Індукційна піч з донним розливанням

Индукционная печь с донным разливом, содержащая индуктор, в который установлен тигель с донным отверстием и расположенный под тиглем сливной узел, имеющий коническое и цилиндрическое соосные отверстия, проплавляемую пробку, размещен ную в коническом отверстии и опирающую. ся на подвижную водоохлаждаемую штангу, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что тигель выполнен с соблюдением равенства радиусов сопряжения внутренней стенки и стенки донного отверстия с внутренней поверхностью дна тигля, причем радиус сопряжения выбран из соотношения Изобретение относится к электрометаллургической промышленности, в частности к индукционным печам с донным разливом металлов и сплавов. как термически, так и ферростатически месте. Сопряжение требуемым радиусом стенки донного отверстия с внутренней поверхностью дна тигля, кроме уменьшения концентрации напряжений, ликвидирует кромки, отрицательно влияющие на качество отливок. Равенство радиусов сопряжений между собой и зависимость их от толщины стенки и внутреннего радиуса тигля обеспечивает необходимое равенство существующих напряжений по наиболее термически и ферро Целью изобретения является повышение надежности и производительности печи, а также повышения качества слитка. Сопряжение предложенным радиусом стенки тигля с внутренней поверхностью дна тигля обеспечивает значительное снижение концентрации опасных термических напряжений в этом наиболее нагруженном Rr & R conp — где RT - внутренний радиус тигля; Rconp - радиус сопряжения; I - толщина стенки тигля, при этом стенка конического отверстия сливного узла выполнена как касательная к стенкам донного отверстия тигля в месте их соединения, а нижний меньший диаметр конического отверстия в 1,5-3,6 раза меньше диаметра цилиндрического отверстия сливного узла. С > ел О 15619 Индукционная печь работает следующим образом. После загрузки шихты в тигель 2 включается индуктор 1 и начинается плавка. В результате разогрева металла или сплава 8 тигле 2 происходит некоторое расплавление и осаживание пробки 7. Но снизу пробка 7 контактирует с водоохлаждаемой штангой 8 и поэтому полного расплавления пробки 7 и протекание расплава не происходит. Когда плавка заканчивается штангу 8 выдвигают, освобождая отверстия 5 и 6 сливного узла 4. При этом за 4-10 сек происходит сквозное проплавление пробки 7 за счет тепла расплава и последний сливается через отверстия 5 и 6. Исходя из количества расплавляемого сплава, была изготовлена и опробована в службе серия тиглей 2 и сливных узлов 4 с различными показателями заявляемых параметров, а также по прототипу. Наружный диаметр и высота тигля 2 определялись размерами индуктора 1. Толщина I стенки тигля 2 выбиралась с учетом условий службы. В реальных примерах были проведены плавки по 160 кг стали типа ЭИ847(00Х16ПС5МЗБ), легированной редкоземельными металлами. Проплавляемая пробка 7 была выполнена из того же материала (сталь ЭИ847). Время проплавлення пробки 7 во всех примерах составляло 6-8 с. При плавке для кристаллизации слитка применяли медные водоохлаждаемые изложницы. После каждой плавки осматривали тигель 2, сливной узел 4 и определяли качество слитка по загрязнению неметаллическими включениями и наличию экзогенных и эндогенных включений. Характеристика тигля по примерам и результаты осмотра и анализа слитков приведены в таблице. П р и м е р ! (прототип). При анализе выплавленного слитка были обнаружены экзо- и эндогенные включения (см.фиг.З). После каждого слива расплава приходилось производить демонтаж и очистку сливного Коническое отверстие 5 выполнено как узла 4. касательная поверхность к донному отверстию 3 тигля 2 s месте их соединения. При 50 Срок службы тигля 2 составил 18 плавок, этом нижний меньший диаметр DK отверпосле чего была произведена его замена. стия 5 в 1,5-3,6 раза меньше диаметра D 4 Загрязнение слитка происходило в рецилиндрического отверстия 6 (конкретные зультате эрозионного размыва и термичевеличины в примерах). ского скалывания кромки донного Диаметр D донного отверстия 3 выби- 55 отверстия. рэлся в зависимости от требуемой по технологии скорости истечения расплава. Отсутствие радиуса сопряжения, кроме этого приводит к возникновению волосяной На позиции 9 показаны эндогенные трещины по образующей донного отверстия включения в слитке. На позиции 10 показа3 из-за наличия термических напряжений. ны экзогенные включения в слитке. статически нагруженной части тигля и равномерность по объему тигля. Коническое отверстие сливного узла, выполненное как касательмая поверхность к донному отверстию тигля в месте их соеди- 5 нения обеспечивает увеличение компактной (сплошной) части струи, что уменьшает разбрызгивание и закручивание расплава. Отсутствие кромок и уступов в месте соединений отверстий улучшает качество 10 слиткз. Увеличение диаметра цилиндрического отверстия по сравнению с нижним меньшим диаметром конического отверстия в 1,5-3,6 раза значительно уменьшает набрызгива- 15 ние металла на поверхность отверстия под шток, что позволяет заметно увеличить работоспособность сливною узла, т.е. печи в целом. На фиг.1 приведен общий вид печи в 20 разрезе; на фиг.2 - сливной узел с нижней частью тигля; на фиг.З - макроструктура слитка, выплавленного в индукционной печи, изготовленной по прототипу; на фиг.4 макроструктура слитка, выплавленного в ин- 25 дукционной печи, изготовленной по предлагаемому решению - запредельное значение; на фиг,5-6 - макроструктура слитка, выплавленного в индукционной печи, изготовленной по предлагаемому изобретению. 30 Индукционная печь содержит индуктор 1, в котором размешен тигель 2 с донным • отверстием 3. Под донным отверстием 3 тигля 2 установлен сливной узел 4, имеющий кониче- 35 ское отверстие 5 и соосное с ним цилиндрическое отверстие 6 для слива металла или сплава. В отверстии 5 расположена проплавляемая пробка 7, опирающаяся на подвижную водоохлаждаемую штангу 8. 40 Радиусы Rconp боковых стенок тигля 2 с поверхностью дна и поверхностью дна со стенкой донного отверстия 3 равны между собой и выбраны из соотношения; -45 RT ^ Rconp ^ I 15619 Появление настыли на верхней поверхности отверстия под штангу связано с закручиванием струи расплава. Эта же причина вызывает забрызгивание нижней поверхности. Забрызгивание связано еще с тем, что Ок=Оц В ЭТОМ примере. Появление трещины в месте сопряжения стенки тигля с его дном вызвано малым радиусом сопряжения. Трещина, развивающаяся под действием термических напряже- 10 ний, может вызвать опасную ситуацию, т.к. возможен прорыв расплава на водоохлаждаемый индуктор. П р и м е р 2. Запредельное значение. В данном примере увеличили радиус со- 15 пряжения стенки с дном тигля, а также выполнили сопряжение донного отверстия с дном тигля. Качество слитка улучшилось (фиг.4). Срок службы печи увеличился. Увеличение диаметра цилиндрического 20 отверстия 6 сливного узла 4 по отношению к меньшему диаметру у конического отверстия 5 позволило снизить количество очисток отверстия под штангу от забрыэгивания. 25 П р и м е р 3. Радиус сопряжения с внутренней поверхностью дна тигля внутренней стенки тигля и стенки донного отверстия выполнен равным толщине стенки. Качество слитка улучшилось (рис.З). Срок 30 службы печи значительно увеличился. Количество очисток отверстия под штангу резко уменьшилось при выбранном соотношении диаметра цилиндрического отверстия и меньшего диаметра коническо- 35 го отверстия 5 сливного узла 4. П р и м е р 4. Радиус сопряжения стенки тигля с внутренней поверхностью дна тигля Пример Pi, MM ВнутренRconp, мм, радиус сопряжения с внутренней поверхностью дна тиг- ний радиус тигля равен внутреннему радиусу тигля. Качество слитка высокое (фиг.6). Забрызгивание отверстия под штангу уменьшилось. Однако при таком сопряжении несколько уменьшился обьем тигля. П р и м е р 5. Данное соотношение диаметра цилиндрического отверстия и меньшего диаметра конического отверстия сливного узла позволило еще более увеличить работоспособность сливного узла. П р и м е р 6. Запредельное значение. При опробованном соотношении диаметров сливного узла уменьшилась его прозрачность. Были вынуждены увеличить размеры сливного узла, что повлекло увеличение веса. Процесс работы со сливным узлом стал более трудоемок. В результате проведенных экспериментов установлено, что предложенная индукционная печь может работать без замены тигля в 2,5-2,8 раза дольше по сравнению с прототипом и позволяет уменьшить в 2,14,5 раза количество неметаллических включений в слитке. При этом в 15-20 раз реже возникает необходимость очистки сливного узла от настыли. Использование заявляемой печи позволит экономить огнеупорный материал за счет уменьшения числа тиглей, потребляемых при годовой эксплуатации печи, увеличения межремонтного периода печи и снижение трудоемкости эксплуатации печи, повышение качества слитков (снижение брака). За счет перечисленных достоинств предлагаемой печи повысится ее надежность и производительность по сравнению с прототипом а 2-3 раза. 1. ММ, ТОЛЩИНЗ D,, мм нижний стенки тигля меньший диа Оц, мм, диаметр Оц/D, цилиндрическо метр коническо го отверстия го отверстии ля внутренней стен- стенки донного сливного узла ки тигля отверстия 30 Нет 250 50 20 20 1.0 45 45 250 50 20 25 1.25 Запредельное значение 3 50 50 250 50 20 30 1,5 А 250 250 130 6 запре 130 130 20 20 20 60 72 79 3.0 130 250 250 250 50 5 1 сливного узла (прототип) Предлагаемое решение 2 дельное знач 50 50 3.6 3.8 Продолжение таблица Пример Показатели работы печи Тигель Отверстие под водоохМесто сопряжения внутренней поверхности дна тигля паждаемую штангу со стенкой донного отвер- с внутренней стенкой тигстия ля Количество плавок, шт. После 13 плавок отмечено После 18 плавок отмече- После каждой разливналичие волосяной трещи- но наличие трещины при- ки требуется очистка ны по образующей доннамерна на 1/4 от настыли верхней го отверстия. Кромка окружности. Плавки преповерхности и от донного отверстия смыта. кращены брызг нижней Плавку продолжали 18 После 27 плавок отмечено После 30 плавок отмече- Отверстие очищали от наличие волосяной трещи- но наличие трещины оконастыли через 2-3 ны по образующей.Плавку ло 1/5 окружности. плавки от забрызгива' продолжили. Плавки прекращены иия через 4-5 ЗапредельТрещины не наблюдали После 43 плавок наличие Отверстие очищали от ное значетрещины 1/6 окружнонастыли через 10-12 ние 3 сти. Плавки прекращены плавок, от забрызгивания через 12-15 Трещины не наблюдали После 51 плавки наличие Отверстие очищали от трещины примерно t/6 настыли через 15-16 окружности.Плавки пре- плавок, от забрызгивакращены ния чеоез 17-20 Волосяная трещина не на* После яд плавок наличие Отверстие очищали от 5 трещины примерно 1/6 насыпи через 14-15 блюдалась окружности. Плавки пре- плавок, от забрызгива 30 1 (прототип) Предлагаемое решение 2 2,8-3.1 Есть ел С) 43 1,9-2.3 Единичная 51 1,1-1,4 Нет 49 1,2-1,6 Нет 25 1,1-1,5 Нет 00 кращены 6 запредель- Волосяная трещина не набпюдалась ное знач. ния 19-23 Отверстие очищали от После 48 плавок трещины примерно 1 /6 настыли через 14-15 окруж Плавки прекращ. пл., or забрызг. через 18-25, через 20-25 разливок начинается разрушение сливного узла Качество слитка загрязненность наличие экзопо скоплениям не- генных вклюметаллических чений включений ГОСТ 1778-70, баллы Выше 5 Есть 15619 Фиг.1 15619 Ч