ОГНЕУПОРНЫЙ ТИГЕЛЬ ДЛЯ НАКАПЛИВАНИЯ ЖИДКОГО ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к специальной электрометаллургии, в частности к установкам электрошлакового переплава и литья металла.
Известен "Способ изготовления огнеупорного тигля" по описанию изобретения к патенту РФ №2246670, класс МПК 7 F27В 14/00, опубликовано 20.02.2005 г. в Бюл. №6 (1).
Данный способ включает последовательную набивку дна тигля и его стенки слоями, состоящими из штатных огнеупорных материалов и материала из реакционноспособной смеси экзотермического состава. При этом набивку и вибротрамбование слоев тигля осуществляют с помощью стационарного и двух подвижных шаблонов, которые последовательно устанавливают на подину и полуфабрикат двухслойного дна тигля.
В процессе заключительной операции осуществляют высокотемпературный обжиг полученного полуфабриката, включающий медленный нагрев тигля по заданному графику до температуры 850-950°C в течение 4-6 часов с темпом нагрева 2-8 град/мин., затем при темпе 10-15 град/мин, ускоряют нагрев до достижения температуры расплава, который обеспечивает как обычное диффузное спекание, так и сварку-синтезирование огнеупорных материалов, образующих многослойную структуру дна тигля и его стенки.
Предложенная технология изготовления тигля обеспечивает существенное в 1,5-2 раза и более по сравнению с известными технологиями увеличение ресурса работы тигля и плавильной печи в целом. Это достигается за счет высокой эррозионной и коррозионной стойкости к воздействию химически активных и расплавленных сред синтезированного керамического материала тигля, его низкой пористости и несмачиваемости к расплавленному металлу.
В качестве металла-восстановителя используют тонкодисперсный порошок алюминия (и/или магния, и/или сплава алюминия с магнием, и/или титана, и/или циркония), в качестве окислителя используют
тонкодисперсный шунгит и/или оксиды таких элементов, как кремний (и/или магний, и/или титан, и/или железо, и/или хром, и/или марганец).
Вместе с тем, данный огнеупорный тигель при использовании в установках для электрошлакового переплава и литья металла имеет ряд конструктивных недостатков, а именно:
1. например, при использовании в футеровке окислов железа или кремния, футеровочный состав тигля становится, менее жаростойким, чем просто футеровка, выполненная из оксида магния, широко применяемого в тиглях;
2. кроме того, при электрошлаковом переплаве и накапливании электрошлакового металла в тигле с Футеровкой, в которой присутствуют окислы хрома не допускается по технологическим параметрам, так как хром восстанавливается из окислов и компонентов шлака и переходит в расплав металла, что категорически не допускается;
3. защитный слой из жидкого стекла, нанесенный на верхнюю торцевую поверхность тигля под воздействием знакопеременных температурных расширений-сжатий достаточно быстро растрескивается и выкрашивается, а не скрепленный ничем сыпучий огнеупорный материал высыпается из верхней части тигля в момент опрокидывания тигля во время слива металла из тигля, а в дальнейшем образуются внутренние полости в тигле, в которые неизбежно проникает жидкий металл из расплава тигля и как результат закорачивает электрический ток на внешнюю стенку тигля, что ведет к выходу из строя тигля.
Целью при разработке предлагаемой полезной модели является создание эффективной конструкции огнеупорного тигля для накапливания жидкого электрошлакового металла для установок электрошлакового переплава и литья металла.
Указанная цель и технический результат реализуются следующим образом.
Предлагаемый огнеупорный тигель также как и аналог содержит: металлический корпус; установленный в днище корпуса водоохлаждаемый подовый электрод; установленную на слой рассыпного огнеупорного материала на днище корпуса, выполненную из огнеупорного материала, цилиндрическую обечайку; уложенный между внутренней стенкой корпуса тигля и цилиндрической обечайкой уплотненный слой рассыпного огнеупорного материала, скрепленный сверху слоем раствора жидкого стекла.
Но в отличие от аналога, предлагаемый огнеупорный тигель содержит
дополнительно по меньшей мере один защитный слой из огнеупорного шлака, нанесенный в процессе плавки в тигле шлака и металла, на днище, на внутреннюю поверхность обечайки и верхнюю поверхность рассыпного огнеупорного материала тигля.
В предлагаемой конструкции огнеупорного тигля цилиндрическая обечайка может быть выполнена из нескольких колец-обечаек, установленных друг на друга. Или, например, цилиндрическая обечайка может быть выполнена из стальной трубы или нескольких стальных колец-обечаек.
В качестве близкого аналога предлагаемому огнеупорному тиглю для накапливания жидкого электрошлакового металла можно принять техническое решение по патенту РФ №246670 (1).
На представленном чертеже изображена конструкция предлагаемого огнеупорного тигля для накапливания электрошлакового металла.
Предлагаемый огнеупорный тигель состоит из следующих конструктивных узлов, деталей и материалов.
В стальном корпусе 1 в его днище установлен водоохлаждаемый подовый электрод 2. На днище корпуса 1 и вокруг подового электрода 2 плотно уложен слой рассыпного огнеупорного материала 3, а соосно с вертикальной осью корпуса 1 тигля установлена цилиндрическая обечайка 4, выполненная, например, из огнеупорного материала. При этом обечайка 4 может быть выполнена из нескольких колец-обечаек, установленных друг на друга. В предлагаемой конструкции огнеупорного тигля обечайка 4 может быть выполнена не только из огнеупорного материала, но также из цельной стальной трубы или нескольких стальных колец-обечаек.
Между внутренней стенкой корпуса тигля 1 и наружной поверхностью обечайки 4 также уложен слой рассыпного огнеупорного материала 3. На верхней торцевой стенке корпуса тигля 1 укреплена направляющая обечайка 5, предназначенная для направления потока жидкого шлака и металла в сливной носик 6 тигля.
На наружной верхней части корпуса тигля 1 под сливным носиком 6 укреплена ось поворота 7 тигля, вокруг которой поворачивается тигель при сливе жидкого расплава металла и шлака из тигля. На днище плавильной емкости в полости обечайки 4, на внутренней поверхности обечайки 4 и на верхней поверхности рассыпного огнеупорного материала 3 и на сливном носике 6 образован (нанесен) гарнисаж 8 (слой шлака из тугоплавких компонентов шлака и футеровки),
полученный в процессе уже первой плавки в тигле шлака и металла. При последующих плавках гарнисаж 8 продолжает лишь упрочняться за счет тугоплавких компонентов шлака у футеровки.
Предлагаемый огнеупорный тигель работает следующим образом. Уже при первой же электрошлаковой плавке металла вся внутренняя поверхность обечайки 4 покрывается слоем гарнисажа 8, а для нанесения гарнисажа 8 на верхнюю поверхность рассыпного огнеупорного материала 3 плавку продолжают до тех пор, пока жидкий шлак переполнит весь внутренний объем обечайки 4, а затем зальет и всю верхнюю поверхность рассыпного огнеупорного материала 3. И после этого из тигля сливают весь расплав шлака и металла.
И на вышеназванных поверхностях тигля уже нанесен (образован) защитный слой гарнисажа.
Если в конструкции огнеупорного тигля обечайка 4 выполнена из стальной трубы или нескольких стальных колец-обечаек, то в процессе первой электрошлаковой плавки материал стальной трубы или стальных колец-обечаек выплавляется, а на внутренней поверхности емкости, образованной из рассыпного огнеупорного материала 3 образуется спекшийся с высокотемпературными (тугоплавкими) компонентами шлака жаростойкий слой гарнисажа 8, а при последующих плавках этот прочный защитный слой сохраняется.
Таким образом, предлагаемая конструкция огнеупорного тигля для накапливания жидкого электрошлакового металла по сравнению с аналогом имеет следующие преимущества:
1. после первой же плавки на внутренних поверхностях тигля образуется защитный слой гарнисажа, из тугоплавких компонентов шлака и футеровки, которые препятствуют высыпанию сыпучего огнеупорного материала из полости тигля;
2. благодаря защитному слою на внутренней полости тигля, образованному из тугоплавких компонентов шлака и футеровки ресурс работы тигля возрастает в два раза.
Опытный образец предлагаемого огнеупорного тигля для накапливания жидкого электрошлакового металла изготовлен и испытан с положительными результатами в феврале-апреле 2007 г. в г.Омске.
Источник информации.
1. "Способ изготовления огнеупорного тигля" по описанию изобретения к патенту РФ №2246670, класс МПК 7 F27В 14/10, опубликовано 20.02.2005 г. Бюл. №6.