КРИСТАЛЛИЗАТОР ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Полезная модель относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции кристаллизаторов печей для вакуумного дугового переплава высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использована при выплавке слитков преимущественно из титановых сплавов.
На сегодняшний день существуют различные методы получения слитков из титановых сплавов. Длительное время основным промышленным методом производства слитков из титановых сплавов является вакуумный дуговой переплав (ВДП), и до сих пор главным образом этот процесс утвержден разработчиками материалов и производителями техники. В настоящее время плавку титановых сплавов производят в вакуумных дуговых электропечах, оснащенных магнитной системой для управления движением расплава и столба дуги. Эта магнитная система представляет собой блок питания и соленоид, установленный на кристаллизатор печи. Меняя направление вектора индукции аксиального магнитного поля, изменением режима работы блока питания соленоида (знакопеременный или пульсирующий) осуществляется управление движением расплава в кристаллизаторе. Однако аксиальное магнитное поле фокусирует электрическую дугу под центральную часть торца электрода, что приводит к ухудшению проплава боковой поверхности слитка и, соответственно, к необходимости удаления литейных дефектов. Поэтому одновременно с постоянным аксиальным магнитным полем на дугу дополнительно воздействуют вращающимся радиальным магнитным полем. Это приводит к тому, что сфокусированная дуга, постоянно перемещающаяся по кольцевому зазору, создает равномерный проплав периферии ванны жидкого металла и обеспечивает получение литой поверхности слитка высокого качества, не требующей дальнейшей механической обработки. В то же время при вакуумном дуговом переплаве крайне важно исключить возможность возникновения аварийных ситуаций, приводящих к повреждениям плавильного инструмента и получению брака выплавляемого слитка. Это требует наличия высокой стабильности процесса плавления, одним из способов достижения которой является совершенствование конструкции магнитных систем для управления дугой и движением расплава.
Известен способ управления электрической дугой при вакуумном дуговом переплаве слитков из высокореакционных металлов и сплавов в кристаллизаторе, включающий воздействие на электрическую дугу знакопеременными магнитными полями различной ориентации, при этом на электрическую дугу циклически воздействуют аксиальным магнитным полем и одновременно воздействуют радиальным вращающимся магнитным полем со сменой направления вращения поля (Патент РФ №2536561, МПК С22В 9/20, опубл. 27.12.2014). В известном способе используется устройство для создания радиального вращающегося магнитного поля в виде подключенных к управляющему источнику питания параллельных электромагнитных катушек, расположенных на наружной поверхности кристаллизатора.
Недостатками известного устройства являются отсутствие защиты кабелей электромагнитных катушек, приводящее к возможному их повреждению в процессе сборки конструкции и эксплуатации, а также высокая трудоемкость монтажа при обслуживании и ремонтах оборудования. Кроме того, известное устройство не обеспечивает точность установки катушек на поверхности кристаллизатора, что снижает возможности управления перемещением дуги в процессе плавки.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является улучшение условий эксплуатации плавильного оборудования при снижении затрат на его техническое обслуживание.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении полезной модели, являются увеличение срока службы электромагнитных катушек за счет обеспечение их защиты от механических повреждений, улучшение условий управления траекторией дуги в процессе плавки, а также снижение трудоемкости на монтаж и ремонт кристаллизатора для ведения плавки в печи.
Указанный технический результат достигается тем, что кристаллизатор вакуумной дуговой печи для выплавки слитков из высокореакционных металлов и сплавов, содержащий соленоид для создания аксиального магнитного поля, водоохлаждаемый поддон и установленную в водоохлаждаемый кожух изложницу, расположенные на наружной поверхности кожуха электромагнитные катушки для создания радиального вращающегося магнитного поля, согласно полезной модели кристаллизатор снабжен бандажом в виде цилиндрического корпуса, установленным по внешнему радиусу соленоида, при этом на образующей поверхности бандажа выполнены профилированные каналы для укладки электромагнитных катушек с возможностью их фиксации в бандаже посредством защелкивающихся скоб. Бандаж выполнен разборным и состоит из модульных кольцевых секторов и сегментных вставок, скрепляемых между собой резьбовыми соединениями. При этом профилированные каналы выполнены таким образом, что их стенки являются ребрами жесткости бандажа. Бандаж может быть выполнен из высокопрочного электроизоляционного материала.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид кристаллизатора. На фиг. 2 приведен разрез по сечениям Б-Б, В-В.
Кристаллизатор вакуумной дуговой печи содержит водоохлаждаемые поддон 1 и изложницу 2, которая установлена в кожух 3 с намотанным на него соленоидом 4. Бандаж состоит из вставок 5, сектора верхнего 6 и сектора нижнего 7. Во вставках выполнены профилированные каналы 8 для укладки кабелей электромагнитных катушек 9. Кабели электромагнитных катушек фиксируются в каналах посредством скоб 10.
Устройство работает следующим образом.
Перед плавкой осуществляется сборка изложницы и поддона кристаллизатора. На наружной поверхности кожуха установлен и закреплен соленоид, состоящий из последовательных обмоток. Затем снаружи изложницы по внешнему радиусу соленоида устанавливается бандаж. Для удобства монтажа и обеспечения взаимозаменяемости сборочных узлов бандаж выполнен разборным и может состоять из кольцевых секторов и вставок, которые стягиваются между собой, образуя цилиндрический корпус. На образующих поверхностях бандажа выполнены профилированные каналы для укладки жгутов кабелей электромагнитных катушек. Сектор и вставки между собой сориентированы и собираются по типу шип-паз, что обеспечивает заданное расположение профилированных каналов в разных элементах без смещения. После монтажа и фиксации бандажа осуществляется укладка катушек в каналы. При укладке катушек в бандаж процесс поиска правильного расположения катушки в канале, а также относительно другой катушки, значительно упрощен благодаря однозначной конструкции соединительных элементов. С целью исключения смещения катушек при монтажных работах и в процессе эксплуатации в профилированных каналах предусмотрена фиксация катушек поперечными прижимными скобами на защелках. Для защиты кабелей катушек высота стенок профилированных каналов, которые также служат ребрами жесткости бандажа, выполнена больше высоты катушек. Соответственно, кабель катушки, полностью погруженный в каналы бандажа, сохраняется от повреждения, т.к. все ударные нагрузки при эксплуатации устройства воспринимаются ребрами жесткости бандажа.
Использование для изготовления элементов бандажа электроизоляционного и высокопрочного материала позволяет исключить вероятность повреждения изоляции провода катушек и соответственно устранить риски межвитковых замыканий. Кроме того, при поломке одной из катушек можно с минимальными затратами по времени осуществить замену катушки без разборки бандажа.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить надежность конструкции, а также обеспечить технологичность и ремонтопригодность плавильного оборудования.