ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СЛИТКОВ
ELECTROSLAG INGOT SMELTING FURNACE

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно специальной металлургии.
Известны электрошлаковые печи, содержащие 1, 2 и более электродов и называемые «монофилярные» (или «электрод-поддон») и «бифилярные» электрошлаковые печи, в которых количество электродов кратно 2 (Электрошлаковые печи / монография под ред. Б.Е. Патона и Б.И. Медовара. - Киев: Наукова Думка, 1976).
Название печей «монофилярные» и «бифилярные» связаны со схемой подключения электродов ко вторичной обмотке печного трансформатора.
Монофилярная схема означает применение одного или нескольких расщепленных электродов, когда к одному электроду прикрепляются несколько электродов, образующих «беличью клетку». Обязательным для данного случая является подключение низкой стороны печного трансформатора к электроду и поддону. Иначе монофилярная схема называется «электрод-поддон».
Монофилярная схема применяется для выплавки круглого сплошного или полого слитка.
Конструкция такой печи состоит из следующих основных узлов:
- колонна, по которой перемещаются верхняя и нижняя каретки (верхняя каретка перемещает электрод или несколько расщепленных; нижняя каретка перемещает кристаллизатор при плавке);
- печной трансформатор, соединенный гибкими токоподводами с электродами и поддоном;
- поддон замыкает нижнюю часть водоохлаждаемого кристаллизатора.
Каретки электродная и кристаллизатора имеют самостоятельные приводы, обеспечивающие одновременное встречное движение кареток.
Коэффициент мощности монофилярной печи не превышает 0,6 (cos ϕ≤0,6).
Недостатком монофилярной печи является тот факт, что в работе используется один крупный или несколько мелких (расщепленных) электродов. Это снижает функциональные возможности электрошлаковой печи.
Бифилярные печи имеют много общего с монофилярными. Так же по несущей колонне перемещаются две каретки: каретка электродная, несущая, в отличие от монофилярной, одновременно два электрода, и каретка подвижного (или неподвижного) кристаллизатора.
Предлагаемая конструкция включает в себя наружные электроды и внутренние электроды, объединенные в коаксиальные комплексы, что позволяет создавать электрошлаковую печь повышенного функционального назначения.
Бифилярные и монофилярные электрошлаковые печи имеют недостаток - комплекты электродов: в монофилярной печи это один электрод (или другое - обязательное нечетное количество электродов), а в бифилярной печи комплект электродов всегда равен четному количеству электродов.
Известны электрошлаковые печи, содержащие 2, 4 и кратное двум количество электродов, каждый из которых подключен ко вторичной обмотке печного трансформатора.
В таких печах выплавляются прямоугольные слитки. За счет низкой индуктивности вторичной сети таких печей коэффициент мощности достигает размеров не менее 0,9 (cos ϕ≥0,9).
Прототипом является электрошлаковая печь для выплавки слитков (см. Электрошлаковые печи. Под редакцией Б.Е. Патона, Киев: Наукова Думка, 1976, с.229-232, с.237-238, рис.276), содержащая электроды с электрододержателем, соединенные с печным трансформатором, и водоохлаждаемый кристаллизатор, установленный на поддоне с затравкой.
Задачей данного изобретения является создание электрошлаковой печи для выплавки слитков различного функционального назначения, т.е. одна электрошлаковая печь используется вместо двух - монофилярной и бифилярной.
Поставленная задача решается тем, что электрошлаковая печь для выплавки слитков содержит электроды с электрододержателем, соединенные с печным трансформатором, и водоохлаждаемый кристаллизатор, установленный на поддоне с затравкой, причем она содержит коаксиально расположенные внутренний и внешний электроды с изоляционными кольцами между ними, при этом изоляционные кольца закреплены на внутреннем электроде и выполнены с отверстиями для прохода жидкого флюса.
На чертеже изображена предлагаемая электрошлаковая печь для выплавки слитков, содержащая указанные электроды, называемые далее комплектно-коаксиальными.
На предлагаемом чертеже: 1 - наружный электрод; 2 - внутренний электрод, оба электрода закреплены на верхнем электрододержателе; 3 - жидкий флюс; 4 - металлическая ванна; 5 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 6 - слиток; 7 - поддон с затравкой; 8, 9 - гарнисаж; 10 - изоляционные кольца; 11 - вторичная сеть печного трансформатора; 12 - печной трансформатор.
Электрошлаковая печь для выплавки слитков с коаксиальными электродами работает следующим образом. Независимо от того, какой старт применяется для плавки коаксиального электрода (жидкий или твердый), плавка начинается с того, что электроды 1 и 2 располагаются на расстоянии 30÷50 мм к поддону 7, затем жидкий флюс 3 заливается в зазор между наружным 1 и внутренним 2 электродами. Включается трансформатор 12 и вторичная сеть печного трансформатора 11 соответственно.
Плавка производится в замкнутом пространстве, образованном кристаллизатором 5 и поддоном 7. Затравка 8 предназначена для вваривания в выплавляемый слиток 6 и удерживания его на поддоне при перемещении или подъеме последнего. Изоляционные кольца 10 (выполненные из изоляционного материала с температурой плавления не выше 1400°С) закреплены предварительно на внутреннем электроде 2. Крепление изоляционных колец производится каждые 600 мм теми же винтами, что и материал изоляционного кольца 10.
При плавке коаксиальных электродов безразлично, какой слиток выплавляется - круглый сплошной, круглый полый, квадратный или листовой. Одним и тем же электродом может быть выплавлен слиток любой конфигурации, при этом количество коаксиальных электродов может быть любым. Это позволяет решать поставленную задачу - повышение функционального назначения электрошлаковой печи.
Наружный и внутренний электроды для одновременной плавки должны иметь одинаковые сечения. Изоляционные кольца крепятся к внутреннему электроду с интервалом 600 мм. Материал изоляционного кольца, как указывалось ранее, может быть фарфоровым, температура которого близка к температуре плавления стали, кольцо должно содержать отверстия для прохода жидкого флюса.