КРИСТАЛЛИЗАТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ВЫПЛАВКИ ЗАГОТОВКИ КОРПУСА АРМАТУРЫ ТРУБОПРОВОДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ ПАРА

Полезная модель относится к электрометаллургии и может быть использована для электрошлаковой выплавки корпусов запорной и регулирующей арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, например, заготовки корпуса задвижки Ду 250 из стали 10Х9МФБ-Ш.
Наиболее оптимальной конструкцией заготовки корпуса арматуры с учетом ее последующей механической обработки является полый толстостенный цилиндрический корпус с двумя толстостенными патрубками в середине корпуса. При изготовлении заготовки корпуса арматуры конструкция кристаллизатора должна обеспечивать высокую стабильность теплофизических условий процесса затвердевания металла при переходе от вертикальных участков корпуса заготовки к наклонным участкам патрубковой зоны. Кроме того, конструкция кристаллизатора должна быть технологичной при ее изготовлении и эксплуатации.
Известен кристаллизатор со стенкой, снабженной полостью, соединенной с системой водоохлаждения, который установлен на поддоне, и во внутренней полости которого размещен водоохлаждаемый дорн, который может быть установлен вертикально на поддоне или горизонтально в боковой стенке кристаллизатора. (SU 365102, С21С 5/56, опубликовано 28.11.1977).
Недостатком известного технического решения является невозможность использования дорна для формирования места сопряжения патрубков с цилиндрической частью заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, из-за высокой вероятности возникновения дефектов усадочного происхождения при затвердевании расплава.
Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является кристаллизатор для электрошлаковой выплавки слитка, содержащий три секции, стенки которых снабжены полостями, соединенными с системой водоохлаждения. Подобное конструктивное решение кристаллизатора позволяет использовать различную конфигурацию внутренней полости каждой секции и толщину стенок. (SU 1085253, С22В 9/18, опубликовано 15.12.1987).
Недостатком известного кристаллизатора является невозможность его использования для электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, имеющей толстые массивные стенки цилиндрических частей и патрубков, расположенных в средней части слитка.
Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение качества металла в зонах сопряжения патрубка с корпусом заготовки, а также уменьшение трудоемкости подготовки кристаллизатора к работе.
Технический результат достигается тем, что кристаллизатор для электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры трубопроводов, работающих при сверхкритических параметрах пара, размещен на поддоне и выполнен из трех размещенных одна на другой верхней, средней и нижней цилиндрических секций с фланцами и стенками, снабженными полостями, которые соединены с системой водоохлаждения, причем кристаллизатор дополнительно снабжен водоохлаждаемым дорном, размещенным вертикально на поддоне внутри кристаллизатора, а средняя секция снабжена толстыми стенками, в которых выполнены два конусных отверстия, сужающиеся наружу под углом 10-15° относительно горизонтали и снаружи перекрытые заглушками, снабженными внутренними полостями, которые соединены с системой водоохлаждения.
Сущность полезной модели представлена на фиг. 1, где:
1 - водоохлаждаемый дорн;
2 - кондуктор;
3 - стойка;
4 - верхняя секция кристаллизатора;
5 - средняя секция кристаллизатора;
6 - заглушка с внутренней полостью;
7 - нижняя секция кристаллизатора;
8 - поддон.
Реализацию устройства по полезной модели можно проиллюстрировать на примере электрошлаковой выплавки заготовки корпуса арматуры из стали 10Х9МФБ-Ш, используемой для изготовления задвижки Ду 250 трубопровода, работающего при сверхкритических параметрах пара.
При подготовке кристаллизатора по полезной модели на поддон 8 вертикально устанавливают водоохлаждаемый дорн 1, предназначенный для формирования в выплавляемой заготовке сквозного центрального отверстия. Дорн 1 снабжен внутренней полостью, соединенной с системой водоохлаждения в нижней части дорна и проходящей через поддон 8. Затем устанавливают нижнюю секцию 7 кристаллизатора с размещением дорна внутри полости секции.
На нижнюю секцию 7 последовательно устанавливают среднюю 5 и верхнюю 4 секции кристаллизатора. Кристаллизатор может дополнительно содержать кондуктор 2, размещенный на стойках 3 на верхней секции 4.
Нижняя 7 и верхняя 4 секции кристаллизатора выполнены в виде цилиндров с верхним и нижним фланцами, при этом стенки секций снабжены полостями, соединенными с системой водоохлаждения. Указанные секции выполнены в сварном варианте, причем их внутренняя часть выполнена в виде медной гильзы с толщиной стенки 22-25 мм, к торцам которой приварены верхний и нижний фланцы из конструкционной низкоуглеродистой стали.
Средняя секция 5 кристаллизатора выполнена в виде толстостенного цилиндра из отдельных медных блоков. В каждом из блоков высверлена система каналов, соединенных с системой водоохлаждения. В стенке секции выполнены два конусных отверстия, сужающиеся наружу под углом 10-15° относительно горизонтали. Конусность отверстий в медной стенке, формирующих выступающие патрубки в корпусе арматуры, необходима для устранения растекания расплава, позволяет избежать образования дефектов усадочного происхождения вследствие недостаточного заполнения шлаком и жидким металлом этих участков или зависания шлака при переходе к формированию верхней цилиндрической части корпуса арматуры.
Снаружи конусные отверстия перекрыты заглушками 6, снабженными внутренними полостями, соединенными с системой водоохлаждения. Полушаровая форма заглушек 6 со стороны затвердевания расплава является оптимальной.
Кондуктор 2, являющийся стандартным элементом кристаллизаторов для электрошлаковой выплавки, предназначен для обеспечения зазоров и корректировки положения расходуемых электродов относительно стенок секций кристаллизатора и дорна 1. Конструкция кондуктора может обеспечивать возможность ведения процесса электрошлаковой выплавки по бифилярной схеме. Устанавливается кондуктор 2 на верхнем фланце кристаллизатора посредством стойки 3 при установке расходуемого электрода в электрододержатель.
Поддон 8 представляет собой конструкцию, состоящую из двух медных плит, расположенных на стальном основании. Медные плиты имеют канальную систему для водяного охлаждения.
В процессе эксплуатации кристаллизатор используется следующим образом.
Во внутреннее пространство, образованное стенками верхней 4, средней 5 и нижней 6 секций, дорном и поддоном сверху заливают расплавленный флюс. Затем сверху вводят стальные расходуемые электроды из стали 10Х9МФБ-Ш до погружения их в расплавленный флюс и начинают процесс электрошлаковой выплавки корпуса арматуры.
По мере расплавления расходуемых электродов происходит заполнение металлом внутреннего пространства, которое образовано водоохлаждаемыми секциями кристаллизатора, дорном и поддоном. Расплавленный металл постепенно кристаллизуется и образует заготовку корпуса задвижки Ду 250. По завершению процесса выплавки производится разборка составных элементов конструкции и извлечение полученного корпуса.
Проведенная опытная выплавка заготовки корпуса задвижки Ду 250 - арматуры трубопроводов, работающей при сверхкритических параметрах пара, показала достижение поставленного технического результата: металлическая заготовка в цилиндрических частях, а также зонах сопряжения патрубков с корпусом не имела дефектов. Сборка кристаллизатора и его разборка по завершению процесса выплавки показали высокую технологичность конструкции по полезной модели.