Плазменная установка для плавки и рафинирования металла

ство ССС /56, 19 е свидетл, С 21 й в расплав из полос ового типа вклюьй в крьппи снабженысоединяюечи с по- Рециркустоит из нжектора броса мы ре сложи ркуляции и очистки ть системы регулирневысокая эффект афиниравания метал газа, вания ас ность с госуддгственнцй ноюитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЦТИЯМпри гннт ссо(71) Институт проблем литья АНУкраинской ССР(56) авторское свидетельство СССРУ 633287, кл. С 22 В 5/08, 1976.Авторское свидетельство СССРВ 346958 кл, С 22 Э 7/08,1970.Фарнасов Г,А, и др, Плазменнаяплавка. - М.: Металлургия, 1968,с.140-144.Авторско ель Р9 799433, к С 5 9. Изобретение относится к металлур-гии и литейному производству,Известна плазменная плавильно-заливочная установка, которая снабженапромежуточной воронкой и герметичной камерой для литейной формы, расположенными на сливном носке,В качестве недостатка этих печейследует отметить низкую эффективностьпроцесса рафинирования, металла вследствие низкой интенсивности перемещивания расплава,Известны конструкции печей дляплавки и рафинирования металла, в которых расплавление металла производится пла зменной дугой, а его рафинирование осуществляется перемепиваниемструей отработанного газа, поступаю 2(54)(57) ПЛАЗМЕННАЯ УСТАН 0 ВКА ДЛЯ ПЛАВКИ И РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА, содержащая плавильную камеру со слив. ным носком, плазмотрон и подовыйэлектрод, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повьппения эффективности процесса рафинирования металла, упрощения конструкции, повышениястойкости и надежности работы установка снабжена плазменной погружной фурмой, расположенной в боковой стенке плавильной камеры напротив сливного носка на одном с ним уровне, и , реверсивным механизмом поворота, позволяющим наклонять плавильную камеору до 90 как в сторону сливного носка, так и в сторону плазменной фурмы,электрода,Плазменные печи такогочают плазмотрон, встроенньку печи, подовый электродрециркуляционньм контуромщим рабочее пространство плостью подового электродаляционная система печи ссистемы газоочистки, ии патрубка с клапанам для аедостатками таких печей являются сложность и низкая надежность си3 104881Известна также печь Фирмы Линде,включающая плавильную камеру с огнеупорной футеровкой, плазмотрон, подовый электрод и катушки для электромагнитного перемепивания жидкого ме 5талла, вмонтированные в подину печи.К недостаткам такой печи следуетотнести недостаточную эффективностьперемешивания расплава, сложностьконструкции.Наиболее близкой по техническойсущности и достигаемому эффекту является плазменная печь для плавки ирафинирования металлов, содержащаяплавильную камеру со сливным носком,плазмотрон и подовый электрод.Недостатками этой печи являютсябольшая трудоемкость изготовлениявставок с заданной пористостью, их 20низкая стойкость и связанный с этимчастый ремонт подового электрода иФутеровки тигля трудность поддержания температурного режима плавкивследствие продувки металла холодными газами, сложность конструкции продувочного устройства печи и низкаяэффективность процесса рафинированиярасплава,Целью изобретения является повышение эффективности процесса рафинирования металла, упрощение конструкции, повышение стойкости и надежнос -ти работы.Поставленная цель достигается тем, 35что плазменная установка для плавкии рафинирования металла, содержащаяплавильную камеру со сливным носком,плазмотрон и подовый электрод, согласно изобретению снабжена плазменной продувочной Фурмой, расположенной в боковой стенке плавильной камеры напротив сливного носка на одном с ьим уровне, и реверсивным механизмом поворота, позволяющим наклонять плавильную камеру до 90 какв сторону сливного носка, таки в сто-рону, плазменной Фурмы,На фиг 1 изображена предлагаемаяустновка, общий вид; на Фиг,2 - видпо стрелке Д фиг,1,Плазменная установка для плавки ирафинирования металла включает съемную крьппку 1 с плазмотроном 2, плавильную камеру 3, подовый электрод 4, 55смонтированный в донной части плавильной камеры плазменную фурму 5 погружного типа, которая установлена в бо-.ковой степке печи напротив сливного 0носка б и на одном уровне с ним. Ус-.1тановка снабжена реверсивным механизмом поворота 7, который жестко соединен с корпусом печи, Плазменная Фурма 5 представляет собой разновидностьплазмотрона косвенного действия, укоторого два электрода (катод ианод)смонтированы в одном корпусе,Такие плазмотроны широко используются, например, при плазменном напылении,Предложенная конструкция работаетследующим образомВ плавильную камеру 3 установкизагружают шихту 3, закрывают крышкой 1, включают плазмотрон 2 и осуществляют плавку металла, По окончании плавки плазмотрон 2 выключают ивключают плазменную фурму 5. Одновременно с включением плазменнойФурмы включают реверсивный механизмповорота и осуществляют поворот пеочи на 90 в сторону Фурмы 5. Послезаполнения надфурменного пространст"ва жидким металлом производят рафинирование расплава путем продувкиего ионизированным газом, которыйпоступает в расплав через плазменнуюФурму, где нагревается до высокихтемператур. Предложенная конструкцияпозволяет наряду с рафинированиемрасплава высокотемпературным ионизированным газом производить обработку порошкообразными реагентами внагретом состояин путем пропусканияих через плазменный Факел фурмы 5.По окончании процесса обработкирасплава плазменной Фурмой включаютреверсивный механизм поворота и наклоняют печь в сторону сливного носка 6 для слива металла в Форму. В момент слива металла плазменную Фурмуотключают, После выпуска металла изплавильной камеры печь возвращаетсяв исходное положение и технологический процесс повторяется.Опробование работы предложеннойконструкции плазменной печи для плавки и рафинирования металлов проводилось при выплавке конструкционнойстали 40 Х.Конструкция опытной установки включала водоохлаждаемую плавильную камеру, съемную Футерованную крьппкус плазмотроном и механизмом перемещения плазмотрона, В нижней части плавильной камеры был смонтирован подовый водоохлаждаемый электрод. В боко10 6 5 10488 вую стенку плавильной камеры с противоположной стороны сливного носка и на одном с ним уровне стационарно устанавливали плазменную неводоох 5 лаждаемую фурму, Монтаж фурмы производили таким образом, чтобы ее рабочая часть после расплавления шихты не контактировала с расплавом. Плазмотрон и плазменную фурму подключали 10 к одному источнику питания ВПРи работали они от одного источника питания поочередно.Поворот печи на 90 в сторону плазменной фурмы и в сторону сливного15 носка для заливки, металла в форму осуществляли вручную с помощью зубчатой передачи.В процессе плавки силу тока на плазмотроне изменяли от 400 .до 700 А. 20 При продувке расплава ионизированным газом ток, подводимый к плазменной фурме, был постоянным и составлял 600 А, В качестве рабочего газа в плазмотроне и плазменной фурме при-, 25 меняли аргон.Работа опытной установки заключа-. ласьв следующем, Открывали крышку печи с плазмотроном и в тигель загружали шихту, Затем крьппку закрывали, включали плазмотрон и осуществляли расплавление шихты. После расплавления металла выключали плазмотрон и одновременно включали плазменную фурму, Печь поворачивали на 90 , при этом плазменная фурма и надфурменное пространство заполнялось металлом, По интенсивности бурления расплава (которая контролировалась визуально через смотровой люк) регулировали 40 расход аргона, поступающего в металл через плазменную фурму, Расход аргона при постоянном давлении 2,5 атм контролировали ротаметром РС. Верхний предел избыточного давления арго на лимитируется требуемым расходом, нижний предел давления должен превышать величину уН, где у - удельный вес расплава, Н - высота от сопла плазменной фурмы до зеркала металла, При меньшем избыточном давлении газа .расплав может проникнуть в рабочее пространство плазменной фурмы и последняя выходит из строя.Продувку расплава иониэированным аргоном через плазменную фурму осуществляли в течение 3-3,5 мин, при этом расход аргона составил 0,6- 0,8 мз/т металла, За время продувки аргоном расплава температура его по."овышалась на 10-15 С за счет тепла, вносимого в металл с помощью плазменной фурмы. Предлагаемое конструктивное решение позволяет не только совместить процессы плавки и рафинирования металла, но и осуществлять рафинирование расплава без перегрева его до высоких температур. В результате этого наряду с повышением качества литого металла увеличивается производительность плавильных агрегатов.После рафинирования расплава печь поворачивали в сторону сливного нос" ка и металл заливали в форму. При освобождении плазменной фурмы от расплава ее отключали. По окончании заливки печь возвращали в исходное положение и процесс плавки повторяли.Экспериментальная проверка показала что реверсивный механизм долженФо обеспечивать поворот печи на 90 в обе стороны. Прй повороте печи в стоо рону сливного носка меньше .90 трудно выливать полностью из плавильной камеры металл. При угле поворота печи больше 90 О капли металла, остающиеся на поде и стенках плавильной камеры, могут попадать на сопло плазмотрона и крышку, в результате этого плазмотрон выходит из строя и нарушается его уплотнение.Поворот печи в сторону плазменной фурмы меньше 90 не обеспечивает эффективное перемешивание расплава при продувке его ионизированным газом через погруженную форму, При угле повоорота, превьппающем 90 , возникает опасность попадания расплава на,плазмотрон в результате бурления металла при его рафинировании плазменной фурмой. Наряду с этим при большем угле поворота печи в сторону фурмы металл может попадать в разъемное соединение крышки и плавильной камеры, это усложняет их герметизацию при эксплуатации.Расположение плазменной фурмы в боковой стенке плавильной камеры с противоположной стороны сливного носка и на одном с ним уровне является оптимальным, При монтаже фурмы не против сливного носка необходимо уменьшать объем выплавляемого металла с целью исключения выбросов расплава через сливной носок во время его продувки ионизированным газом.Установка фурмы ниже уровня сливного носка также требует уменьшения объема выплавляемого металла для исключения контакта фурмы расплавом вовремя плавки, Монтаж плазменной фурмывыше уровня сливного носка не позволяет добиться требуемой интенсификациипроцесса перемешивания расплава припродувке, Для интенсификации процес- в .,10са рафинирования расплава при болеевысоком расположении фурмы необходимо увеличивать угол поворота печи всторону фурмы, что вызывает те женежелательные явления, о которых 15указывалось выше,Предложенное конструктивное решение позволяет увеличить срок службыпродувочных устройств, посколькуустройства в таких печах контактируют с расплавом не постоянно, .а кратковременно - лишь в период рафиниро"вания металла.Испытания предложенной конструкциипоказали, что плазменная погружная 25фурма в процессе рафинирования работает надежно и эффективно. Случаеввыхода из строя фурмы не наблюдалось,так как включение и выключение ее, осуществляют при отсутствии контакта плазменной фурмы с металлом,Исследование качества выплавляемого металла показало, что содержание кислорода в нем снижается на 15-20 , водорода - до 30 ., Количество неме-. таллических включений при этом уменьшается на 35-40 , а плотность литого металла увеличивается на 1,2-1,3 по сравнению с базовым объектом;. За базовый объект принята технология плазменно-индукционной плавки при литье по выплавляемым моделям .Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенной плазменной печи за счет увеличения производительности труда в 1,3-1,4 раза, уменьшения на 15-40 газосодержания и неметаллических включений в металле, повышения на 1,2-1,3 плотности литых изделий и увеличения более чем в 2 раза срока службы продувочных устройств для рафинирования металла по предварительным расчетам составит около 60 тыс,руб. в год на одйу печь при выплавке сложнолегированных сталей.1048810СоставительТехред М.Моргентал Корректор В.ГирнякедакторсьмаЗаказ 4782 Тираж 576 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ш ш ш ЭВ Взводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О