Проміжна ємність установки електронно-променевого переплаву металів і сплавів

Проміжна ємність установки електронно променевого переплаву металів і сплавів, яка складається із зварених між собою дна, бортів і носика, який до них приєднано, яка містить на дні між бортами плиту гарнісажу, яка відрізняється тим, що на донну й бокову поверхні плити нанесений рельєф у вигляді заглибин і виступів, при цьому товщина плити не менша 0,15 м, а площа контакту виступів з поверхнею дна і бортів проміжної ємності становить одну десяту і більше площі поверхні плити, суміжної з поверхнею дна і бортів проміжної ємності Винахід відноситься до спеціальної електрометалургії, а більш конкретно до електроннопроменевого переплаву (ЕПП) титана та його сплавів Він також може бути використаний при ЕПП інших металів і сплавів ВІДОМІ установки ЕПП з проміжною ємністю (ПЄ), [1, стор81] "Промежуточная емкость предназначена для улучшения рафинирования переплавляемдго металла, усреднения его химического состава и предотвращения попадания шлака и нерасплавившегося металла в выплавляемый слиток" ПЄ "изготовлена из медного листа" и "представляет собой цельную конструкцию, состоящую из сваренных между собой днища и боковины (бортов), к которым присоединен носок с возможностью его замены (рис 2)" ПЕ "по периметру и в нижней части имеет каналы охлаждения" [1, стор 81-82] При переплаві металів із витратної заготівки в таку ПЄ на и дні утворюється товстий шар затверділого металу, який називають гарнісажем, а в верхній частиш гарнісажу - ванна рідкого металу Затверділа плита гарнісажу є невід'ємною частиною ПЄ й замінюється тільки у тому разі, якщо змінюється ХІМІЧНИЙ склад переплавленого металу Звичайно такі ПЄ мають невелику глибину - до 100-И20мм [1, мал 8] Вадами такої ПЄ є великі втрати теплової енергії теплопровідністю і мала глибина ванни рідкого металу При переплаві титана втрати теплової енергії теплопровідністю в систему охолодження ПЄ становлять 3 0 5 0 % від усієї енергії яка надходить в ПЄ з електронним променем і рідким металом Незначна глибина вашій рідкого металу (0,010,02м) перешкоджає ефективному усередненню його ХІМІЧНОГО складу і є однією із причин макроскопічної неоднорідності зливків В основу винаходу поставлена задача удосконалення ПЄ, в якій за рахунок збільшення глибини ПЄ і утворення необхідного термічного опору між гарнісажем і внутрішньою поверхнею ПЄ, забезпечується значне (в -2 рази) зменшення втрат теплової енергії теплопровідністю і збільшення глибини ванни рідкого металу, а внаслідок цього зменшення макроскопічної хімічної неоднорідності ЗЛИВКІВ Поставлена задача вирішується тим, що в ПЄ складеній із зварених між собою дна, бортів і приєднуваного до них носика, і МІСТЯЧІЙ на дні між бо ртами плиту гарнісажу, на донну і бокову поверхні плити нанесений рельєф у вигляді заглибин і виступів, при цьому товщина плити не менша 0,15м, а площа контакту виступів з поверхнею дна і бортів ПЄ становить одну десяту і більше площі поверхні плити, суміжної з поверхнею дна і боргів ПЄ О ю 00 ю 57851 На донну й бокову поверхні плити нанесений рельеф у вигляді заглибин і виступів Виступами плита обпирається на дно й борти ПЄ і передає теплопровідністю теплоту в систему охолодження П'Є Заглибини утворюють щілини між плитою і поверхнею ПЄ, через які в систему охолодження передається незначна КІЛЬКІСТЬ теплота випромінюванням Площа контакту виступів з поверхнею дна і бортів ПЄ становить одну десяту і більше площі поверхні плити, суміжної з поверхнею дна і бортів ПЄ Контакт плити з поверхнею ПЄ на площі в одну десяту площі поверхні плити, яка межує з дном і бортами ПЄ, забезпечує збереження конфігурації рельєфу на її поверхні при температурах до 1200°С Цій ПЛОЩІ контакту відповідає площа щілин, яка дорівнює 0,9 площі поверхні плити, суміжної поверхні дна і бортів ПЄ, що забезпечує найменші втрати тепла випромінюванням в систему охолодження ПЄ При подальшому збільшенні площі поверхні контакту збільшуються втрата тепла теплопровідністю, зменшується глибина ванни рідкого металу, але покращуються умови експлуатації плити гарнісажу, тому що зменшується температура її поверхні і можливість пластичного деформування рельєфу під дією сили ваги Товщина плити не менша 0,15м обумовлена тим, що при менших товщинах плити і коливаннях температури дзеркала ванни рідкого металу, можливе значне підвищення температури поверхні плити гарнісажу, вирівнювання рельєфу і навіть її наскрізне проплавлення, супроводжуване втратою заданих теплофізичних властивостей плити При збільшенні товщини плити більше 0,15м, зменшується температура її поверхні і збільшується глибина ванни рідкого металу, що сприяє більш ефективному усередненню ХІМІЧНОГО складу металу, надходячого в кристалізатор і підвищенню макроскопічної хімічної однорідності зливків На кресленні (Фіг) схематично показана заявляема ПЄ В склад ПЄ входять зварені між собою водоохолоджувані дно (1) і борта (2) і приєднуваний до них носик (3) На дні між бортами розміщена плита гарнісажу (4), на поверхню якої нанесений рельєф в вигляді виступів і заглибин (5) Пунктиром показано розташування витратної заготівки (6) і кристалізатора (7) під час переплаву Функціонує ПЄ таким чином Перед початком ЕПП включають систему водяного охолодження При цьому вода надходить в канали охолодження дна (1) і бортів (2) ПЄ Після досягнення в камері плавлення необхідного вакууму вмикають електронні гармати і підігрівають плиту гарнісажу (4) Коли на поверхні гарнісажної плита утворюється ванна рідкого металу, промені електронних гармат переводять на торець витратної заготівки (6), і розтоплюють його Рідкий метал надходить в ПЄ і через носик (3) надходить в кристалізатор (7) Витратна заготівка (6) з постійною швидкістю, відповідаючою швидкості плавлення, переміщується в бік ПЄ При сталій швидкості плавлення стабілізується конфігурація рідкої ванни, и глибина і всі теплові процеси Наявність виступів і заглибин (5) на поверхні плити гарнісажу зменшує тепловий потік від рідкого металу до вода, охолоджуючої ПЄ Це призводить до підвищення температури плити, глибини рідкої ванни і зменшенню теплових втрат в систему охолодження ПЄ Приклад При ЕПП титана використана ПЄ з площею дна внутрішньої порожнини» рівною 0,8x0,4м Порожнина ПЄ розширюється до верху під кутом 5° на бік Глибина порожнини 0,42м На її дні встановлена плита гарнісажу товщиною 0,4м На и поверхні нанесений рельєф у вигляді виступів і заглибин Площа контакту виступів з поверхнею дна і бортів ПЄ становить одну десяту площі поверхні плити, суміжної з поверхнею дна і бортів ПЄ і їй відповідає коефіцієнт теплопередачі, рівний 48Вт/м2град При повному (100%) контакті цей коефіцієнт по експериментальним даним становить 31 ОВт/м град В процесі ЕПП теплові потоки стабілізувались Ванна рідкого металу встановилась на відстані приблизно 0,07м від бортів В таблиці приведені дані розрахунку стабілізованих теплових потоків температур поверхні гарнісажної плита і глибини ванни рідкого металу при використанні гарнісажних плит з рельєфом і без нього Крім вказаних, в таблиці використані наступні значення коефіцієнтів і параметрів Коефіцієнт теплопередачі в каналах охолодження а=6000Вт/м2град, середня температура води -20°С, коефіцієнт теплопровідності МІДІ і титана 380 і 24,8Вт/м град ВІДПОВІДНО, товщина стінки канала охолодженя - 0,01 м 57851 Таблиця Глибина ванни рідкого металу й втрати теплоти теплопровідністю при використанні плити гарнісажу з рельєфом і без нього, а також в прототипі №п/п Найменування показників 1 3 Розміри плити гарнісажу, м Середній коефіцієнт теплопередачі між плитою гарнісажу і ПЄ, Вт/м2град Температура поверхні рідкої ванни, °С 4 Температура гарнісажу, °С г 'г г J, 5 6 2 гарнісажна плита з рельєфом без рельефа прототипу 0,8x0,4x0,4 0,8x0,4x0,4 0,8x0,4x0,08 48 310 310 1800 1800 1800 Глибина рідкої ванни, м 1027 1188 0,067 331 515,5 0,035 892 1047 0,011 Втрати теплоти в системі охолодження ПЄ Вт через дно через борти всі втрати 15331 53378 68709 29138 134638 163776 90163 70978 161141 _ біля дна біля бортів З таблиці видно, що при збільшенні товщини плита в 5 разів (з 0,08 до 0,4 м) при практично однакових загальних втратах теплоти теплопровідністю глибина ванни рідкого металу збільшилась в З рази в порівнянні з прототипом (з 0,011 до 0,035м) З таблиці також видно, що при збільшенні товщини плити і утворенні на її поверхні рельєфу в порівнянні з прототипом глибина ванни рідкого Комп'ютерна верстка О Воробей металу збільшилась в 6 разів, а втрати теплової енергії зменшились в 2,4 рази ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 Кравец А Н , Дереча А Я , Тригуб Н П и др, Установки для электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью Специальная электрометаллургия, № 59, 1985, стр 74-ь85 Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна