RU2184160C1 - Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process - Google Patents
Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184160C1 RU2184160C1 RU2000129571/02A RU2000129571A RU2184160C1 RU 2184160 C1 RU2184160 C1 RU 2184160C1 RU 2000129571/02 A RU2000129571/02 A RU 2000129571/02A RU 2000129571 A RU2000129571 A RU 2000129571A RU 2184160 C1 RU2184160 C1 RU 2184160C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- discharge
- electric arc
- electrode assembly
- rod
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретения относятся к плазменной технике и металлургии, а более конкретно к устройствам и методам электродуговой плавки металлов и сплавов, которые могут использоваться как для экспериментального получения сплавов с особыми свойствами, так и для их промышленного производства. Такие металлы и их сплавы могут найти широкое применение в машиностроении, приборостроении, в авиационной и космической технике. The invention relates to plasma technology and metallurgy, and more specifically to devices and methods for electric arc smelting of metals and alloys, which can be used both for experimental production of alloys with special properties, and for their industrial production. Such metals and their alloys can be widely used in mechanical engineering, instrument making, and in aviation and space technology.
В настоящее время известны различные установки и способы, предназначенные для электродуговой плавки. Currently, various installations and methods for electric arc smelting are known.
Так, например, в патенте США 3542931 (Н 05 В 7/18, опубл. 24.11.70) описан способ плавки с расходуемым электродом. При осуществлении этого способа между центральным расходуемым электродом и внешним электродом, в качестве которого могут служить стенки плавильной печи, зажигают электрический разряд. Расположение электродов выбирают таким образом, чтобы избежать контакта разряда с ванной расплавленного металла, стекающего со стенок плавильной камеры. При этом межэлектродный объем вакуумируют. Такой способ позволяет эффективно использовать электрическую энергию для плавления металла за счет уменьшения теплообмена расплавляемой порции металла с общей массой расплавленного металла, содержащегося в ванне. So, for example, in US patent 3542931 (H 05 In 7/18, publ. 24.11.70) describes a method of melting with a consumable electrode. When implementing this method, an electric discharge is ignited between the central consumable electrode and the external electrode, which can be the walls of the melting furnace. The location of the electrodes is chosen in such a way as to avoid contact of the discharge with the bath of molten metal flowing down from the walls of the melting chamber. In this case, the interelectrode volume is evacuated. This method allows the efficient use of electrical energy for melting metal by reducing heat transfer of the molten portion of the metal with the total mass of molten metal contained in the bath.
Из патента GB 1114926 (Н 05 В 7/20, опубл. 22.05.68) известна конструкция электродуговой печи, в состав которой входит электродный узел с вольфрамовым нерасходуемым электродом. Этот электрод выполняется в форме стержня и помещается в цилиндрическом отверстии угольного электрододержателя. Через кольцевой зазор между электродами подается плазмообразующий газ, например аргон. Вольфрамовый электрод в известном устройстве снабжен системой принудительного жидкостного охлаждения. Работа печи осуществляется при зажигании разряда между электродом и расплавляемым металлом. Указанное выполнение электродного узла позволяет сконцентрировать энергию электрического разряда на заданном участке расплавляемого металла и за счет этого уменьшить время плавки. From the patent GB 1114926 (H 05 B 7/20, publ. 22.05.68) the design of an electric arc furnace is known, which includes an electrode assembly with a tungsten non-consumable electrode. This electrode is made in the form of a rod and is placed in the cylindrical hole of the carbon electrode holder. A plasma gas, such as argon, is supplied through the annular gap between the electrodes. The tungsten electrode in the known device is equipped with a forced liquid cooling system. The furnace operates when a discharge is ignited between the electrode and the molten metal. The specified implementation of the electrode assembly allows you to concentrate the energy of the electric discharge on a given section of the molten metal and thereby reduce the melting time.
Из уровня техники известен также способ электродуговой плавки металлов согласно авторскому свидетельству СССР 345208 (С 21 С 5/56, опубл. 14.08.72), который заключается в использовании сильноточной дуги для получения слитков металлов высокой чистоты. Для этого давление инертного газа в разрядном промежутке и плотность тока на катоде выбираются таким образом, чтобы электрическая дуга имела стационарный характер и разряд равномерно распределялся по поверхности термоэмиссионного катода. Анодом при таком разряде служит расплавляемый металл. The prior art also known a method of electric arc melting of metals according to the author's certificate of the USSR 345208 (C 21 C 5/56, publ. 14.08.72), which consists in using a high-current arc to produce ingots of high purity metals. For this, the inert gas pressure in the discharge gap and the current density at the cathode are selected so that the electric arc is stationary and the discharge is evenly distributed over the surface of the thermionic cathode. A molten metal serves as the anode in this discharge.
Наиболее близким аналогом заявленной электродуговой плавильной печи является устройство, раскрытое в описании патента RU 2032998 (Н 05 В 7/20, А61С 13/20, опубл. 10.04.95). В состав известной электродуговой плавильной печи входит вакуумная камера, внутри которой расположен электродный узел со стержневым катодом и анод. Плавильная печь содержит также систему откачки и напуска газа и источник электропитания. В этом устройстве анод выполнен в виде охлаждаемого кристаллизатора с образцом расплавляемого металла или сплава, который устанавливается напротив катода. С помощью такого устройства возможно также осуществление электродуговой плавки образцов тугоплавких металлов и сплавов в виде порошка при низком давлении рабочего газа. The closest analogue of the claimed electric arc melting furnace is the device disclosed in the description of patent RU 2032998 (H 05 B 7/20,
В известном устройстве для электродуговой плавки генерируется дуговой разряд низкого давления, который обладает рядом качественных особенностей и имеет следующие преимущества по сравнению с дугой атмосферного давления. In the known device for electric arc melting, an arc discharge of low pressure is generated, which has a number of qualitative features and has the following advantages compared to an arc of atmospheric pressure.
Структура дуги низкого давления существенно отличается от структуры дуги атмосферного давления, для которой характерные величины выделяемой энергии в прикатодной области, в прианодной области и в столбе дуги сравнимы между собой. Плазма разряда атмосферного давления достаточно однородна и не содержит каких-либо специфических зон. С понижением давления распределение потенциала по длине дуги существенно изменяется: возрастает прикатодное падение потенциала и снижается прианодное падение потенциала и падение потенциала в столбе дуги. В этом случае плазма имеет существенную неоднородность, которая характеризуется наличием ярко светящейся шаровой катодной зоны разряда на фоне слабо излучающего столба дуги. При этом происходит локализация энерговыделения в области шаровой катодной зоны. Размеры катодной зоны увеличиваются с уменьшением давления и увеличением тока и могут достигать нескольких сантиметров при использовании рабочих сред с большим потенциалом ионизации. Кроме того, в плазме дуги низкого давления отсутствуют ионы и атомы материала катода из-за относительно низкой температуры катода, что свидетельствует о высокой чистоте плазмы и соответственно пригодности такого разряда для технологических целей. The structure of the low-pressure arc is significantly different from the structure of the atmospheric-pressure arc, for which the characteristic values of the released energy in the cathode region, in the anode region, and in the arc column are comparable. Atmospheric pressure discharge plasma is quite homogeneous and does not contain any specific zones. With decreasing pressure, the potential distribution along the arc length changes significantly: the near-cathode potential drop increases and the anode potential drop and potential drop in the arc column decrease. In this case, the plasma has a significant inhomogeneity, which is characterized by the presence of a brightly glowing spherical cathode discharge zone against the background of a weakly emitting arc column. In this case, the energy release is localized in the region of the spherical cathode zone. The dimensions of the cathode zone increase with decreasing pressure and increasing current and can reach several centimeters when using working media with a large ionization potential. In addition, in the plasma of a low-pressure arc, there are no ions and atoms of the cathode material due to the relatively low temperature of the cathode, which indicates the high purity of the plasma and, accordingly, the suitability of such a discharge for technological purposes.
Как было установлено, увеличение энергии, выделяемой в дуге при повышении давления газовой среды и при увеличении межэлектродного расстояния, определяется ростом энерговыделения в столбе разряда и в прианодной области. При снижении давления от 0,47•105 до 0,67•103 Па происходит интенсивное энерговыделение, локализованное в шарообразной прикатодной зоне. Было также обнаружено, что эффективный вольт-эквивалент энергии, выделяемой на аноде, значительно зависит от давления, определяющего пространственно-энергетическую структуру дуги, и от межэлектродного расстояния. При введении анода, на котором помещен обрабатываемый материал, в шаровую катодную зону происходит его более интенсивный нагрев, обусловленный высокой концентрацией энергии в этой области. В результате этого повышается эффективность использования электрической энергии при плавке металлов. Для дуги атмосферного давления такой эффект не может быть достигнут, поскольку повышение энерговыделения на аноде при фиксированном токе в этом случае возможно только при увеличении длины дуги, однако при этом из-за увеличения потерь из столба дуги значительно снижается эффективность процесса плавки.It was found that the increase in energy released in the arc with increasing pressure of the gaseous medium and with increasing interelectrode distance is determined by the increase in energy release in the discharge column and in the anode region. With a decrease in pressure from 0.47 • 10 5 to 0.67 • 10 3 Pa, intense energy release occurs, localized in a spherical cathode zone. It was also found that the effective volt equivalent of the energy released at the anode significantly depends on the pressure that determines the spatial-energy structure of the arc, and on the interelectrode distance. With the introduction of the anode on which the material to be processed is placed, more intense heating occurs in the cathode spherical zone due to the high concentration of energy in this region. As a result of this, the efficiency of the use of electric energy in the smelting of metals is increased. For an atmospheric pressure arc, this effect cannot be achieved, since an increase in energy release at the anode at a fixed current in this case is only possible with an increase in the arc length, however, due to the increase in losses from the arc column, the efficiency of the melting process is significantly reduced.
Несмотря на указанные выше достоинства электродуговой плавки металлов с помощью устройства, описанного в патенте RU 2032998, известное устройство не позволяет производить плавку в широком диапазоне разрядных токов при условии стабильной работы катода в термоэмиссионном режиме. Это связано с тем, что при неоптимизированных размерах поперечного сечения стержневого катода возможно существенное изменение его теплового режима, и, как следствие, контрагирование дугового разряда и увеличение эрозии катода. Данные явления в целом влияют на эффективность использования электроэнергии при плавке тугоплавких металлов, на чистоту выплавляемых образцов и на ресурс электродуговой печи. Despite the above advantages of electric arc melting of metals using the device described in patent RU 2032998, the known device does not allow melting in a wide range of discharge currents under the condition of stable operation of the cathode in thermal emission mode. This is due to the fact that with non-optimized cross-sectional dimensions of the rod cathode, a significant change in its thermal regime is possible, and, as a result, contraction of the arc discharge and increase in cathode erosion. These phenomena generally affect the efficiency of energy use in the melting of refractory metals, the purity of smelted samples and the life of an electric arc furnace.
Электродный узел, описанный в патенте RU 2032998, выбран в качестве наиболее близкого аналога патентуемого электродного узла. Известный электродный узел содержит стержневой катод, выполненный из тугоплавкого материала, закрепленный в токовводе и установленный в отверстии электроизолирующей втулки, и корпус, в котором размещены элементы крепления стержневого катода. Электроизолирующий корпус электродного узла позволяет избежать привязки дугового разряда к токовводу, что способствует локализации дугового разряда. Кроме того, выполнение токоввода в известном устройстве в виде двух элементов и размещение его в замкнутом корпусе позволяет обеспечить температурную стабилизацию электродного узла. Это обстоятельство дает возможность исключить из конструкции узла систему принудительного охлаждения катода. Однако, несмотря на перечисленные преимущества, в известном электродном узле не может быть обеспечена полная стабилизация термоэмиссионного режима работы катода в широком диапазоне разрядных токов (до 1000 А), что в целом ограничивает энергетическую эффективность устройства и ресурс его работы. The electrode assembly described in patent RU 2032998 is selected as the closest analogue of the patented electrode assembly. The known electrode assembly comprises a rod cathode made of a refractory material, fixed in a current lead and installed in an opening of an electrically insulating sleeve, and a housing in which mounting elements of a rod cathode are placed. The electrical insulating body of the electrode assembly allows you to avoid binding the arc discharge to the current lead, which contributes to the localization of the arc discharge. In addition, the implementation of the current lead in the known device in the form of two elements and its placement in a closed housing allows for temperature stabilization of the electrode assembly. This circumstance makes it possible to exclude the forced cathode cooling system from the assembly design. However, despite the above advantages, in the known electrode assembly, full stabilization of the thermionic operation mode of the cathode cannot be ensured in a wide range of discharge currents (up to 1000 A), which generally limits the energy efficiency of the device and its service life.
В описании патента RU 2032998 раскрыт также и способ электродуговой плавки металлов, который включает в себя откачку вакуумной камеры, заполнение ее плазмообразующим газом до давления в диапазоне от 0,67•103 до 0,47•103 Па (5÷350 мм рт. ст.). После этого, согласно известному способу, устанавливают заданное межэлектродное расстояние и зажигают дуговой разряд между торцевой частью нерасходуемого стержневого катода и образцом металла или сплава. Такой образец помещают в охлаждаемом кристаллизаторе, который также выполняет функцию анода. При этом плавку осуществляют под действием энерговыделения локализованного дугового разряда. После плавки одного образца стержневой катод устанавливается над следующим образцом и процесс плавки повторяется. Описанный способ электродуговой плавки выбран в качестве наиболее близкого аналога патентуемого способа.The patent RU 2032998 also discloses a method for electric arc melting of metals, which includes pumping a vacuum chamber, filling it with a plasma-forming gas to a pressure in the range from 0.67 • 10 3 to 0.47 • 10 3 Pa (5 ÷ 350 mm RT Art.). After that, according to the known method, a predetermined interelectrode distance is established and an arc discharge is ignited between the end part of the non-consumable rod cathode and the metal or alloy sample. Such a sample is placed in a cooled mold, which also serves as the anode. In this case, melting is carried out under the action of energy release of a localized arc discharge. After melting one sample, a rod cathode is installed above the next sample and the melting process is repeated. The described method of electric arc melting is selected as the closest analogue of the patented method.
При осуществлении способа-аналога за счет выбранного соотношения длины катода к его диаметру разогрев катода происходит преимущественно в его торцевой части. В условиях относительно низкого остаточного давления рабочего газа дуговой разряд имеет диффузный характер и локализован в малом объеме разрядного промежутка. При этом возможна организация процесса плавки с высокой плотностью энерговклада в анод (расплавляемый образец) при малых разрядных промежутках. Вследствие малого газодинамического воздействия такой дуги также появляется возможность электродуговой плавки образцов металлов и сплавов в виде порошков. Однако из-за того, что в известных технических решениях не оптимизирован (в соответствии с рабочим диапазоном токов) поперечный размер стержневого катода, через который осуществляется теплоотвод к узлу его крепления, не исключена возможность изменения теплового режима катода. В результате этого может произойти переход разряда из рабочего (расчетного) режима с диффузным пятном контакта дуги на катоде в режим с контрагированным пятном. Такому переходу, как правило, сопутствует интенсивное испарение и распыление материала электрода, что в целом приводит к резкому снижению его ресурса и возможному загрязнению металла образца продуктами эрозии катода. Кроме того, изменение рабочего (расчетного) режима работы катода приводит к резкому снижению его ресурса. When implementing the method is analogous due to the selected ratio of the length of the cathode to its diameter, the cathode is heated mainly in its end part. Under conditions of a relatively low residual pressure of the working gas, the arc discharge is diffuse and localized in a small volume of the discharge gap. In this case, it is possible to organize a melting process with a high density of energy input into the anode (molten sample) at small discharge gaps. Due to the small gas-dynamic effect of such an arc, the possibility of electric arc melting of samples of metals and alloys in the form of powders also appears. However, due to the fact that the transverse dimension of the rod cathode through which heat is removed to its attachment point is not optimized (in accordance with the operating range of currents) in known technical solutions, the possibility of changing the thermal regime of the cathode is not ruled out. As a result of this, a discharge can transition from the operating (calculated) mode with a diffuse spot of arc contact at the cathode to the mode with a contracted spot. Such a transition, as a rule, is accompanied by intensive evaporation and atomization of the electrode material, which as a whole leads to a sharp decrease in its life and possible contamination of the sample metal with cathode erosion products. In addition, a change in the working (calculated) mode of operation of the cathode leads to a sharp decrease in its resource.
В основу настоящего изобретения положена задача, связанная с разработкой конструкции электродуговой плавильной печи и способа ее работы, обеспечивающих устойчивое горение дугового разряда низкого давления в широком диапазоне токов разряда (до 1000 А). Решение этой задачи позволяет увеличить энерговыделение в аноде (т.е. в расплаве образца) при высокой эффективности энерговыделения дугового разряда за счет создания и соответствующего использования специально сформированной устойчивой структуры плазмы в катодной зоне. Такое плазменное образование должно быть локализовано в пространстве и обладать плотностью энерговыделения в диапазоне от 102 до 104 Вт/см3. Достижение этого результата связано с оптимизацией размеров поперечного сечения стержневого катода, что требуется для его стабильной работы в заданном термоэмиссионном режиме при разрядных токах от 50 до 1000 А. При этом ставится также задача обеспечить высокую работоспособность катода при больших значениях разрядных токов (до 1000 А), что требуется для увеличения энерговыделения в зоне плавки.The basis of the present invention is the task associated with the development of the design of the electric arc melting furnace and the method of its operation, providing stable combustion of the low-pressure arc discharge in a wide range of discharge currents (up to 1000 A). The solution to this problem allows one to increase the energy release in the anode (i.e., in the sample melt) with high energy efficiency of the arc discharge due to the creation and appropriate use of a specially formed stable plasma structure in the cathode zone. Such a plasma formation should be localized in space and have an energy release density in the range from 10 2 to 10 4 W / cm 3 . The achievement of this result is associated with optimization of the cross-sectional dimensions of the rod cathode, which is required for its stable operation in a given thermionic emission mode at discharge currents from 50 to 1000 A. At the same time, the task is also to ensure high cathode performance at high values of discharge currents (up to 1000 A) , which is required to increase energy release in the melting zone.
Решение указанных задач позволяет реализовать следующие технические результаты: повысить энергетическую эффективность электродуговой плавки металлов и их сплавов, повысить температуру расплава, увеличить ресурс катодного узла печи и расширить диапазон регулируемого изменения энерговыделения в зоне плавки. The solution of these problems allows you to implement the following technical results: to increase the energy efficiency of electric arc smelting of metals and their alloys, increase the temperature of the melt, increase the resource of the cathode assembly of the furnace and expand the range of controlled changes in energy release in the melting zone.
Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что электродуговая плавильная печь с нерасходуемым катодом включает в свой состав следующие узлы, системы и конструктивные элементы: вакуумную камеру, в которой установлен электродный узел со стержневым катодом, выполненным из тугоплавкого материала; анод, выполненный в виде охлаждаемого кристаллизатора, по меньшей мере, с одним образцом расплавляемого металла или сплава, систему откачки и напуска газа и систему электропитания. При этом анод устанавливается в вакуумной камере напротив катода. Кроме того, согласно настоящему изобретению, диаметр, по крайней мере, части стержневого катода, расположенной в разрядном объеме и удаленной от торца катода, контактирующего с дуговым разрядом, составляет не более 8 мм. При таком выполнении катода осуществляется оптимальный нагрев катода при токах от 50 до 1000 А с целью обеспечения необходимого уровня термоэмиссии электронов с его рабочей поверхности и увеличения энергосодержания в разряде. Данное ограничение сечения катода определяет оптимальный тепловой режим работы в выбранном диапазоне токов и исключает интенсивную эрозию материала катода. Использование такого нерасходуемого катода позволяет увеличить ресурс электродного узла печи. При увеличении энерговыделения в локализованном разрядном объеме появляется также возможность расширить диапазон регулирования энерговыделения в зоне плавки. These technical results are achieved due to the fact that the electric arc melting furnace with a non-consumable cathode includes the following components, systems and structural elements: a vacuum chamber in which an electrode assembly with a rod cathode made of refractory material is installed; an anode made in the form of a cooled mold with at least one sample of a molten metal or alloy, a gas pumping and inlet system, and a power supply system. In this case, the anode is mounted in a vacuum chamber opposite the cathode. In addition, according to the present invention, the diameter of at least a portion of the rod cathode located in the discharge volume and remote from the end of the cathode in contact with the arc discharge is not more than 8 mm. With this embodiment of the cathode, the cathode is optimally heated at currents from 50 to 1000 A in order to ensure the necessary level of thermal emission of electrons from its working surface and to increase the energy content in the discharge. This limitation of the cathode cross section determines the optimal thermal mode of operation in the selected current range and excludes intense erosion of the cathode material. The use of such a non-consumable cathode can increase the resource of the electrode assembly of the furnace. With an increase in energy release in a localized discharge volume, it is also possible to expand the range of regulation of energy release in the melting zone.
В предпочтительном варианте исполнения стержневой катод выполняется цилиндрической формы, а его диаметр составляет от 3 до 8 мм. In a preferred embodiment, the rod cathode is cylindrical in shape and has a diameter of 3 to 8 mm.
Целесообразно, чтобы отношение длины части стержневого катода, расположенной в разрядном объеме, к его наибольшему диаметру составляло от 10 до 25. It is advisable that the ratio of the length of the portion of the rod cathode located in the discharge volume to its largest diameter be from 10 to 25.
В предпочтительном варианте исполнения электродного узла стержневой катод закрепляется в токовводе и устанавливается в отверстии электроизолирующей втулки. При этом элементы крепления стержневого катода располагаются в корпусе электродного узла, выполненном из электропроводящего материала. Корпус электродного узла изолируется от токоввода. In a preferred embodiment of the electrode assembly, the rod cathode is fixed in the current lead and installed in the hole of the electrical insulating sleeve. At the same time, the fastening elements of the rod cathode are located in the body of the electrode assembly made of electrically conductive material. The housing of the electrode assembly is isolated from the current lead.
Для того чтобы исключить возможность замыкания электрической дуги на корпус электродного узла, на его внешней поверхности может быть нанесено электроизолирующее покрытие. In order to exclude the possibility of shorting the electric arc on the body of the electrode assembly, an electrically insulating coating can be applied on its outer surface.
Такое электроизолирующее покрытие может быть создано, например, методом микродугового оксидирования. Such an electrically insulating coating can be created, for example, by microarc oxidation.
В частном случае реализации электроизолирующая втулка электродного узла может быть выполнена из корунда (Аl2О3).In the particular case of the implementation of the insulating sleeve of the electrode assembly can be made of corundum (Al 2 About 3 ).
Желательно также, с целью обеспечения заданного ресурса электродного узла, чтобы корпус электродного узла был выполнен из жаропрочной стали или из титанового сплава. It is also desirable, in order to ensure a given resource of the electrode assembly, so that the housing of the electrode assembly is made of heat-resistant steel or titanium alloy.
Изменение режимов работы печи и настройка заданных параметров плавки может быть обеспечена за счет того, что электродный узел со стержневым катодом и/или анод выполняются с возможностью регулируемого изменения межэлектродного расстояния. Changing the operating conditions of the furnace and setting the specified melting parameters can be achieved due to the fact that the electrode assembly with a rod cathode and / or anode are made with the possibility of a controlled change in the interelectrode distance.
Электродный узел со стержневым катодом может быть шарнирно закреплен в вакуумной камере с возможностью азимутального перемещения относительно образца расплавляемого металла или сплава. Такое выполнение позволяет изменять положение стрежневого катода относительно расплавляемых образцов как в процессе плавки, так и перед ее началом. The electrode assembly with a rod cathode can be pivotally mounted in a vacuum chamber with the possibility of azimuthal movement relative to the sample of the molten metal or alloy. This embodiment allows you to change the position of the rod cathode relative to the molten samples both during the melting process and before it begins.
Предпочтителен вариант исполнения электродуговой плавильной печи, включающей в свой состав автоматическую систему регулирования состава, расхода и давления газа в разрядном объеме. Такая система может включать в свой состав блок измерения и управления, который связан с системой откачки и напуска газа и с системой электропитания. The preferred embodiment of an electric arc melting furnace, which includes an automatic system for controlling the composition, flow rate and pressure of the gas in the discharge volume. Such a system may include a measurement and control unit, which is connected with a gas pumping and inlet system and with a power supply system.
Узлы и блоки системы автоматического регулирования, системы откачки и напуска газа и системы электропитания преимущественно устанавливаются в корпусе, на котором закреплена вакуумная камера. The nodes and blocks of the automatic control system, gas pumping and inlet systems and power supply systems are mainly installed in the housing on which the vacuum chamber is mounted.
Перечисленные выше технические результаты достигаются также при использовании электродного узла электродуговой печи, содержащего стержневой катод, выполненный из тугоплавкого материала, закрепленный в токовводе и установленный в отверстии электроизолирующей втулки, и корпус, в котором размещены элементы крепления стержневого катода. Согласно настоящему изобретению диаметр, по крайней мере, части стержневого катода, расположенной в разрядном объеме и удаленной от торца катода, контактирующего с дуговым разрядом, составляет не более 8 мм. The above technical results are also achieved by using the electrode assembly of an electric arc furnace containing a rod cathode made of a refractory material, mounted in a current lead and installed in the hole of the electrical insulating sleeve, and a housing in which the fastening elements of the rod cathode are placed. According to the present invention, the diameter of at least a portion of the rod cathode located in the discharge volume and remote from the end of the cathode in contact with the arc discharge is not more than 8 mm.
В предпочтительном варианте исполнения стержневой катод в целом выполняется цилиндрической формы, а его диаметр составляет от 3 до 8 мм. In a preferred embodiment, the rod cathode is generally cylindrical in shape and has a diameter of 3 to 8 mm.
Целесообразно, чтобы отношение длины части стержневого катода, расположенной в разрядном объеме, к его наибольшему диаметру находилось в диапазоне от 10 до 25. It is advisable that the ratio of the length of the portion of the rod cathode located in the discharge volume to its largest diameter be in the range from 10 to 25.
Токоввод электродного узла предпочтительно выполняется в виде цангового зажима и включает в свой состав втулку конической формы, в осевом отверстии которой установлен стержневой катод, токоподводящий элемент с осевым коническим отверстием и накидную гайку. The current lead of the electrode assembly is preferably made in the form of a collet clamp and includes a conical sleeve in the axial hole of which a rod cathode is installed, a current supply element with an axial conical hole and a union nut.
Корпус электродного узла в предпочтительном варианте исполнения выполняется из электропроводящего материала и электроизолируется от токоввода. Данное конструктивное исполнение электродного узла исключает дугообразование между корпусом электродного узла и электродами. The housing of the electrode assembly in a preferred embodiment is made of electrically conductive material and is electrically insulated from the current lead. This design of the electrode assembly eliminates arcing between the housing of the electrode assembly and the electrodes.
Для повышения надежности работы электродного узла на внешней поверхности его корпуса может быть образовано электроизолирующее покрытие. Такое покрытие преимущественно создается методом микродугового оксидирования. To increase the reliability of the electrode assembly, an electrically insulating coating can be formed on the outer surface of its housing. Such a coating is predominantly created by microarc oxidation.
Корпус электродного узла предпочтительно выполняется из жаропрочной стали или из титанового сплава. Электроизолирующая втулка выполняется из корунда. The housing of the electrode assembly is preferably made of heat-resistant steel or titanium alloy. The insulating sleeve is made of corundum.
Достижение перечисленных выше технических результатов обеспечивается также при осуществлении способа электродуговой плавки металлов, который включает следующие операции: откачку вакуумной камеры, заполнение ее плазмообразующим газом до давления в диапазоне от 0,67•103 до 0,47•105 Па, установление заданного межэлектродного расстояния, зажигание дугового разряда между торцевой частью нерасходуемого стержневого катода, выполненного из тугоплавкого материала, и образцом металла или сплава, который помещен в охлаждаемый кристаллизатор, служащий анодом. После этого осуществляется плавка под действием энерговыделения локализованного дугового разряда низкого давления. Согласно настоящему изобретению плавку осуществляют при величине тока дугового разряда в диапазоне от 50 до 1000 А. При этом для зажигания и поддержания дугового разряда используют стержневой катод, по крайней мере, часть которого, расположенная в разрядном объеме и удаленная от торца катода, контактирующего с дуговым разрядом, имеет диаметр не более 8 мм.The achievement of the above technical results is also ensured by the implementation of the method of electric arc melting of metals, which includes the following operations: pumping the vacuum chamber, filling it with a plasma gas to a pressure in the range from 0.67 • 10 3 to 0.47 • 10 5 Pa, establishing the specified interelectrode distance, ignition of an arc discharge between the end part of a non-consumable rod cathode made of refractory material and a sample of metal or alloy, which is placed in a cooled mold, zhaschy anode. After this, melting is carried out under the action of energy release of a localized low-pressure arc discharge. According to the present invention, melting is carried out at an arc discharge current in the range from 50 to 1000 A. In this case, a rod cathode is used to ignite and maintain the arc discharge, at least part of which is located in the discharge volume and remote from the end of the cathode in contact with the arc discharge, has a diameter of not more than 8 mm.
Для осуществления процесса электродуговой плавки преимущественно используют стержневой электрод цилиндрической формы, диаметр которого составляет от 3 до 8 мм. To carry out the process of electric arc melting, a rod-shaped electrode of a cylindrical shape, the diameter of which is from 3 to 8 mm, is mainly used.
Межэлектродное расстояние при различных режимах плавки целесообразно устанавливать в диапазоне от 1 до 50 мм. It is advisable to set the interelectrode distance at various melting modes in the range from 1 to 50 mm.
Для зажигания разряда между торцевой частью стержневого катода и образцом металла или сплава может использоваться система зажигания с высоковольтным осциллятором. Система зажигания может использоваться для этой цели в различных вариантах исполнения. Высоковольтный осциллятор может быть включен последовательно или параллельно в разрядную цепь электропитания. An ignition system with a high voltage oscillator can be used to ignite a discharge between the end part of the rod cathode and a sample of metal or alloy. The ignition system can be used for this purpose in various versions. The high-voltage oscillator can be connected in series or in parallel to the discharge circuit of the power supply.
Для интенсификации процесса плавки во всем объеме расплавляемого образца преимущественно производится электромагнитное перемешивание металла или сплава с помощью магнитного поля, изменяющегося по заданному закону. Магнитное поле генерируют с помощью соленоида. Такой соленоид устанавливают с внешней стороны кристаллизатора и подключают либо к автономному регулируемому источнику электропитания, либо включают его параллельно или последовательно в цепь электропитания дугового разряда. To intensify the melting process in the entire volume of the molten sample, electromagnetic stirring of the metal or alloy is predominantly carried out using a magnetic field that varies according to a given law. A magnetic field is generated using a solenoid. Such a solenoid is mounted on the outside of the mold and is connected either to an autonomous regulated power supply, or it is connected in parallel or in series to the arc discharge power supply circuit.
В процессе плавки целесообразно осуществлять контролируемое регулирование состава, расхода и давления газа в разрядном объеме. Для этого необходимо автоматическое управление системой откачки и напуска газа. Применение системы автоматического регулирования позволит без участия оператора поддерживать заданное давление газа в разрядном объеме, производить откачку газовых примесей, образующихся в процессе плавки, устанавливать выбранный состав газовой атмосферы в разрядном объеме, а также осуществлять процесс плавки с протоком газа при заранее выбранных параметрах. In the melting process, it is advisable to carry out controlled regulation of the composition, flow rate and pressure of the gas in the discharge volume. For this, automatic control of the gas pumping and gas inlet system is necessary. The use of an automatic control system will allow, without operator intervention, maintaining a given gas pressure in the discharge volume, pumping out the gas impurities generated during the smelting process, establishing the selected composition of the gas atmosphere in the discharge volume, as well as carrying out the melting process with a gas flow at predetermined parameters.
Изобретения, сущность которых кратко раскрыта выше, основываются на полученных экспериментальных данных. В результате проведенных исследований было установлено, что режим устойчивой работы стержневых нерасходуемых катодов в условиях диффузной привязки катодного пятна при токах дугового разряда от 50 до 1000 А обеспечивается при определенных размерах поперечного сечения хвостовой части катодов. Устойчивая работа стержневых катодов, выполненных из тугоплавких материалов, в режиме термоэмиссии наблюдается в том случае, если диаметр поперечного сечения хвостовой части катода не превышает 8 мм. Для таких стержневых катодов не требуется принудительное водяное охлаждение. При заданных размерах поперечного сечения катода реализуется такой тепловой режим, при котором преимущественно происходит термоэмиссионное охлаждение электрода и стабильно обеспечивается диффузная привязка дуги на его рабочей поверхности. В этом случае плазмообразующая среда и расплавляемый материал не загрязняются продуктами эрозии катода, работающего в режиме термоэмиссии. Inventions, the essence of which is briefly disclosed above, are based on the obtained experimental data. As a result of the studies, it was found that the regime of stable operation of rod non-consumable cathodes in the conditions of diffuse binding of the cathode spot at arc discharge currents from 50 to 1000 A is provided for certain sizes of the cross section of the cathode tail. Stable operation of rod cathodes made of refractory materials in thermal emission mode is observed if the cross-sectional diameter of the tail of the cathode does not exceed 8 mm. For such rod cathodes, forced water cooling is not required. At given cross-sectional dimensions of the cathode, a thermal regime is implemented in which thermionic cooling of the electrode occurs predominantly and diffuse arc bonding is stably ensured on its working surface. In this case, the plasma-forming medium and the molten material are not contaminated by the erosion products of the cathode operating in the thermal emission mode.
Далее изобретения поясняются описанием конкретных примеров реализации и прилагаемыми чертежами, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 схематично изображен вид электродуговой печи, выполненной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 изображена конструкция электродного узла, входящего в состав электродуговой печи;
на фиг.3 изображена схема электропитания электродуговой печи.Further, the invention is illustrated by a description of specific examples of implementation and the accompanying drawings, which depict the following:
in FIG. 1 is a schematic view of an electric arc furnace made in accordance with the present invention;
in FIG. 2 shows the design of the electrode assembly included in the electric arc furnace;
figure 3 shows the power supply circuit of an electric arc furnace.
Электродуговая печь, изображенная на фиг.1, состоит из вакуумной камеры 1, в которой установлен электродный узел 2 с возможностью осевого перемещения для изменения межэлектродного расстояния. При этом электродный узел 2 шарнирно закреплен в вакуумной камере 1 с возможностью азимутального перемещения относительно образца расплавляемого металла или сплава, помещенного в кристаллизатор 3, который служит анодом. Перемещение электродного узла 2 в заданных направлениях производится с помощью ручного приспособления 4, герметично установленного на корпусе вакуумной камеры 1. The electric arc furnace shown in Fig. 1 consists of a
Кристаллизатор 3 снабжен системой 5 принудительного водяного охлаждения. С внешней стороны кристаллизатора 3 установлен соленоид 6 системы электромагнитного перемешивания металла. В вакуумной камере 1 выполнено оптически прозрачное окно 7 для осуществления визуального наблюдения за процессом плавки. The
В электродном узле 2 установлен нерасходуемый стержневой катод 8, образующий вместе с анодом (кристаллизатором 3) разрядный объем плавильной камеры. Стержневой катод 8 выполнен цилиндрической формы, а его диаметр (в том числе и его части, расположенной в разрядном объеме и удаленной от торца катода, контактирующего с дуговым разрядом) составляет 6 мм. Отношение длины части стержневого катода 8, расположенной в разрядном объеме, к его наибольшему диаметру равно 15, при этом длина этой части катода 8 соответственно составляет 90 мм. A
В состав электродуговой плавильной печи входит автоматическая система регулирования состава, расхода и давления газа в разрядном объеме. Автоматическая система содержит пульт управления (на чертеже не показан) и блок 9 измерения и управления, связанный с системой 10 откачки и напуска газа, а также с системой 11 электропитания. Узлы и блоки системы автоматического регулирования, системы откачки и напуска газа и системы электропитания установлены в корпусе, на котором с помощью рамы 12 закреплена вакуумная камера 1. The composition of the electric arc melting furnace includes an automatic system for regulating the composition, flow rate and pressure of the gas in the discharge volume. The automatic system includes a control panel (not shown) and a measurement and control unit 9 associated with the gas pumping and inlet system 10, as well as with the power supply system 11. The nodes and blocks of the automatic control system, gas pumping and air inlet systems and power supply systems are installed in the housing on which the
В состав электродного узла 2 входит стержневой катод 8, выполненный из тугоплавкого материала. Катод 8 закреплен в токовводе и установлен в отверстии электроизолирующей втулки 13 (см. фиг.2). Элементы крепления стержневого катода 8 расположены в корпусе 14. Токоввод включает в свой состав втулку 15 конической формы, в осевом отверстии которой установлен стержневой катод 8, токоподводящий элемент 16 с осевым коническим отверстием, и накидную гайку 17. Указанные части токоввода в целом образуют цанговый зажим. The composition of the electrode assembly 2 includes a
Корпус 14 может быть выполнен из электропроводящего материала (см. фиг. 2). В этом случае он обязательно электроизолируется от токоввода. На внешнюю поверхность корпуса 14, изготовленного из жаропрочной нержавеющей стали или из титанового сплава, наносится электроизолирующее покрытие. В данном примере конструкции электродного узла электроизолирующая втулка 13 выполнена из термостойкой керамики. The
Корпус 14 устанавливается на токовводе 16 с помощью накидной гайки 18 и изолируется от него посредством диэлектрической втулки 19, выполненной из корунда. Электродный узел в собранном состоянии должен обладать минимальными потерями электроэнергии на контактных сопротивлениях между катодом 8, цанговым зажимом и токовводом 16. Кроме того, должна быть обеспечена полная гальваническая развязка катода 8 и электропроводящего корпуса 14. При невысоких токовых нагрузках (до 300 А) может применяться корпус 14, выполненный из алюминиевого сплава с электроизолирующим жаропрочным покрытием, получаемым методом микродугового оксидирования. The
Разрядная цепь системы электропитания электродуговой печи с нерасходуемым электродом включает в себя следующие элементы (см. фиг.3). The discharge circuit of the power supply system of the electric arc furnace with a non-consumable electrode includes the following elements (see figure 3).
Расположенные в вакуумной камере 1 стержневой катод 8 и кристаллизатор 3, служащий анодом, подключены к разноименным полюсам источника электропитания дуги 20. Соленоид 6, служащий для управляемого перемешивания металла, последовательно включен в электрическую цепь между источником электропитания 20 и кристаллизатором 3. С помощью электронного блока управления 21 производится управление количеством витков соленоида 6, включенных в разрядную цепь электропитания. The
Кроме того, в разрядную цепь электропитания включена система 22 зажигания дугового разряда. Одна обмотка трансформатора 23 системы 22 включена последовательно в разрядную цепь между стержневым катодом 8 и источником электропитания 20. Другая обмотка трансформатора 23 подключена к импульсному источнику напряжения 24. Указанные элементы образуют высоковольтный осциллятор, последовательно включенный в разрядную цепь электропитания. Для защиты источника электропитания дуги 20 от высоковольтных импульсов напряжения, генерируемых осциллятором, параллельно ему подключена батарея защитных конденсаторов 25. In addition, an arc
Способ работы электродуговой печи с нерасходуемым катодом и соответственно способ работы входящего в состав печи электродного узла осуществляются следующим образом. The method of operation of an electric arc furnace with a non-consumable cathode and, accordingly, the method of operation of the electrode assembly included in the furnace are as follows.
Выбранный образец (или образцы) расплавляемого металла или сплава помещается в кристаллизатор 3 (тигель). Кристаллизатор 3 в данном примере реализации изобретений имеет простую стаканообразную форму, при этом в него помещается или насыпается образец металла или сплава соответственно либо в виде монолитной заготовки, либо в виде порошка. В случае необходимости проведения процесса плавки нескольких образцов металлов и сплавов используется кристаллизатор, в днище которого выполнено соответствующее количество технологических лунок для размещения расплавляемых образцов. Вакуумная камера 1 откачивается до заданного уровня остаточного давления (0,1÷0,01 Па). The selected sample (or samples) of the molten metal or alloy is placed in the mold 3 (crucible). The
Затем оператор устанавливает на пульте автоматической системы управления необходимое рабочее давление в вакуумной камере 1 (в диапазоне от 0,67•103 до 0,47•105 Па) и при необходимости расход газа (при выбранном составе газовой среды). В процессе плавки указанные параметры поддерживаются с помощью системы 10 откачки и напуска газа. Электрические параметры для процесса электродуговой плавки поддерживаются с помощью системы 11 электропитания. С помощью ручного приспособления 4 устанавливается заданное межэлектродное расстояние и угловое (азимутальное) положение электродного узла 2 относительно кристаллизатора 3 и соответственно относительно образца металла. Величина межэлектродного зазора выбирается достаточной для эффективного пробоя с помощью высоковольтного осциллятора. Кроме того, в процессе работы электродуговой печи с помощью приспособления 4 может осуществляться вертикальное и азимутальное перемещение стержневого катода 8 и электродного узла 2 в целом. Между разрядными электродами прикладывается напряжение холостого хода от источника электропитания 20, которое контролируется с помощью блока 9 измерения и управления.Then the operator sets on the remote control of the automatic control system the necessary working pressure in the vacuum chamber 1 (in the range from 0.67 • 10 3 to 0.47 • 10 5 Pa) and, if necessary, the gas flow rate (with the selected composition of the gas medium). In the smelting process, these parameters are supported by the system 10 pumping and admission of gas. The electrical parameters for the electric arc melting process are supported by the power supply system 11. Using the manual device 4, a predetermined interelectrode distance and the angular (azimuthal) position of the electrode assembly 2 relative to the
После подготовки печи к работе с блока 9 измерения и управления подается сигнал на импульсный источник напряжения 24 системы 22 зажигания разряда. Источник напряжения 24 генерирует высоковольтный импульс в обмотке трансформатора 23, служащей частью высоковольтного осциллятора. В результате этого в разрядной цепи возбуждаются высокочастотные импульсы напряжения, что приводит к электрическому пробою межэлектродного промежутка и поджигу основного дугового разряда, питание которого осуществляется от источника 20. В процессе поджига дугового разряда защита основного источника 20 электропитания разряда осуществляется с помощью батареи защитных конденсаторов 25, которая включается параллельно в разрядную цепь между вторичной обмоткой трансформатора 23 и полюсами источника 20. Зажигание разряда может производиться также и касанием катодом 8 поверхности анода (кристаллизатора 3). After preparing the furnace for operation from the measuring and control unit 9, a signal is supplied to the
После зажигания устойчивого дугового разряда между катодом 8 и анодом (кристаллизатором 3) оператором устанавливаются требуемые для осуществления конкретного технологического процесса плавки зазор между катодом образцом металла, токовый режим и контролируемая газовая среда. After ignition of a stable arc discharge between the
Для получения однородных по объему слитков и интенсификации процесса плавки используется система электромагнитного перемешивания жидкого расплава. С помощью соленоида 6 генерируется магнитное поле преимущественно с осевым направлением вектора индукции поля. При взаимодействии внешнего магнитного поля, изменяющегося по заданному в соответствии с конкретным технологическим процессом закону, с током разряда, протекающим через расплав металла, происходит вращательное движение жидкого металла под действием пондеромоторных сил. Витки соленоида 6 в представленном примере реализации изобретений включены последовательно в разрядную цепь электропитания. За счет этого питание соленоида 6 осуществляется от основного источника электропитания 20. С помощью электронного блока управления 21 производится управление количеством рабочих витков соленоида 6, включенных в разрядную цепь электропитания, и, следовательно, величиной генерируемого магнитного поля. В режимах плавки без электромагнитного перемешивания витки соленоида 6 шунтируются электронным блоком управления 21. A system of electromagnetic mixing of a liquid melt is used to obtain ingots uniform in volume and to intensify the smelting process. Using a
В этом случае соленоид 6 обесточивается и находится в пассивном состоянии. Наряду с приведенным примером электропитания соленоида 6 могут использоваться и другие схемы электропитания: соленоид 6 может быть включен параллельно в разрядную цепь или подключен к автономному регулируемому источнику электропитания. Для управления процессом электромагнитного перемешивания могут использоваться различные схемы электронного блока управления 21, например на управляемых тиристорах. In this case, the
В диапазоне давлений рабочей газовой среды от 0,6•103 до 0,47•105 Па реализуется дуговой разряд со сферообразным плазменным объемом, локализованным в катодной зоне разрядного промежутка, и диффузной привязкой дуги к катоду. Такое образование обладает высокой удельной энергией (~102÷104 Вт•см-3) и легко поддается регулированию за счет изменения давления рабочей среды и тока дугового разряда. При фиксации рабочих параметров на заданном уровне можно плавно регулировать проплавляющую способность дугового разряда путем введения и выведения катодной зоны разряда из расплавляемого металла. Такое регулирование может осуществляться посредством вертикального перемещения катода относительно анода (кристаллизатора 3) с помощью ручного приспособления 4. Это позволяет расширить технологические возможности электродуговой печи: при больших межэлектродных зазорах (30÷50 мм) можно проводить спекание и предварительное оплавление легких мелкодисперсных порошков, а при малых зазорах (1÷10 мм) - плавить тугоплавкие металлы и сплавы. Следовательно, при использовании стандартного оборудования для электродуговой плавки появляется возможность значительно расширить спектр расплавляемых металлов и сплавов.In the range of pressures of the working gas medium from 0.6 • 10 3 to 0.47 • 10 5 Pa, an arc discharge is realized with a sphere-shaped plasma volume localized in the cathode region of the discharge gap and diffuse binding of the arc to the cathode. Such a formation has a high specific energy (~ 10 2 ÷ 10 4 W • cm -3 ) and can be easily controlled by changing the pressure of the working medium and the current of the arc discharge. When fixing the operating parameters at a given level, it is possible to smoothly control the melting ability of the arc discharge by introducing and removing the cathode zone of the discharge from the molten metal. Such regulation can be carried out by vertical movement of the cathode relative to the anode (crystallizer 3) using a manual tool 4. This allows you to expand the technological capabilities of the electric arc furnace: with large interelectrode gaps (30 ÷ 50 mm), sintering and preliminary melting of light fine powders can be carried out, and small gaps (1 ÷ 10 mm) - to melt refractory metals and alloys. Therefore, when using standard equipment for electric arc melting, it becomes possible to significantly expand the range of molten metals and alloys.
Стабильное осуществление указанных технологических процессов плавки проводится при диффузной привязке дуги к поверхности стержневого катода 8 и исключении возможного контрагирования дугового разряда. Это обеспечивается путем поддержания заданного теплового режима стержневого катода, при котором происходит преимущественно термоэмиссионное охлаждение катода без использования средств принудительного охлаждения (процесс термоэмиссионного охлаждения катода подробно описан в патенте РФ 2024104). Для стабильного подержания этого процесса требуется определенный тепловой режим катода, который зависит от условий теплоотвода от его рабочей торцевой поверхности посредством теплопроводности в катододержатель. Stable implementation of the indicated technological processes of melting is carried out with diffuse binding of the arc to the surface of the
Как было установлено в результате проведения ряда экспериментов с использованием различных тугоплавких материалов, применяемых для изготовления нерасходуемых катодов, требуемый для осуществления термоэмиссионного охлаждения катода температурный режим при токовых нагрузках от 50 до 1000 А обеспечивается в том случае, если диаметр поперечного сечения стержневого катода не превосходит 8 мм. При этом не требуется, чтобы стержневой катод 8 на всей своей длине имел такое ограничение поперечного сечения. Для этого необходимо ограничить поперечное сечение лишь части стержневого катода, расположенной в разрядном объеме и удаленной от торца катода, контактирующего с дуговым разрядом. Таким образом, достаточно выполнить проточку в той части стержневого катода, которая удалена от его торца, контактирующего с дуговым разрядом, чтобы диаметр катода в этой части не превышал 8 мм. В рассматриваемом примере реализации изобретений используется стержневой катод цилиндрической формы, диаметр которого составляет 6 мм. При выбранных размерах стержневого катода 8 обеспечивается локализация энерговыделения дугового разряда в малом объеме и устойчивое поддержание режима горения разряда с диффузной привязкой дуги на катоде при увеличении разрядного тока до 1000 А. В целом это позволило увеличить и стабилизировать во времени плотность энерговыделения в зоне локализации дугового разряда. Таким образом, появилась возможность регулировать тепловой поток на поверхности и в толще расплавляемого образца путем изменения межэлектродного промежутка и/или изменения величины разрядного тока в широком диапазоне (от 50 до 1000 А). As was established as a result of a series of experiments using various refractory materials used for the manufacture of non-consumable cathodes, the temperature regime required for thermionic cooling of the cathode at current loads from 50 to 1000 A is ensured if the cross-sectional diameter of the rod cathode does not exceed 8 mm It is not required that the
Контролирование процесса плавки может осуществляться с помощью различных средств измерения, передающих информацию о давлении, составе и расходе плазмообразующего газа, а также о других рабочих параметрах (например, о токе дуги и температуре расплава) на блок 9 измерения и управления, с помощью которого осуществляется автоматическое регулирование параметров электродуговой плавки. Диагностика плазмы разряда и теплового состояния расплава и катода 8 осуществляется с использованием оптических средств контроля через оптически прозрачное окно 7, выполненное в вакуумной камере 1. После окончания плавки металла расплавленный образец охлаждается с помощью системы 5 принудительного водяного охлаждения и готовый слиток извлекается из вакуумной камеры. Monitoring the melting process can be carried out using various measuring instruments that transmit information about the pressure, composition and flow rate of the plasma-forming gas, as well as other operating parameters (for example, arc current and melt temperature) to the measuring and control unit 9, which automatically regulation of the parameters of electric arc melting. The plasma of the discharge and the thermal state of the melt and
Данные, полученные в результате проведенных экспериментальных плавок с помощью электродуговой печи с нерасходуемым катодом, в которой реализованы изобретения, подтверждают возможность существенного повышения энергетической эффективности электродуговой плавки металлов и повышения температуры расплава. При этом за счет стабилизации режима работы катода увеличивается ресурс катодного узла и печи в целом. Кроме того, расширяется диапазон регулируемого изменения энерговыделения в зоне плавки. The data obtained as a result of experimental melting using an electric arc furnace with a non-consumable cathode, in which the inventions are implemented, confirm the possibility of a significant increase in the energy efficiency of electric arc melting of metals and an increase in the temperature of the melt. Moreover, due to stabilization of the cathode operation mode, the resource of the cathode assembly and the furnace as a whole increases. In addition, the range of controlled changes in energy release in the melting zone is expanding.
Описанные выше изобретения могут использоваться при разработке конструкции электродуговых печей и методов электродуговой плавки металлов и сплавов, которые применяются для экспериментальной плавки металлов с особыми свойствами и для их промышленного производства. В частности, изобретения могут найти применение при изготовлении ювелирных изделий и стоматологических принадлежностей. Кроме того, изобретения могут широко применяться в машиностроении, приборостроении, в медицинской и авиационной и космической технике. The inventions described above can be used to develop the design of electric arc furnaces and methods for electric arc melting of metals and alloys, which are used for experimental melting of metals with special properties and for their industrial production. In particular, inventions may find application in the manufacture of jewelry and dental supplies. In addition, the invention can be widely applied in mechanical engineering, instrumentation, in medical and aviation and space technology.
Claims (30)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000129571/02A RU2184160C1 (en) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000129571/02A RU2184160C1 (en) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2184160C1 true RU2184160C1 (en) | 2002-06-27 |
Family
ID=20242581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000129571/02A RU2184160C1 (en) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2184160C1 (en) |
-
2000
- 2000-11-28 RU RU2000129571/02A patent/RU2184160C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3324334A (en) | Induction plasma torch with means for recirculating the plasma | |
| US3130292A (en) | Arc torch apparatus for use in metal melting furnaces | |
| US2951143A (en) | Arc torch | |
| EP0616753B1 (en) | Plasma torch device, for example for chemical processes | |
| US20080298425A1 (en) | Method and apparatus for melting metals using both alternating current and direct current | |
| US3680163A (en) | Non-consumable electrode vacuum arc furnaces for steel, zirconium, titanium and other metals and processes for working said metals | |
| US4122292A (en) | Electric arc heating vacuum apparatus | |
| US3127536A (en) | Magnetically-stabilized low pressure arc apparatus and method of operation | |
| RU2337061C1 (en) | Method of carbon nanotube production and device for its implementation | |
| RU2184160C1 (en) | Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process | |
| US3723630A (en) | Method for the plasma-ac remelting of a consumable metal bar in a controlled atmosphere | |
| US3811029A (en) | Plasmatrons of steel-melting plasmaarc furnaces | |
| RU2682553C1 (en) | Electrode for arc melting of metals | |
| RU2406276C1 (en) | Method and device for obtaining compact ingots from powder materials | |
| US3617596A (en) | Nonconsumable electrode vacuum arc furnace for steel, zirconium, titanium and other metals | |
| Marotta | Zirconium cathode erosion rate in a vortex-stabilized air plasma torch | |
| US3391238A (en) | Preparation for smelting of metals and compounds with high melting points | |
| GB2484209A (en) | Plasma Furnace | |
| Anikeev et al. | Electric arc vacuum technologies and the related equipment | |
| US10948234B1 (en) | System and method for heating materials | |
| US4227031A (en) | Nonconsumable electrode for melting metals and alloys | |
| WO2021145398A1 (en) | Metal purifying method and metal purifying apparatus | |
| US20030233847A1 (en) | Manufacture of elongated fused quartz member | |
| RU2648615C1 (en) | Method of plasmochemical metal refining in vacuum and plasmotron for its implementation | |
| JP7212664B2 (en) | Metal refining method and metal refining apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051129 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071129 |