. Это позволяет получать качественный металл с хорошей структурой. Однако вакуумно-дуговой переплав содержит ряд высокозатратных технологических операций, связанных с транспортировкой слитка, его загрузкой в печь и приваркой оборотного огарка, эти операции сопровождаются загрязнением слитков, непроизводительной работой и простоями печей.
Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь ДТВГ4ПФ, содержащая рабочую камеру, электрододержатель, медный охлаждаемый тигель и кристаллизатор с плоским поддоном. Формирование слитка-электрода в применяемой гарнисажной печи может производиться как за одну, так и несколько последовательных плавок, при этом предшествующий слиток получают в изложнице меньшего диаметра. При последующей плавке слиток устанавливают на плоский поддон в изложницу кристаллизатора большего диаметра, а образовавшуюся вокруг него полость заполняют расплавом. [1] - прототип.
Недостатком известной гарнисажной печи является применяемый плоский поддон кристаллизатора, в результате чего у отливаемого слитка-электрода донная поверхность получается плоской. По этой причине при установке заливаемого слитка на плоский поддон не обеспечивается необходимая точность центровки и фиксации слитка-электрода при последующей плавке в кристаллизаторе большего диаметра. Окончательный слиток-электрод не приспособлен для закрепления на электрододержателе вакуумной дуговой печи. Для этого производят дуговую приварку расходуемого огарка к донному торцу слитка-электрода, сопровождающуюся разбрызгиванием металла, образованием натеков, сплесов, корольков и хлоридов, загрязняющих печи, их электрододержатели с закрепленными на них огарками, а следовательно, это создает предпосылки к получению сплава с возможным наличием дефектов. После приварки производят ручную сухую чистку печи, вредную для здоровья исполнителя. Донную часть слитка-электрода, приваренную к расходуемому огарку, не доплавляют, оставляют в виде «блина» высотой 40-80 мм, плавление которого требует дополнительной технологической операции. Дополнительная операция производится после выгрузки полученного слитка с кристаллизатором из печи, последующей загрузки специального неглубокого кристаллизатора «чашу», и расплавляют оставшийся «блин», получая оплавыш, который после достаточно сложной обработки в виде отходов вовлекается в технологический процесс. Вследствие этого в рабочем цикле плавки основное оборудование (вакуумная дуговая печь) до 35% времени загружена вспомогательными операциями, а 2-3% годного металла растрачивается на применяемые расходуемые огарки и выплавляемые оплавыши.
Задачей предлагаемого изобретения является получение монолитного слитка-электрода с оборотным огарком в гарнисажной печи без применения расходуемых огарков и операции их приварки к слитку-электроду.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является:
- точность установки, центровки и фиксации в поддоне заливаемого слитка-электрода в кристаллизаторе большего диаметра,
- устранение с вакуумных дуговых печей вспомогательной операции оплавления «блинов» - слитков-электродов и кристаллизаторов - «чаш»,
- устранение производства оплавышей и всего комплекса средств и оборудования по их переработке,
- повышение производительности печи,
- повышение культуры и безопасности производства слитков, качества титановой продукции и снижение ее себестоимости,
- улучшение окружающей среды и условий труда,
- устранение из употребления двойных, тройных свариваемых шовных слитков-электродов.
Технический результат достигается тем, что, в вакуумной дуговой гарнисажной печи для получения слитков-электродов титановых сплавов, содержащей рабочую камеру, электрододержатель, медный охлаждаемый тигель и кристаллизатор с плоским поддоном, на верхней рабочей стороне поддона выполнено центральное углубление по форме и размерам хвостовой части оборотного огарка слитка-электрода.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом:
На фиг.1 показана заявленная вакуумная дуговая гарнисажная печь. На фиг.2 показана фиксация заливаемого слитка-электрода в кристаллизаторе большего диаметра. На фиг.3 - полученный слиток-электрод с оборотным огарком на донной части. На фиг.4 - фотография поддона с углублением.
Получение слитков-электродов в соответствии с заявленным изобретением заключается в следующем.
После расплавления расходуемого электрода 1 и шихты 2 в тигле 3 первый расплав через сливную воронку 4 переливается в кристаллизатор 5, формируя монолитный слиток-электрод 6 с оборотным огарком 7 на поддоне 8 с углублением 9. Полученный слиток-электрод при последующей плавке устанавливают в кристаллизатор 10 большего диаметра и заполняют расплавом 11 образующуюся полость. Остывший слиток-электрод выгружается из печи, и на конце его огарка протачивается хвостовик, необходимый для закрепления слитка-электрода на электрододержателе вакуумной дуговой печи ВДП второго переплава.
Подготовленный слиток-электрод 12 с оборотным огарком закрепляется на электрододержателе вакуумной дуговой печи и переплавляется.
Пример.
На реконструированной по предлагаемому изобретению печи ДТВГ4ПФ впервые в титановой металлургии получены слитки-электроды диаметром 672 мм весом до 5 тонн с оборотными огарками на их донной части. В результате их применения при переплаве на вакуумных дуговых печах ДТВ8,7Г10 выплавлены слитки сплава ответственного назначения (для изготовления шасси самолетов) 10-2-3 с рекордной производительностью.
Данное изобретение позволило получать:
- бесшовные высокоточные слитки-электроды с оборотными огарками на их донной части в процессе основной технологической операции (выплавки слитка в гарнисажной печи);
- обеспечить точную центровку слитка-электрода при переплаве в вакуумной дуговой печи, что повышает взрывобезопасность плавки;
- позволяет исключить из технологического процесса операции, создающие предпосылки для загрязнения металла тугоплавкими включениями;
- исключает технологические операции с вредными условиями труда;
- повышает производительность при выплавке слитков двойного и тройного переплава.
Источники информации
1. Заявка на патент №2005131893/02 от 20.04.2007.