ВАКУУМНАЯ ДУГОВАЯ ГАРНИСАЖНАЯ ПЕЧЬ

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к вакуумно-дуговым гарнисажным печам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.
Известна вакуумная 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).
В известном устройстве для плавления расходуемого электрода и шихтового материала, уложенного в тигле, в качестве источника нагрева используется электрическая дуга большой мощности. Положительным электродом является шихтовой материал, а отрицательным - гарнисаж-расходуемый электрод, сформировавшийся в тигле на предыдущей плавке, причем по поверхностям гарнисажа, образованными стенками тигля имеются непроплавленные участки с залитыми расплавом кусками шихтовых материалов разных размеров, а поверхность, обращенная к электроду, имеет углубление в форме кратера неправильной формы, сформированная дугой. В процессе плавки между электродом и ванной жидкого расплава в тигле дуговой промежуток поддерживается контролем напряжения дуги. По мере оплавления поверхности электрода увеличивается напряжение в дуге и автоматической системой управления подается команда на опускание электрододержателя.
Сплавление электрода в ванну с жидким расплавом происходит не по всей поверхности, обращенной к ванне, а в местах наименьшего дугового зазора, при этом дуга постоянно перемещается по оплавляемой поверхности.
От расходуемого электрода при его оплавлении в силу неправильности и неоднородности формы отделяются как капли жидкого расплава, разного размера, так и нерасплавленные куски с краев.
При падении в ванну они создают брызги расплава, которые вылетают за пределы тигля. Эти брызги при непрерывном попадании на поверхности стенок вакуумной камеры печи образуют прочную, трудноудаляемую корку (толщиной до 20 мм). Мощность дуги при плавлении электрода составляет около 2,5-3,0 МВт и неравномерный нагрев стенок может вызвать их коробление и потерю вакуумной плотности стыков.
Кроме того, из зоны плавления улетучиваются хлориды, неизбежно присутствующие в титановой губке. Они увлекаются откачиваемым вакуумной системой потоком и частично оседают по мере движения на более холодных элементах печи. Данные загрязнения гигроскопичны, после разборки печи накапливают влагу из воздуха и затрудняют последующее вакуумирование, а также могут служить причиной нарушения химсостава выплавляемого слитка. Поэтому после каждой плавки требуется тщательная очистка внутренних поверхностей печи.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание системы защитного экранирования, предохраняющей внутренние поверхности вакуумной камеры печи от воздействия электрической дуги и расплавленного металла.
Техническими результатами, достигаемыми при использовании полезной модели, является повышение срока службы печи, улучшение условий ее эксплуатации и обслуживания, снижение и времени на чистку внутренних элементов вакуумной камеры печи.
Указанный технический результат достигается тем, что в вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащей вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый электрод-гарнисаж, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с механизмом поворота, согласно полезной модели печь оснащена системой защитного экранирования, размещенной вдоль бортов тигля и состоящей из металлического каркаса с закрепленным на нем металлическим листом, к которому прикреплен, по крайней мере, один волновод в виде цилиндрического стержня, при этом стержень присоединен к листу заостренным концом, а на противоположный конец стержня установлен излучатель ультразвуковых колебаний, имеющий наконечник равного диаметра с волноводом.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1а приведен общий вид печи в разрезе, вид по сечению Α-A приведен на фиг. 1б. На фиг. 2а представлен общий вид системы экранирования, на фиг. 2б вид по сечению Б-Б, на фиг. 2в вид по сечению В-В.
Печь содержит электрододержатель 1, расходуемый электрод-гарнисаж 2, тигель 3 с механизмом поворота 4, кристаллизатор 5 и вакуумный водоохлаждаемый корпус 6. Вдоль бортов тигля устанавливается система защитного экранирования. Система защитного экранирования состоит из бокового защитного экрана, выполненного в виде рамной конструкции из металлических труб квадратного сечения 7, на которые встык приварены металлические листы 8, волноводов 9 в виде стержней, приваренных к листу и имеющих с одного торца заострение в виде конуса, а с другого торца соединенных с излучателями ультразвуковых колебаний 10.
Вакуумная дуговая гарнисажная печь работает следующим образом.
В плавильный тигель укладывается шихта, на электрододержатель навешивается электрод-гарнисаж, изготовленный при предыдущих плавках. В камеру печи помещается кристаллизатор, который соединяется с системой водооборота. Между шихтой в тигле и электродом-гарнисажем зажигается электрическая дуга и производится плавка. Во время плавки излучатели передают в волновод ультразвуковые колебания, которые по боковым поверхностям волновода передаются на экранирующий лист. Для уменьшения потерь в волноводе на отражение ультразвуковой волны один торец волновода выполнен с конусным заострением. Капли расплава и брызги от воздействия электрической дуги, попадая на поверхность листа, под действием ультразвуковых колебаний не успевают образовывать межмолекулярных связей с материалом листа и кристаллизуются, не образуя прочного контакта корки с листом. По мере увеличения некоторой «критической» толщины корки, сила сцепления корки с микронеровностями листа становится меньше силы тяжести, и корка отрывается вниз. Ультразвуковые колебания способствуют отделению застывшей корки от листа. С применением данного устройства исключается необходимость отделения корки механическими инструментами, что дает возможность использования экранирующего листа минимальной толщины. При этом лист прогревается более равномерно по толщине и менее склонен к короблению и тепловым деформациям, что снижает металлоемкость и стоимость конструкции.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет существенно ограничить воздействие электрической дуги и расплавленного металла на внутренние поверхности вакуумной камеры печи.