RU2194934C1 - Плавильный водоохлаждаемый тигель - Google Patents
Плавильный водоохлаждаемый тигель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194934C1 RU2194934C1 RU2001120114A RU2001120114A RU2194934C1 RU 2194934 C1 RU2194934 C1 RU 2194934C1 RU 2001120114 A RU2001120114 A RU 2001120114A RU 2001120114 A RU2001120114 A RU 2001120114A RU 2194934 C1 RU2194934 C1 RU 2194934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- water
- cooled
- copper
- aluminum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к плавильному оборудованию, а именно к конструктивным элементам вакуумно-дуговых гарнисажных печей, а также плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей с холодным подом. В предлагаемом тигле, состоящем из упруго соединенных между собой биметаллических плит, биметаллические плиты получены путем соединения медного и алюминиевого металлических слоев, а водоохлаждаемые каналы выполнены в алюминиевом слое. Изобретение позволяет изготавливать гарнисажные водоохлаждаемые тигли с рабочей площадью пода 4 м2 и более, снижать массу тигля и затрат на изготовление тигля. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к плавильному оборудованию, а именно к конструктивным элементам вакуумно-дуговых гарнисажных печей, а также плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей с холодным подом.
Известен плавильный водоохлаждаемый тигель, содержащий металлический корпус с герметичными внутренними каналами охлаждения, корпус выполнен из биметаллических плит, полученных путем сварки взрывом медного слоя со слоем нержавеющей стали толщиной 10 мм. В полученной таким образом плите посредством направленного перемещения специальной фрезы формируются каналы охлаждения в медном слое. После формирования канала, в него вставляется компенсатор и приваривается к стальному слою (патент РФ 2166714) - прототип.
В указанной конструкции регулировка тепловых процессов в тигле осуществляется в медном слое плиты за счет организации в ней герметичных водоохлаждаемых каналов, а стальной наружный слой применяется в конструкционных и технологических целях. Главным фактором, определяющим работоспособность тигля, является допустимая величина градиентов температур, которые в значительной мере определяются толщиной рабочей водохлаждаемой оболочки. При данной конструкции системы водоохлаждаемых каналов, при плавке титана, по расчетным и экспериментальным данным толщина медного слоя плиты не может быть менее 190-200 мм. Это в свою очередь накладывает ограничения на максимальные размеры заготовки медной плиты, т.к. при существующих технологических процессах получение слитка меди с массой более 10 т становится экономически неоправданным. При данном ограничении, а также с учетом припусков на мех. обработку биметаллических плит максимальная возможная рабочая площадь пода тигля не превышает 4 м2. Последнее обстоятельство не позволяет реализовать вариант конструкции тигля, имеющего размеры пода более указанной величины.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение технологии изготовления гарнисажных водоохлаждаемых тиглей с рабочей площадью пода 4 м2 и более, снижение массы тигля, снижение затрат на изготовление тигля, повышение технологичности конструкции тигля.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом плавильном водоохлаждаемом тигле, состоящем из упруго соединенных между собой биметаллических плит, содержащих внутренние герметические водоохлаждаемые каналы и компенсаторы, жестко присоединенные к наружной поверхности тигля, биметаллические плиты получены путем соединения медного и алюминиевого металлических слоев, а водоохлаждаемые каналы выполнены в алюминиевом слое.
Изобретение поясняется чертежом, где показано поперечное сечение плиты тигля с каналом системы охлаждения. Биметаллическая плита состоит из медного слоя 1 и алюминиевого слоя 2, в алюминиевом слое выполнены герметичные каналы 3, в которых установлены на сварке компенсаторы 4.
В предлагаемом варианте конструкции соединение между собой алюминиевого и медного слоя плиты выполнено посредством сварки взрывом. При этом технологический процесс сварки накладывает ограничения на толщину медного слоя. Чем меньше толщина, тем проще осуществить сварное соединение и, как следствие, меньше стоимость биметаллической плиты. Вместе с тем, поверхность медного слоя плиты подвергается воздействию теплового потока от гарнисажа, на этой поверхности имеют место максимальные температуры и максимальные градиенты температур. Из-за различной теплопроводности алюминия и меди возможна ситуация, при которой произойдет прогрев медного слоя плиты по всей толщине, а на поверхности сварного соединения появятся резкие градиенты температур.
Теплофизические свойства алюминия и меди заметно отличаются друг от друга. Кроме того, для обоих материалов анализируемые свойства зависят от температуры. Материалы имеют различную температуру плавления, для меди Тпл= 1083oС, для алюминия Тпл=660oС. В таблице приведены теплофизические свойства меди и алюминия для различных температур.
Табличные данные свидетельствуют о том, что для меди теплоемкость и теплопроводность уменьшается с увеличением температуры, а для алюминия напротив, обе рассматриваемые величины возрастают. Плотность меди и алюминия во всем приведенном интервале температур можно считать постоянной.
Условиями нормальной работоспособности конструкции тигля следует считать:
- нагрев меди не выше 350oС,
- нагрев алюминия не выше 200oС, т.к. при более высоких температурах резко изменяются его механические и прочностные свойства.
- нагрев меди не выше 350oС,
- нагрев алюминия не выше 200oС, т.к. при более высоких температурах резко изменяются его механические и прочностные свойства.
Пример: Плавка в вакуумно-дуговой гарнисажной печи титанового сплава ВТ6. На основе имеющейся экспериментальной информации была определена величина максимального возможного теплового потока, его величина составила 110 кВт/м2 oC. На основе расчетных данных, позволяющих осуществить процесс сварки, полагалось, что толщина медного слоя равна 35 мм. Толщина биметаллической плиты - 200 мм, следовательно толщина алюминиевого слоя равняется 165 мм. Схема охлаждения последовательная. При расчете использован численный метод конечных элементов.
Теплофизические свойства материалов в зависимости от температуры, приведенные в таблице, задавались непосредственно в качестве исходных данных в интервале температур между заданными экспериментальными значениями. Теплоемкость и теплопроводность материалов определялась путем линейной интерполяции. Относительная погрешность решения задачи равнялась 0,001.
Максимальная величина температуры на границе гарнисажа и медного слоя составляет 334,67oС и наблюдается в областях, примыкающих к границе плиты и наиболее удаленных от каналов охлаждения. На границе Cu-Al максимальное значение температуры составляет 195oС и не превышает температуру 200oС.
Величина деформации в каждой точке отдельной плиты зависит от градиента температур, коэффициента линейной деформации, модуля упругости материала. Для уменьшения напряжений в элементах конструкции тигля целесообразно снизить величину градиента температур. Особый интерес представляет граница двух металлов, поскольку они обладают различными теплофизическими характеристиками, такими как теплопроводность, коэффициент линейного расширения и теплоемкость. Наличие большого градиента температур приведет к возникновению больших изгибающих напряжений в двух взаимно перпендикулярных направлениях, их величина равна:
σ = EαΔT,
где σ - эквивалентное напряжение;
Е - модуль продольной упругости;
α - коэффициент линейного расширения;
ΔТ - градиент температур.
σ = EαΔT,
где σ - эквивалентное напряжение;
Е - модуль продольной упругости;
α - коэффициент линейного расширения;
ΔТ - градиент температур.
На границе:
σCu = ECuαCuΔTCu;
σAl = EAlαAlΔTAl.
σCu = ECuαCuΔTCu;
σAl = EAlαAlΔTAl.
Для меди: ЕСu=110 ГПа;
αCu = 16•10-6 1/град.
αCu = 16•10-6 1/град.
Для алюминия: ЕАl=70 ГПа при температуре 20oС;
EAl=58 ГПа при температуре 200oС;
αAl = 24,5•10-6 1/град.
Прочностные расчеты свидетельствует о том, что эквивалентные напряжения в алюминиевом слое плиты, за исключением отдельных узких зон, примыкающих к границе, находятся в интервале от 0 до 262 МПа. Для алюминиевого сплава В-95 предел текучести составляет 280 МПа, следовательно он может быть использован в конструкции плиты. В медном слое плиты максимальное значение эквивалентных напряжений составляет 3,50 МПа и наблюдается в отдельных, сравнительно небольших угловых зонах, что также не превышает допустимых значений.
EAl=58 ГПа при температуре 200oС;
αAl = 24,5•10-6 1/град.
Прочностные расчеты свидетельствует о том, что эквивалентные напряжения в алюминиевом слое плиты, за исключением отдельных узких зон, примыкающих к границе, находятся в интервале от 0 до 262 МПа. Для алюминиевого сплава В-95 предел текучести составляет 280 МПа, следовательно он может быть использован в конструкции плиты. В медном слое плиты максимальное значение эквивалентных напряжений составляет 3,50 МПа и наблюдается в отдельных, сравнительно небольших угловых зонах, что также не превышает допустимых значений.
Достоверность данной методики расчетов подтверждается совпадением расчетных значений температур и экспериментальными измерениями температур в процессе плавки на эксплуатируемом в настоящее время тигле, изготовленном из биметаллической плиты, состоящей из медного слоя толщиной 190 мм и стального слоя - 10 мм.
Claims (1)
- Плавильный водоохлаждаемый тигель, состоящий из упругосоединенных между собой биметаллических плит, содержащих внутренние герметические водоохлаждаемые каналы и компенсаторы, жестко присоединенные к наружной поверхности тигля, отличающийся тем, что биметаллические плиты получены путем соединения медного и алюминиевого металлических слоев, а водоохлаждаемые каналы выполнены в алюминиевом слое.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120114A RU2194934C1 (ru) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | Плавильный водоохлаждаемый тигель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120114A RU2194934C1 (ru) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | Плавильный водоохлаждаемый тигель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2194934C1 true RU2194934C1 (ru) | 2002-12-20 |
Family
ID=20251849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001120114A RU2194934C1 (ru) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | Плавильный водоохлаждаемый тигель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2194934C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103712442A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-04-09 | 邵宏 | 节能型真空双腔保温炉 |
-
2001
- 2001-07-18 RU RU2001120114A patent/RU2194934C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АНДРЕЕВ В.Л. и др. Титановые сплавы, плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1994, с. 184, рис.67. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103712442A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-04-09 | 邵宏 | 节能型真空双腔保温炉 |
CN103712442B (zh) * | 2013-12-20 | 2015-06-10 | 邵宏 | 节能型真空双腔保温炉 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Satya Prasad et al. | Niobium and other high temperature refractory metals for aerospace applications | |
EP0741853B1 (en) | Internal refractory cooler | |
CN100408956C (zh) | 炉子 | |
KR101277112B1 (ko) | 냉각 요소 및 그의 제조 방법 | |
US4752218A (en) | Ceramic composite material and a lining for metallurgical smelting furnaces wherein a ceramic composite material is used | |
RU2194934C1 (ru) | Плавильный водоохлаждаемый тигель | |
US4554027A (en) | Shaped part made of a composite material and a process for its production | |
JP4478835B2 (ja) | 冷却エレメント | |
EP0638530A1 (en) | Method of bonding graphite to metal | |
FI126540B (en) | Blast furnace for metallurgical processes | |
JPH05214518A (ja) | スパッタリングターゲットとバッキングプレートの接合体の矯正方法およびスパッタリングターゲット材 | |
JP2003039179A (ja) | 高温材料の複合部材の製造方法及び複合部材 | |
Rowe | The use of tantalum in the process industry | |
Shields Jr et al. | Molybdenum: Alloys and emerging applications | |
EP1064410B1 (en) | Wall structure for a metallurgical vessel and blast furnace provided with a wall structure of this nature | |
JP2517857B2 (ja) | オ―ステンパ―ドダクタイル鋳鉄の製造方法 | |
RU2358216C2 (ru) | Плавильный водоохлаждаемый тигель | |
CN100357455C (zh) | 冷却件以及制造冷却件的方法 | |
US5312697A (en) | Alloy overlay having thermal characteristics similar to those of a substrate | |
NO771583L (no) | Lysbueovn. | |
RU147455U1 (ru) | Плавильный водоохлаждаемый тигель | |
US5227120A (en) | Method for protecting austenitic stainless steels from solvent attack by molten magnesium by forming crucible and crucible | |
KR20050084441A (ko) | 냉각 요소, 특히 노용 냉각 요소 및 냉각 요소의 제조 방법 | |
MacRae | Designing Smelting Furnaces to Meet Process Requirements | |
JPS59107972A (ja) | 耐熱用セラミツク材料 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110719 |