ПЛАВИЛЬНЫЙ ВОДООХЛАЖДАЕМЫЙ ТИГЕЛЬ

Полезная модель относится к плавильному оборудованию, а именно к конструктивным элементам вакуумно-дуговых гарнисажных печей при плавке высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.
Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, содержащий металлический корпус с герметичными внутренними каналами охлаждения, корпус выполнен из биметаллических плит, полученных путем сварки взрывом толстостенной медной плиты с листом нержавеющей стали. В полученной таким образом плите посредством направленного перемещения специальной фрезы формируются каналы охлаждения змеевидной формы в плане. После формирования канала в него вставляется компенсатор и приваривается к стальному листу, а входное и выходное отверстия каналов для подсоединения трубопроводов системы охлаждения расположены в плоскости, перпендикулярной оси каналов (патент РФ №2166714, публ. 10.05.2001).
В данной конструкции системы водоохлаждаемых каналов и силовом креплении элементов тигля толщина медной плиты составляет 190-200 мм. В массивных стенках и дне тигля появляются напряжения, вызванные различным термическим расширением, имеющие различные векторы направлений в наружных и внутренних слоях этих элементов из-за большого градиента температур в процессе плавки, что ведет к короблению и, соответственно, снижению ресурса тигля. Соединение между собой стального и медного слоев плиты выполнено посредством сварки взрывом. Изготовление биметаллической плиты является затратным и весьма сложным в технологическом отношении. При этом для сборки тигля с целью исключения проникания воды из каналов охлаждения (обеспечения герметичности) применяется медная плита самого высокого качества, которая не допускает наличия наружных и внутренних дефектов, что также удорожает стоимость устройства.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение эффективности изготовления и эксплуатации плавильного инструмента.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении полезной модели, являются упрощение конструкции, уменьшение трудоемкости и металлоемкости изготовления тигля, а также снижение требований к качеству исходных материалов изготавливаемого тигля.
Указанный технический результат достигается тем, что в плавильном водоохлаждаемом тигле вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащем металлический корпус с каналами охлаждения, согласно полезной модели корпус выполнен из медных плит толщиной 35-45 мм, а каналы охлаждения выполнены в виде змеевидного контура из медных труб с внутренним диаметром, составляющим 2,0-2,5 толщины плиты, и толщиной стенки, равной 0,15-0,3 толщины плиты, при этом каналы охлаждения расположены на наружной стенке корпуса тигля и прикреплены к ней посредством припоя на медной основе, заполняющего полости между каналами охлаждения и наружной стенкой корпуса, причем слой припоя составляет 0,3-0,5 наружного диаметра трубы канала охлаждения.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид тигля, на фиг.2 представлена стенка тигля с разрезом по сечению А-А.
Плавильный водоохлаждаемый тигель содержит корпус, состоящий из днища 1 и боковых правой 2 и левой 3 стенок, симметричных относительно продольной оси тигля, передней стенку 4 и задней стенки 5. К наружной поверхности стенок и днища пайкой прикреплены каналы охлаждения в виде змеевидного контура из медных труб 6. Полости между каналами охлаждения и стенкой корпуса заполнены слоем припоя на медной основе 7.
Плавильный водоохлаждаемый тигель работает следующим образом. Перед плавкой в заднюю стенку устанавливается стержень 8 (держатель электрода-гарнисажа) и закладная стенка 9. Стержень выполнен из сплава, аналогичного сплаву плавки, а на дно тигля укладывается шихта. Над тиглем на электрододержателе печи закрепляется стержень с приваренным к нему гарнисажем предыдущей плавки. После сплавления электрода-гарнисажа производится слив металла путем наклона тигля через сливной носок 10 в изложницу (на чертеже не показана). После охлаждения печь разгерметизируют, из тигля извлекают образовавшийся гарнисаж-электрод с приваренным к нему стержнем. Выгружают изложницу со слитым металлом. Затем процесс повторяется.
В предлагаемом варианте конструкции корпус тигля выполнен из медных плит толщиной 35-45 мм, что значительно уменьшает металлоемкость тигля, при этом обеспечивается достаточный уровень надежности и безопасности тигля при кратковременном контакте с электрической дугой. Кроме того, данная конструкция корпуса тигля позволяет унифицировать плиты с плитами кристаллизаторов, используемых для изготовления водоохлаждаемых кристаллизаторов печей вакуумных дуговых печей.
Каналы охлаждения выполнены в виде змеевидного контура из медных труб без проведения фрезеровки в плите, что значительно уменьшает трудоемкость изготовления. Интервалы внутреннего диаметра труб и толщины их стенки обеспечивают заданный расход воды для эффективного охлаждения корпуса тигля при давлении в канале до 10 атм.
При сборке тигля на медные плиты укладывается медная труба в виде змеевидного контура. Каналы охлаждения прикреплены к наружным стенкам корпуса тигля с помощью припоя на медной основе. Припой на медной основе имеет близкие по значению теплопроводность и коэффициент температурного расширения с медной плитой корпуса тигля, что уменьшает термические напряжения при нагреве плит тигля. Весь объем полостей между трубами каналов охлаждения и наружной стенкой корпуса заполняется припоем на медной основе в таком количестве, чтобы после нагрева и охлаждения сборки слой расплавленного припоя составил 0,3-0,5 наружного диаметра трубы каналов охлаждения с получением монолитной плиты тигля для создания необходимой площади контакта припоя с трубой канала охлаждения и эффективного теплообмена. При этом обеспечивается герметичность конструкции, что позволяет использовать медные плиты более низкого качества, чем у известного устройства.
Таким образом, заявленное устройство позволяет уменьшить затраты на изготовление и эксплуатацию плавильного инструмента, а также расширить сортамент используемых исходных материалов.