УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и может быть использована при утилизации стружечных металлических отходов.
Утилизация металлической стружки традиционными методами переплава в электропечах не позволяет получать слитки металла высокого качества из-за большого угара легирующих элементов.
Получение слитков из металлической стружки с высокими физико-механическими характеристиками металла, пригодными для изготовления ответственных деталей (роторы турбин, элементы крепления высокотемпературных змеевиков и т.д.) достигается при переплаве в печах электрошлакового переплава (ЭШП), где слиток формируется в шлаковой ванне под слоем рафинирующего флюса.
Существует установка ЭШП для переплава чугунной стружки [1], содержащая плавильную емкость со сливным устройством и нерасходуемый электрод для поддержания дуги в шлаковой ванне. Недостатком такой установки является, то, что формирование слитка производится вне печи ЭШП в отдельной форме. При переливе расплава в форму происходит снижение качества слитка из-за контакта жидкого металла с атмосферой.
Существует установка ЭШП [2], где процессы плавления расходуемого электрода и получения слитка совмещены. Установка включает водоохлаждаемый кристаллизатор и расходуемый электрод, который может быть изготовлен из спрессованной стружки. Процесс плавления расходуемого электрода в шлаковой ванне под слоем рафинирующего флюса в кристаллизаторе обеспечивает получение слитка с высокими физико-механическими свойствами и стабильным химическим составом.
Изготовление расходуемых электродов из металлической стружки для ЭШП выполняют путем прессования подготовленной стружки в специальной подогреваемой форме вне печи ЭШП. [3, 4].
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установка для утилизации металлической стружки методом ЭШП [5] - (прототип), совмещающая процессы формирования расходуемого электрода и его переплава. Установка состоит из печи ЭШП с водоохлаждаемым кристаллизатором и устройством для формирования расходуемого электрода из металлической стружки, включающем лоток для подачи стружки, полый цилиндр и механизм уплотнения стружки и перемещения сформированного электрода в шлаковую ванну, выполненный в виде шнека.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что усилие, создаваемое шнеком при уплотнении стружки в полом цилиндре, не обеспечивает необходимой плотности формируемого электрода, что вызывает его неконтролируемое оплавление на выходе из полого цилиндра, нарушающее процесс перемещения электрода в шлаковую ванну кристаллизатора, и, соответственно, снижение качества слитка.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является усовершенствование конструкции установки для утилизации металлической стружки методом ЭШП, которая позволит повысить качество слитка за счет повышения плотности формируемого из стружки расходуемого электрода и исключения его неконтролируемого оплавления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается конструкция установки утилизации металлической стружки методом ЭШП, включающая печь ЭШП с водоохлаждаемым кристаллизатором и устройство формирования и перемещения расходуемого электрода. Устройство формирования и перемещения расходуемого электрода состоит из лотка для подачи стружки, полого цилиндра и механизма уплотнения стружки и перемещения сформированного электрода в шлаковую ванну кристаллизатора. Полый цилиндр в нижней части снабжен затвором и электронагревательным элементом. Механизм уплотнения стружки и перемещения сформированного электрода выполнен в виде пуансона и подающих роликов.
Повышение качества получаемого слитка обеспечивается:
- повышением плотности расходуемого электрода за счет создания более высоких осевых удельных давлений на уплотняемую стружку, создаваемых пуансоном в сочетании с затвором, расположенным в нижней части полого цилиндра;
- повышением плотности расходуемого электрода за счет увеличения пластичности стружки при нагреве, обеспечиваемом введением в зону формирования расходуемого электрода нагревательного элемента;
- исключением неконтролируемого оплавления расходуемого электрода, нарушающего процесс его перемещения в шлаковую ванну, за счет подающих роликов.
На Фиг. представлена схема установки, где:
1. лоток для подачи стружки;
2. полый цилиндр;
3. привод пуансона;
4. пуансон;
5. электронагревательный элемент;
6. затвор полого цилиндра;
7. сформированный расходуемый электрод;
8. подающие ролики;
9. шлаковая ванна;
10. кристаллизатор.
11 слиток.
Установка работает следующим образом
Подготовленная для утилизации стружка по лотку 1 при поднятом пуансоне 4 ссыпается в полый цилиндр 2, нагреваемый электронагревательным элементом 5, где пуансоном 4 с приводом 3 уплотняется и формируется в расходуемый электрод 7 при закрытом затворе 6 полого цилиндра 2.
Сформированный расходуемый электрод 7 при открытом затворе 6 перемещается с помощью подающих роликов 8 в шлаковую ванну 9 кристаллизатора 10, где переплавляется в слиток 11.
По завершению цикла ЭШП затвор полого цилиндра 6 закрывается для формирования следующего расходуемого электрода.
Во ФГУП «ЦНИКМ «Прометей» проведены испытания макетного образца предлагаемой полезной модели.
Расходуемый электрод формировался из металлической стружки стали Ст.20.
Фракция стружки, подаваемой в устройство формирования и перемещения расходуемого электрода 3-5 мм.
2
Усилие, создаваемое пуансоном 3-5 тс/см.
Температура нагрева стружки в процессе формирования расходуемого электрода 650-700°C.
Диаметр сформированного расходуемого электрода 25-30 мм.
3
Плотность сформированного расходуемого электрода 6,0-7,0 г/см
Внутренний диаметр кристаллизатора 40-50 мм.
Преимуществом предлагаемой полезной модели в сравнении с прототипом является повышение качества выплавляемого слитка за счет повышения плотности формируемого расходуемого электрода и исключения его неконтролируемого оплавления.
Качество выплавленного слитка по химическому составу и физико-механическим характеристикам адекватно качеству слитка, полученного из монолитного расходуемого электрода.
Источники информации
1. Патент РФ №72227
2. Б.И.Медовар и др. «Электрошлаковые печи». Киев. Наукова думка, 1976 г., с.19.
3. Патент РФ №2197548.
4. Патент РФ №2201977.
5. Б.И.Медовар и др. «Электрошлаковые печи». Киев. Наукова думка, 1976 г., с.396.