RU2401872C2

RU2401872C2 - Device for metal melting with electron bunch and procedure implementing this device for fabrication of ingot out of metal with high temperature of melting

Info

Publication number: RU2401872C2
Application number: RU2007132183/02A
Authority: RU
Inventors: Такеси СИРАКИ (JP); Такеси СИРАКИ; Есихиро ХАТТА (JP); Есихиро ХАТТА; Норио ЯМАМОТО (JP); Норио ЯМАМОТО
Original assignee: Тохо Титаниум Ко., Лтд.
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2010-10-20
Also published as: CN102175077A; EP1845325A1; WO2006080269A1; EP1845325A4; RU2007132183A; DE602006016070D1; CN102175077B; EP1845325B1

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: furnace consists of mechanism for raw material supply, of melting device connected to mechanism of supply and limited with wall and furnace roof and containing at least sole, of water-cooled crystalliser, of electron gun and of device for fume extraction coupled with melting device. On at least one element out of a row including the wall and the roof the furnace has lining out of titanium or stainless steel, and additionally there is multitude of laminar elements made out of titanium or stainless steel arranged on the roof. According to another version on internal surface of the furnace there is installed removable lining consisting of roof lining made out of metal, side wall lining and bottom lining made out of metal or resin. Each kind of lining can be removed from the furnace separately.

EFFECT: invention prevents intrusion of new contaminants into ingot and reduces probability of penetration of once evaporated impurities from bath of melt metal onto sole or into crystalliser; also invention raises operating factor of furnace.

23 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к устройству и способу плавки и изготовления слитка тугоплавкого металла, такого как титан, и, в частности, относится к технологии электронно-лучевой плавки, при которой в слитке уменьшается количество источников загрязнения, таких как ВНП (включения низкой плотности), и коэффициент готовности печи эффективно повышается.The present invention relates to a device and method for melting and manufacturing an ingot of a refractory metal, such as titanium, and, in particular, relates to electron beam melting technology, in which the amount of pollution sources such as GNP (low density inclusions) is reduced in the ingot, and the furnace availability factor is effectively increased.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Металлический титан широко используется в авиации для изготовления различных деталей. Металлический титан был разработан для широкого спектра применений и используется в области строительных материалов, дорожного строительства, спортивных товаров и т.п.Titanium metal is widely used in aviation for the manufacture of various parts. Titanium metal has been developed for a wide range of applications and is used in the field of building materials, road construction, sports goods, etc.

Обычно металлический титан получают путем изготовления титановой губки (процессом Кролля) (тетрахлорид титана восстанавливают металлическим магнием для получения титана), при этом дробят титановую губку, формируют брикеты прессованием измельченной титановой губки, формируют расходуемый электрод, объединяя множество брикетов, и плавят электрод из брикетов, обычно в вакуумной дуговой печи.Typically, titanium metal is obtained by manufacturing a titanium sponge (by the Kroll process) (titanium tetrachloride is reduced with magnesium metal to obtain titanium), while the titanium sponge is crushed, briquettes are formed by pressing a crushed titanium sponge, a consumable electrode is formed, combining many briquettes, and the electrode from the briquettes is melted, usually in a vacuum arc furnace.

Однако, чтобы удовлетворить недавно появившиеся требования к улучшению чистоты титановых слитков, во многих случаях вместо вакуумных дуговых печей стали применять электронно-лучевые печи, в которых титановую губку плавят пучком электронов, и расплавленный титан стекает в форму для получения слитка. В частности, среди электронно-лучевых печей часто используют подовые электронно-лучевые плавильные печи, благодаря их превосходной рафинирующей способности.However, in order to satisfy the recently emerging requirements for improving the purity of titanium ingots, in many cases instead of vacuum arc furnaces, electron beam furnaces have been used in which the titanium sponge is melted by an electron beam and molten titanium flows into the mold to produce an ingot. In particular, among electron beam furnaces, hearth electron beam melting furnaces are often used due to their excellent refining ability.

При использовании электронно-лучевой печи плавку титана и получение титанового слитка осуществляют в печи при разрежении 10^-3 - 10^-4 торр, что меньше разрежения в вакуумной дуговой печи на 1-2 порядка. Следовательно, можно обеспечить высокий уровень очистки. В результате можно получить высокочистый титан с чистотой 4N - 5N. Однако электронно-лучевые печи работают в условиях сильного разрежения, поэтому сам титан, а также примеси испаряются, что приводит к возникновению проблемы, поскольку титан и примеси конденсируются и осаждаются на стенке и своде электронно-лучевой печи, при этом титан и примеси могут вступать в реакцию с материалами стен и свода, образуя соединения.When using an electron beam furnace, titanium is melted and a titanium ingot is produced in a furnace at a pressure of 10 ^-3 - 10 ^-4 torr, which is 1-2 orders of magnitude less than the vacuum in a vacuum arc furnace. Therefore, a high level of purification can be achieved. As a result, high purity titanium with a purity of 4N - 5N can be obtained. However, electron-beam furnaces operate under conditions of strong rarefaction, therefore, titanium itself, as well as impurities, evaporate, which causes a problem, since titanium and impurities condense and settle on the wall and roof of the electron-beam furnace, while titanium and impurities can enter reaction with the materials of the walls and the arch, forming compounds.

Таким образом, количество примесей и соединений (далее именуемые "примеси и т.п."), образующихся на стенах и т.п., увеличивается пропорционально количеству плавок. В такой ситуации, если примеси и т.п., прикрепившиеся к стене печи, не контролировать, эти примеси и т.п. под воздействием собственного веса падают в нижнюю часть печи. Если примеси и т.п. попадут в расплавленный металл в форме или на поде, они вновь внедрятся в форму или под, что снизит качество слитка.Thus, the amount of impurities and compounds (hereinafter referred to as "impurities and the like") formed on the walls and the like increases in proportion to the number of heats. In such a situation, if impurities, etc., attached to the furnace wall are not controlled, these impurities, etc. under the influence of their own weight fall in the lower part of the furnace. If impurities, etc. will fall into the molten metal in the mold or on the hearth, they will again be embedded in the mold or under, which will reduce the quality of the ingot.

Следовательно, при операции обслуживания обычной электронно-лучевой печи металлический порошок и металлические агломераты, прилипшие к стенке печи, после завершение последовательности процессов плавки и выталкивания слитка титана из печи насколько возможно удаляют.Therefore, in the maintenance operation of a conventional electron beam furnace, metal powder and metal agglomerates adhering to the furnace wall, after the completion of the process of melting and pushing the titanium ingot from the furnace, are removed as far as possible.

В зависимости от емкости печи и количества налипших на внутреннюю стенку примесей и т.п. такая операция по обслуживанию типично занимает примерно 3-7 дней, пока печь не будет готова к возобновлению эксплуатации. Во время операции обслуживания нельзя осуществлять плавку, что снижает коэффициент готовности печи. В современных условиях, когда спрос на титан значительно вырос, необходимо повысить коэффициент готовности печей, максимально сократив время плавки и обслуживания.Depending on the capacity of the furnace and the amount of impurities adhering to the inner wall, etc. such a maintenance operation typically takes about 3-7 days until the furnace is ready to resume operation. During the maintenance operation, melting cannot be carried out, which reduces the availability of the furnace. In modern conditions, when the demand for titanium has grown significantly, it is necessary to increase the availability of furnaces, minimizing the time of smelting and maintenance.

Обычно обслуживание проводится вручную; однако, например, был предложен способ, не требующий участия оператора, при котором печь промывают водой под высоким давлением, решая проблему снижения коэффициента готовности печи (см. не прошедшую экспертизу заявку на патент Японии № 2004-183923). Поскольку для удаления прилипшего материала в этом способе используется вода под высоким давлением, ожидается, что операция по очистке займет меньше времени по сравнению с ручной очисткой.Typically, maintenance is manual; however, for example, a method was proposed that does not require operator intervention, in which the furnace is washed with high pressure water, solving the problem of reducing the furnace readiness factor (see Japanese patent application No. 2004-183923, which did not pass examination). Since high pressure water is used in this method to remove adhering material, it is expected that the cleaning operation will take less time than manual cleaning.

Помимо вышеупомянутых способов было предложено несколько усовершенствований и, в частности, улучшение, относящееся к своду электронно-лучевой печи или подобным элементам. Например, было раскрыто устройство для удержания сконденсировавшегося материала, причем в рабочем пространстве выполняют вогнутую охлаждаемую водой поверхность для сбора сконденсировавшегося материала испарившихся компонентов сплава, проходящего обработку в печи (см. не прошедшую экспертизу заявку на патент Японии № Hei 11 (1999)-132664). По этой технологии, поскольку на своде электронно-лучевой печи установлено большое количество вогнутых деталей, которые называются медиаторы, твердые примеси, осаждающиеся на этих вогнутых деталях, не падают вниз.In addition to the aforementioned methods, several improvements have been proposed, and in particular, an improvement related to the roof of an electron beam furnace or the like. For example, a device has been disclosed for holding condensed material, and a concave water-cooled surface is provided in the working space to collect condensed material of evaporated alloy components being processed in a furnace (see Japanese patent application No. Hei 11 (1999) -132664) . According to this technology, since a large number of concave parts, called mediators, are installed on the arch of an electron beam furnace, the solid impurities deposited on these concave parts do not fall down.

Кроме того, известен способ предотвращения падения металлических примесей, испарившихся и отложившихся в печи, содержащий этап, на котором нагревательными средствами в вакууме плавят сплав Nb-Al и он удерживается в рабочем пространстве печи, пока Al испаряется, и очищенный Nb стекает в охлаждаемый водой тигель, формируя слиток Nb, а также этап, в котором над охлаждаемым водой тиглем установлен ротор с охлаждающим средством и под ротором установлена подвижная плетеная сеть из нержавеющей стали, на которую осаждается испарившийся и отвердевший Al с почти равномерной плотностью (см. Hei 11(1999)-061288). Согласно этим способам примеси и пары титана, испарившиеся из расплава можно конденсировать на круглой сетчатой пластине в верхней части ванны жидкого металла, находящегося в кристаллизаторе и, в результате, количество конденсирующегося материала на своде электронно-лучевой печи можно уменьшить.In addition, there is a method for preventing the fall of metallic impurities that have evaporated and deposited in a furnace, comprising the step of melting the Nb-Al alloy in a vacuum with heating means and holding it in the working space of the furnace while Al evaporates, and purified Nb flows into a water-cooled crucible forming an Nb ingot, as well as a stage in which a rotor with a cooling medium is installed above the water-cooled crucible and a movable woven stainless steel network is installed under the rotor, onto which the evaporated and hardened precipitates Al with an almost uniform density (see Hei 11 (1999) -061288). According to these methods, impurities and titanium vapors evaporated from the melt can be condensed on a round mesh plate in the upper part of the molten metal bath located in the mold and, as a result, the amount of condensed material on the arch of the electron beam furnace can be reduced.

Кроме того, известен способ, при котором всю площадь пода электронно-лучевой печи покрывают конденсационной плитой, расположенной непосредственно над подом, и примеси, испарившиеся из ванны, конденсируются на плите и захватываются ей, что препятствует поступлению примесей со свода печи (см. патент США № 5,222,547).In addition, a method is known in which the entire area of the cathode-ray furnace hearth is covered with a condensation plate located directly above the hearth, and the impurities evaporated from the bath are condensed on the plate and trapped by it, which prevents the entry of impurities from the furnace roof (see US patent No. 5,222,547).

Хотя способ согласно японской публикации № 2004-183923 обеспечивает некоторое сокращение времени, необходимого для промывки, время простоя печи не уменьшается, поскольку, тем не менее, промывка требует определенного времени. Процесс плавки должен быть отложен на время проведения промывки и проблема недостаточного коэффициента готовности печи по существу не решается. Кроме того, способы, раскрытые в японских публикациях Hei 11(1999)-132664, Hei 11(1999)-061288 и в документе США № 5,222,547 направлены на захват паров титана и примесей, испарившихся из расплавленного слоя титана, удерживаемого на поде или в кристаллизаторе, до того как они достигнут свода или около свода. В каждом способе происходит осаждение твердого материала, однако нет гарантии, что этот твердый материал не упадет в ванну расплавленного металла, что зависит от количества отложений.Although the method according to Japanese publication No. 2004-183923 provides a slight reduction in the time required for washing, the downtime of the furnace is not reduced, since, nevertheless, washing requires a certain time. The smelting process should be postponed for the duration of the flushing, and the problem of insufficient coefficient of availability of the furnace is essentially not solved. In addition, the methods disclosed in Japanese publications Hei 11 (1999) -132664, Hei 11 (1999) -061288 and US Pat. No. 5,222,547 are directed to capturing titanium vapor and impurities vaporized from a molten titanium layer held on a hearth or in a mold before they reach the vault or near the vault. In each method, solid material is deposited, but there is no guarantee that this solid material will not fall into the molten metal bath, which depends on the amount of deposits.

В частности, в случае титанового слитка для авиации, слиток совершенно не должен содержать включений высокой плотности (ВВП) или включений низкой плотности (ВНП) и примеси в слитке не допускаются даже в малейших количествах. Для таких задач важно разработать электронно-лучевую печь, способную эффективно производить титановые слитки с прецизионно регулируемыми уровнями примесей при высоком коэффициенте готовности печи.In particular, in the case of a titanium ingot for aviation, the ingot must not contain inclusions of high density (GDP) or inclusions of low density (GNP) and impurities in the ingot are not allowed even in the smallest quantities. For such tasks, it is important to develop an electron-beam furnace capable of efficiently producing titanium ingots with precision-controlled levels of impurities with a high coefficient of furnace availability.

Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В связи с вышеизложенными требованиями было создано настоящее изобретение. Целью настоящего изобретения является создание электронно-лучевой печи, в которой во время производства титанового слитка путем плавки титановой губки или лома титана подавляется загрязнение дополнительными примесями, при этом возврат примесей, однажды испарившихся с пода или из ванны жидкого металла, обратно в ванну жидкого металла затруднен, и коэффициент готовности печи повышен за счет уменьшения времени, затрачиваемого на обслуживание.In connection with the above requirements, the present invention was created. The aim of the present invention is to provide an electron beam furnace in which contamination with additional impurities is suppressed during the production of a titanium ingot by melting a titanium sponge or scrap of titanium, while it is difficult to return impurities once vaporized from the hearth or from the molten metal bath back to the molten metal bath , and the availability of the furnace is increased by reducing the time spent on maintenance.

В связи со сложившейся ситуацией изобретатели провели исследование, относящееся к электронно-лучевой печи, способной уменьшить загрязнение примесями, которые испаряются из ванны жидкого металла на поде или в кристаллизаторе и не возвращаются вновь в ванну жидкого металла. В результате изобретатели обнаружили, что сконденсировавшиеся примеси можно удерживать на верхней поверхности пластинчатого элемента, предотвращая падение примесей в нижнюю часть печи, выложив, по меньшей мере, одну внутреннюю поверхность стены и свода печи титаном или нержавеющей сталью и расположив пластинчатые элементы на своде.In connection with this situation, the inventors conducted a study related to the electron beam furnace, capable of reducing pollution by impurities that evaporate from the liquid metal bath on the hearth or in the mold and do not return again to the liquid metal bath. As a result, the inventors found that the condensed impurities can be held on the upper surface of the plate element, preventing the impurities from falling into the lower part of the furnace, laying at least one inner surface of the wall and the furnace vault with titanium or stainless steel and arranging the plate elements on the vault.

Следует отметить, что изобретатели также обнаружили, что вышеуказанный пластинчатый элемент предпочтительно должен быть выполнен из титана или нержавеющей стали, в таком случае, коррозия стен и свода печи, вызванная парами титана, выходящими из ванны расплавленного металла на поде или в кристаллизаторе, будет эффективно уменьшена. Настоящее изобретение было сделано на основе этих знаний.It should be noted that the inventors also found that the above plate element should preferably be made of titanium or stainless steel, in which case, corrosion of the walls and the arch of the furnace caused by titanium fumes exiting the molten metal bath on the hearth or in the mold will be effectively reduced . The present invention has been made based on this knowledge.

Электронно-лучевая печь по настоящему изобретению для выплавки тугоплавкого металла состоит из механизма подачи сырья, стенки печи, соединенной с ним, и свода; при этом устройство содержит плавильное устройство для сырья, содержащее, по меньшей мере, под, водоохлаждаемый кристаллизатор и электронную пушку, и устройство для отвода отходящего газа, соединенное с плавильным устройством для сырья; при этом устройство выложено титаном или нержавеющей сталью, по меньшей мере, на стенке и на своде печи, и на своде имеет множество пластинчатых элементов, выполненных из титана или нержавеющей стали.The electron beam furnace of the present invention for smelting refractory metal consists of a feed mechanism, a furnace wall connected to it, and a roof; wherein the device comprises a melting device for raw materials, containing at least a water-cooled crystallizer and an electronic gun, and a device for removing exhaust gas connected to the melting device for raw materials; wherein the device is lined with titanium or stainless steel, at least on the wall and on the arch of the furnace, and on the arch has many plate elements made of titanium or stainless steel.

Кроме того, для экранирования пути испарения титана или примесей из ванны расплавленного металла, находящейся на поде или в водоохлаждаемом кристаллизаторе, к своду изобретатели обнаружили, что количество паров титана из ванны с расплавленным металлом, который конденсируется на своде, можно эффективно уменьшить, установив экранирующие элементы на стенке печи так, чтобы экранирующие элементы располагались под сводом. Следует отметить, что изобретатели также обнаружили, что вышеуказанный эффект в достаточной степени может быть достигнут путем размещения этих экранирующих элементов так, чтобы они проходили от стенки печи в направлении к центру и вверх, если смотреть сбоку. Описанное ниже изобретение было предложено на основе этих знаний.In addition, to screen the evaporation path of titanium or impurities from a molten metal bath, located on the bottom or in a water-cooled crystallizer, to the arch, the inventors found that the amount of titanium vapor from the molten metal bath that condenses on the arch can be effectively reduced by installing shielding elements on the wall of the furnace so that the shielding elements are located under the arch. It should be noted that the inventors also found that the above effect can be sufficiently achieved by placing these shielding elements so that they extend from the furnace wall toward the center and upward when viewed from the side. The invention described below has been proposed based on this knowledge.

То есть, в описанной выше электронно-лучевой печи предпочтительно, чтобы экранирующий элемент располагался на стенке печи так, чтобы проходить от стенки печи в направлении к центру и вверх, если смотреть сбоку, и более предпочтительно, чтобы экранирующий элемент был выполнен из металла или керамики с более высокой точкой плавления, что у тугоплавкого металла. Кроме того, особенно предпочтительно, чтобы температура металла или керамики, из которой выполнен экранирующий элемент, удерживалась на уровне, не превышающем точку плавления тугоплавкого металла. Таким металлом предпочтительно является молибден или титан, а такой керамикой предпочтительно является оксид кальция, оксид иттрия или комплекс из оксида кальция и оксида иттрия.That is, in the above described electron beam furnace, it is preferable that the shielding element is located on the furnace wall so as to extend from the furnace wall toward the center and upward, when viewed from the side, and more preferably, the shielding element is made of metal or ceramic with a higher melting point, which is in refractory metal. In addition, it is particularly preferred that the temperature of the metal or ceramic of which the shielding element is made is kept at a level not exceeding the melting point of the refractory metal. Such a metal is preferably molybdenum or titanium, and such a ceramic is preferably calcium oxide, yttrium oxide or a complex of calcium oxide and yttrium oxide.

Кроме того, изобретатели обнаружили, что реакцию паров титана или примесей со стенкой или сводом печи можно существенно уменьшить и дополнительно подавить загрязнение примесями ванны жидкого металла путем разделения и улавливания паров титана или примесей, после их испарения из ванны жидкого металла, посредством охлаждающего участка (далее именуемого "конденсационная труба"), дополнительно установленного после устройства отвода отходящих газов. Таким образом, можно дополнительно повысить чистоту расплавленного титана на поде или в водоохлаждаемом кристаллизаторе и, в результате, чистота слитка может достигать чрезвычайно высокого уровня. Описываемое ниже изобретение было предложено на основе этих знаний.In addition, the inventors found that the reaction of titanium vapors or impurities with the wall or vault of the furnace can be significantly reduced and the pollution by impurities of the liquid metal bath can be further suppressed by separating and trapping titanium vapors or impurities after they are evaporated from the liquid metal bath by means of a cooling section (hereinafter referred to as "condensation pipe"), optionally installed after the exhaust gas device. Thus, it is possible to further increase the purity of molten titanium on a hearth or in a water-cooled mold and, as a result, the purity of the ingot can reach an extremely high level. The invention described below has been proposed based on this knowledge.

То есть электронно-лучевая печь предпочтительно содержит конденсационную трубу для паров тугоплавкого металла, расположенную после устройства отвода отходящих газов. Следует отметить, что конденсационная труба может быть встроена в электронно-лучевую печь или установлена отдельно.That is, the electron beam furnace preferably comprises a condensation tube for refractory metal vapors located after the exhaust gas exhaust device. It should be noted that the condensation tube can be built into an electron beam furnace or installed separately.

Кроме того, изобретатели обнаружили, что время, затрачиваемое на операцию по обслуживанию печи можно существенно сократить и коэффициент готовности печи существенно повысить, если заранее установить съемную облицовку на внутренней поверхности электронно-лучевой печи и заменять облицовку с налипшим или осевшим материалом после плавки.In addition, the inventors found that the time taken for the furnace maintenance operation can be significantly reduced and the furnace readiness coefficient can be significantly increased if the removable lining is installed on the inner surface of the cathode-ray furnace in advance and the lining with adhered or settled material is replaced after melting.

То есть электронно-лучевая печь по настоящему изобретению для плавки тугоплавкого металла состоит из механизма подачи сырья, стенки, соединенной с механизмом подачи, и свода; при этом устройство содержит плавильное устройство для сырья, содержащее, по меньшей мере, под, водоохлаждаемый кристаллизатор, электронную пушку и устройство для отвода отходящих газов, соединенное с плавильным устройством для сырья; при этом устройство имеет съемную облицовку, прикрепленную к внутренней поверхности электронно-лучевой печи.That is, the electron beam furnace of the present invention for melting refractory metal consists of a feed mechanism, a wall connected to the feed mechanism, and a roof; wherein the device comprises a melting device for raw materials, containing at least a water-cooled crystallizer, an electronic gun and a device for exhaust gases connected to a melting device for raw materials; however, the device has a removable lining attached to the inner surface of the electron beam furnace.

Облицовка состоит из облицовки свода, облицовки боковой стены и облицовки днища. Предпочтительно, облицовка каждого вида выполнена с возможностью снятия и установки индивидуально.The lining consists of facing the vault, facing the side wall and facing the bottom. Preferably, the lining of each type is made with the possibility of removal and installation individually.

Кроме того, согласно настоящему изобретению предлагается способ производства слитка тугоплавкого металла, при котором плавку производят в электронно-лучевой печи вышеописанной конструкции.In addition, the present invention provides a method for producing a refractory metal ingot, in which smelting is performed in an electron beam furnace of the above construction.

В настоящем изобретении во время плавки тугоплавкого металла, такого как титан, дополнительное загрязнение примесями можно уменьшить, поддерживая, по меньшей мере, поверхность стены или свода печи в надлежащем состоянии. Кроме того, возврат примесей после испарения из ванны расплавленного металла обратно в эту ванну эффективно предотвращается путем установки экранирующих элементов или конденсационной трубы. В результате чистоту слитка можно поддерживать на чрезвычайно высоком уровне.In the present invention, during smelting of a refractory metal such as titanium, additional impurity contamination can be reduced by keeping at least the surface of the wall or arch of the furnace in good condition. In addition, the return of impurities after evaporation from the molten metal bath back into the bath is effectively prevented by installing shielding elements or a condensation pipe. As a result, the purity of the ingot can be maintained at an extremely high level.

Кроме того, облицовку с осевшим на нее металлом можно немедленно снять и заменить новой облицовкой так и, согласно настоящему изобретению, печь можно быстро вновь пустить в эксплуатацию после завершения плавки, остывания металла и извлечения слитка, поскольку облицовка является съемной. Таким образом, печь существенно усовершенствуется. Кроме того, поскольку частота операций промывки внутри печи уменьшается, можно по существу избежать сокращения срока службы печи из-за коррозии.In addition, the lining with the metal deposited on it can be immediately removed and replaced with a new lining, and according to the present invention, the furnace can be quickly put into operation again after completion of melting, cooling of the metal and removal of the ingot, since the lining is removable. Thus, the furnace is significantly improved. In addition, since the frequency of washing operations inside the furnace is reduced, it is possible to substantially reduce the life of the furnace due to corrosion.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1 - вид сбоку первого варианта электронно-лучевой печи по настоящему изобретению.FIG. 1 is a side view of a first embodiment of an electron beam furnace of the present invention.

Фиг. 2 - вид сбоку второго варианта электронно-лучевой печи по настоящему изобретению.FIG. 2 is a side view of a second embodiment of an electron beam furnace of the present invention.

Фиг. 3 - вид сбоку третьего варианта электронно-лучевой печи по настоящему изобретению.FIG. 3 is a side view of a third embodiment of an electron beam furnace of the present invention.

Фиг. 4 - вид сбоку четвертого варианта электронно-лучевой печи по настоящему изобретению.FIG. 4 is a side view of a fourth embodiment of an electron beam furnace of the present invention.

Позиции на чертежах:Positions in the drawings:

10а-10d - Электронно-лучевая печь.10a-10d - Electron beam furnace.

11 - Под.11 - Under.

12 - Водоохлаждаемый кристаллизатор.12 - Water-cooled mold.

13 - Электронная пушка.13 - Electronic gun.

13а - Пучок электронов.13a - A bunch of electrons.

14 - Выпускной патрубок для отходящих газов.14 - Exhaust pipe for exhaust gases.

15 - Стенка.15 - The wall.

16 - Свод.16 - Code.

17 - Пластинчатый элемент.17 - Plate element.

18 - Титановый материал.18 - Titanium material.

19 - Слиток.19 - Ingot.

31 - Облицовка свода.31 - Facing the vault.

32 - Облицовка боковой стенки.32 - Lining the side wall.

33 - Приемник прилипшего материала.33 - Receiver adhering material.

34 - Облицовка днища.34 - The lining of the bottom.

Подробное описание предпочтительных вариантовDetailed Description of Preferred Options

Далее следует подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.The following is a detailed description of preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

На фиг. 1 представлен вид сбоку, иллюстрирующий первый вариант 10а предпочтительной электронно-лучевой печи по настоящему изобретению. В электронно-лучевой печи 10а расположены под 11, на котором плавится титан, водоохлаждаемый кристаллизатор, в который с пода 11 стекает расплавленный титан, электронная пушка 13, которая излучает пучок 13а электронов на ванну расплавленного металла на поде 11 и в водоохлаждаемом кристаллизаторе 12, и выпускной патрубок 14 для отходящих газов, соединенный с устройством для отвода (не показано). Следует отметить, что на фиг. 1 область слева от пода 11 означает часть механизма подачи сырья, а область от левой кромки пода 11 до основания выпускного патрубка 14 для отходящих газов означает плавильное устройство, а область справа от основания выпускного патрубка 14 для отходящих газов означает устройство отвода отходящих газов.In FIG. 1 is a side view illustrating the first embodiment 10a of the preferred electron beam furnace of the present invention. In the electron beam furnace 10a, located below 11, on which titanium is melted, a water-cooled crystallizer, into which molten titanium flows from the hearth 11, an electron gun 13, which emits an electron beam 13a to the molten metal bath on the hearth 11 and in the water-cooled crystallizer 12, and an exhaust gas outlet pipe 14 connected to an exhaust device (not shown). It should be noted that in FIG. 1, the area to the left of the hearth 11 means part of the feed mechanism, and the area from the left edge of the hearth 11 to the base of the exhaust gas outlet pipe 14 means a melting device, and the area to the right of the base of the exhaust gas duct 14 means an exhaust gas device.

Кроме того, в электронно-лучевой печи 10а по фиг. 1 стенка 15 печи и куполообразный свод 16 соединены друг с другом и на своде 16 расположено множество пластинчатых элементов 17. Предпочтительно стенка 15, свод 16 и пластинчатые элементы 17 выполнены из титана или нержавеющей стали. Следует отметить, что свод выполнен куполообразным потому, что тогда на своде 16 легче разместить множество пластинчатых элементов 17.In addition, in the cathode ray furnace 10a of FIG. 1, the furnace wall 15 and the domed vault 16 are connected to each other and a plurality of plate elements 17 are located on the vault 16. Preferably, the wall 15, the vault 16 and the plate elements 17 are made of titanium or stainless steel. It should be noted that the arch is made domed because it is then easier to place a plurality of plate elements 17 on the arch 16.

Если для получения титанового слитка в устройстве вышеописанной конструкции плавят титановую губку, через механизм подачи для сырья титановый материал 18 подают в под 11 и плавят электронной пушкой 13. Далее, расплавленный титан с пода 11 стекает в водоохлаждаемый кристаллизатор 12, и при температуре, регулируемой посредством электронной пушки 13, формируется слиток 19, который вытягивается вниз средством для вытягивания слитка (не показано).If a titanium sponge is melted in a device of the above construction in order to obtain a titanium ingot, the titanium material 18 is fed into the furnace 11 through the feed mechanism for raw materials and melted by the electron gun 13. Further, the molten titanium from the hearth 11 flows into the water-cooled crystallizer 12, and at a temperature controlled by electron gun 13, an ingot 19 is formed, which is pulled down by means for drawing an ingot (not shown).

В такой электронно-лучевой печи 10а, поскольку стенка 15 и свод 16 выложены титаном, имеющим высокую коррозионную стойкость, материал, из которого выполнены стенка 15 и свод 16, не корродируют под воздействием паров титана или примесей, испарившихся из ванны расплавленного титана на поде 11 или в водоохлаждаемом кристаллизаторе, даже если температура в печи чрезвычайно высока, что позволяет легко получить слиток.In such an electron beam furnace 10a, since the wall 15 and the arch 16 are lined with titanium having high corrosion resistance, the material from which the wall 15 and the arch 16 are made do not corrode under the influence of titanium vapor or impurities evaporated from the molten titanium bath on the hearth 11 or in a water-cooled mold, even if the temperature in the furnace is extremely high, which makes it easy to get an ingot.

Более того, в вышеупомянутой серии процессов титан или примеси испаряются, и пары движутся вверх от ванны расплавленного металла на поде 11 или в водоохлаждаемом кристаллизаторе 12, часть испарившегося титана или примесей выводится наружу через выпускной патрубок 14 для отходящих газов, а большая часть испарившегося титана или примесей достигает стенки 15 и свода 16 печи, где они конденсируются.Moreover, in the aforementioned series of processes, titanium or impurities evaporate and the vapor moves upward from the molten metal bath on the hearth 11 or in the water-cooled mold 12, part of the evaporated titanium or impurities is discharged outward through the exhaust gas outlet pipe 14, and most of the evaporated titanium or impurities reaches the wall 15 and the vault 16 of the furnace, where they condense.

Как пояснялось выше, большая часть испарившегося титана или примесей достигает стенки 15 и свода 16 печи и конденсируется, количество сконденсировавшегося титана или примесей растет с увеличением количества плавок металла, и, в результате, сконденсировавшиеся отложения могут падать вниз под действием собственного веса. Однако, поскольку к своду 16 прикреплено множество пластинчатых элементов 17, составляющих настоящее изобретение, эти пластинчатые элементы выполняют функцию поддона для удержания сконденсировавшегося титана или примесей и могут эффективно предотвращать их падение в ванну расплавленного металла на поде 11 или в водоохлаждаемом кристаллизаторе 12. Следует отметить, что падение титана или примесей, удерживаемых на пластинчатом элементе 17, можно более эффективно предотвратить, придав изогнутую форму свободному концу пластинчатого элемента 17, как показано на фиг. 1.As explained above, most of the evaporated titanium or impurities reaches the wall 15 and the furnace vault 16 and condenses, the amount of condensed titanium or impurities grows with an increase in the number of metal melts, and, as a result, the condensed deposits can fall down due to their own weight. However, since a plurality of plate elements 17 constituting the present invention are attached to the arch 16, these plate elements function as a tray to hold condensed titanium or impurities and can effectively prevent them from falling into the molten metal bath on the hearth 11 or in the water-cooled mold 12. It should be noted that the fall of titanium or impurities held on the plate element 17 can be more effectively prevented by giving the free end of the plate element a curved shape 17, as shown in FIG. one.

Благодаря описанным выше функциям и эффектам, электронно-лучевая печь 10а по первому варианту обеспечивает эффективное предотвращение дополнительного загрязнения примесями благодаря облицовке на стенке 15 и своде 16 печи и, кроме того, предотвращает ухудшение качества слитка из-за падения титана или примесей благодаря установке множества пластинчатых элементов 17 на своде 16.Due to the functions and effects described above, the electron-beam furnace 10a according to the first embodiment provides effective prevention of additional contamination by impurities due to the cladding on the wall 15 and the furnace vault 16 and, in addition, prevents deterioration of the quality of the ingot due to the fall of titanium or impurities due to the installation of many plate elements 17 on vault 16.

На фиг. 2 представлен вид сбоку, иллюстрирующий второй вариант 10b предпочтительной электронно-лучевой печи по настоящему изобретению. Основная конструкция печи по фиг. 2 аналогична показанной на фиг. 1. Следовательно, во втором варианте, область слева от пода 11 означает часть механизма подачи сырья, а область от левой кромки пода 11 до основания выпускного патрубка 14 для отходящих газов означает плавильное устройство, а область справа от основания выпускного патрубка 14 для отходящих газов означает устройство отвода отходящих газов 14, как и на фиг. 1.In FIG. 2 is a side view illustrating the second embodiment 10b of the preferred electron beam furnace of the present invention. The basic design of the furnace of FIG. 2 is similar to that shown in FIG. 1. Therefore, in the second embodiment, the area to the left of the hearth 11 means part of the raw material supply mechanism, and the area from the left edge of the hearth 11 to the base of the exhaust gas outlet pipe 14 means a melting device, and the area to the right of the base of the exhaust gas duct 14 means exhaust gas device 14, as in FIG. one.

В электронно-лучевой печи 10b, показанной на фиг. 2, на стенке 15 печи дополнительно установлен экранирующий элемент 20, расположенный под сводом 16. Экранирующий элемент 20 расположен так, чтобы перекрывать путь испарения титана или примесей от ванны расплавленного металла в поде 11 или водоохлаждаемом кристаллизаторе 12 к своду 16. Предпочтительно, экранирующий элемент 20 имеет форму перевернутого конуса с отверстием в центральной части, сквозь которое может проходить пучок 13а электронов, однако можно использовать и другие формы. Следует отметить, что экранирующий элемент 20 в настоящем варианте имеет форму перевернутого конуса, который проходит от стенки 15 печи в направлении к центру и вверх, если смотреть сбоку, и даже если примеси и т.п. упадут с пластинчатых элементов 17, такая структура позволяет уловить примеси и т.п. экранирующим элементом 20 и не допустить их падения ниже экранирующего элемента 20.In the cathode ray furnace 10b shown in FIG. 2, a shielding element 20 is additionally mounted on the furnace wall 15 located under the arch 16. The shielding element 20 is arranged so as to obstruct the evaporation of titanium or impurities from the molten metal bath in the hearth 11 or the water-cooled mold 12 to the vault 16. Preferably, the shielding element 20 it has the shape of an inverted cone with an opening in the central part through which an electron beam 13a can pass, but other shapes can also be used. It should be noted that the shielding element 20 in the present embodiment has the shape of an inverted cone, which extends from the furnace wall 15 towards the center and upward, when viewed from the side, and even if there are impurities, etc. fall from the plate elements 17, this structure allows you to catch impurities, etc. the shielding element 20 and prevent them from falling below the shielding element 20.

Предпочтительно экранирующий элемент 20 выполнен из материала, имеющего точку плавления выше, чем точка плавления титана, например Mo или Ta. Предпочтительно, температура экранирующего элемента 20 поддерживается в диапазоне 1000-1600^оС, и более предпочтительно, 1300-1600^оС. Однако эту температуру желательно поддерживать ниже точки плавления титана, поскольку если его температура достигнет точки плавления титана, элемент может вступить в реакцию с парами титана и образовывать сплавы, ухудшающие прочность слитка.Preferably, the shielding element 20 is made of a material having a melting point higher than the melting point of titanium, for example Mo or Ta. Preferably, the temperature of the shield member 20 is maintained in the range of 1000-1600 ^{° C,} and more preferably ^about 1300-1600 C. However, this temperature is desirably maintained below the melting point of titanium, because if the temperature reaches the melting point of titanium, the element may react with vapors of titanium and form alloys that impair the strength of the ingot.

Температуру экранирующего элемента 20 можно поддерживать в вышеуказанном диапазоне, облучая его пучком электронов или установив нагреватель. Поддерживая температуру в этом диапазоне можно ограничить отложение паров титана, испарившегося из пода 11 или водоохлаждаемого кристаллизатора, нижней поверхностью экранирующего элемента 20. Благодаря вышеописанным функциям, падение на под 11 или в водоохлаждаемый кристаллизатор 12 твердых примесей и загрязнение ими, приводящее к образованию ВВП или ВНП, можно уменьшить. Следовательно, можно эффективно повысить качество титанового слитка.The temperature of the shielding element 20 can be maintained in the above range by irradiating it with an electron beam or by installing a heater. By maintaining the temperature in this range, it is possible to limit the deposition of titanium vapor evaporated from the hearth 11 or the water-cooled crystallizer to the lower surface of the shielding element 20. Due to the above functions, solid impurities fall on and under the 11 or water-cooled crystallizer 12 and lead to the formation of GDP or GNP can be reduced. Therefore, it is possible to effectively improve the quality of the titanium ingot.

С другой стороны, как указано выше, экранирующий элемент 20 выполняет функцию захвата титана или примесей, падающих с нижней поверхности пластинчатых элементов 17 под действием собственного веса.On the other hand, as indicated above, the shielding element 20 performs the function of capturing titanium or impurities falling from the lower surface of the plate elements 17 under the influence of its own weight.

Кроме того, экранирующий элемент 20 может быть выполнен из оксида кальция, оксида иттрия или из керамики на основе их комплекса. В этом случае также предпочтительно поддерживать температуру экранирующего элемента 20 в диапазоне 1000-1600°С, и более предпочтительно, 1300-1600°С. Более того, если экранирующий элемент 20 выполнен из вышеуказанной керамики, температуру экранирующего элемента 20 желательно поддерживать в указанном диапазоне с помощью дополнительного нагревателя. Конденсацию и осаждение паров титана можно уменьшить, поддерживая температуру экранирующего элемента 20 в этом диапазоне высоких температур, и, в результате, эффективно предотвратить загрязнение слитка примесями.In addition, the shielding element 20 may be made of calcium oxide, yttrium oxide or ceramic based on their complex. In this case, it is also preferable to maintain the temperature of the shielding element 20 in the range of 1000-1600 ° C, and more preferably 1300-1600 ° C. Moreover, if the shielding element 20 is made of the aforementioned ceramics, it is desirable to maintain the temperature of the shielding element 20 in the indicated range using an additional heater. The condensation and deposition of titanium vapor can be reduced by maintaining the temperature of the shielding element 20 in this high temperature range, and, as a result, it is possible to effectively prevent contamination of the ingot with impurities.

Пары титана, достигающие экранирующего элемента, температура которого поддерживается в указанном диапазоне, частично конденсируются на поверхности экранирующего элемента 20, а большая часть паров титана, находящихся в газовой фазе, течет вниз по наклонной траектории вдоль внутренней поверхности экранирующего элемента 20 и выводится за пределы печи (не показано).Titanium vapors reaching a shielding element, the temperature of which is maintained in the indicated range, partially condense on the surface of the shielding element 20, and most of the titanium vapors in the gas phase flows down an inclined path along the inner surface of the shielding element 20 and is discharged outside the furnace ( not shown).

На фиг. 3 приведен вид сбоку третьего варианта 10с предпочтительной электронно-лучевой печи по настоящему изобретению. В этом варианте конструкции пары титана или примесей из ванны расплавленного титана с пода 11 или из водоохлаждаемого кристаллизатора 12 направляются в конденсационную трубу 21, которая дополнительно и отдельно установлена у печи 10 после выпускного патрубка 14 для отходящих газов, притом, что температура паров поддерживается высокой, и пары титана или примесей охлаждают для выделения в конденсационной трубе 21 и утилизации. В этом варианте использованы две электронные пушки 13 и 22. Электронная пушка 13 облучает пучком 13а электронов ванну расплавленного титана в водоохлаждаемом кристаллизаторе 12, а электронная пушка 22 в это же время облучает пучком электронов 22а ванну расплавленного титана на поде 11. Следует отметить, что слева от пода 11 находится механизм подачи для сырья, а от левой кромки пода 11 до левой стороны наклонного участка стенки 15 печи и свода 16 расположено плавильное устройство, а наклонный участок на фиг. 3 обозначает выпускной патрубок для отходящих газов.In FIG. 3 is a side view of the third embodiment 10c of the preferred electron beam furnace of the present invention. In this embodiment, the construction of a pair of titanium or impurities from a bath of molten titanium from the hearth 11 or from a water-cooled crystallizer 12 is sent to a condensation pipe 21, which is additionally and separately installed at the furnace 10 after the exhaust pipe 14 for exhaust gases, while the vapor temperature is kept high. and vapors of titanium or impurities are cooled for isolation in the condensation pipe 21 and disposal. In this embodiment, two electron guns 13 and 22 were used. The electron gun 13 irradiates a molten titanium bath in a water-cooled crystallizer 12 with an electron beam 13a, and the electron gun 22 irradiates a molten titanium bath 22a in an electron beam at the same time 11. It should be noted that on the left from the hearth 11 there is a feed mechanism for raw materials, and from the left edge of the hearth 11 to the left side of the inclined section of the furnace wall 15 and the arch 16, a melting device is located, and the inclined section in FIG. 3 denotes an exhaust outlet.

В электронно-лучевой печи 10с по фиг. 3 коррозионно-стойкая нагревательная плита 23 установлена не только на своде 16, но и на внутренней поверхности боковой стенки 15. Предпочтительно, температуру нагревательной плиты 23 поддерживают высокой, чтобы пары титана, испаряющиеся из ванны расплавленного металла, не конденсировались на нагревательной плите 23. Более конкретно, предпочтительно эта температура находится в диапазоне 1000-1600°С и важно поддерживать ее такой, чтобы она не достигла точки плавления титана. Большая часть упомянутых выше паров титана и примесей может направляться в конденсационную трубу 21, поддерживая высокую температуру, без конденсации на нагревательной плите 23. Следовательно, примеси и т.п. не поступают на под 11 или в водоохлаждаемый кристаллизатор 12 и отделяются, и утилизируются как прилипший материал 24 или осевший материал 25 в конденсационной трубе 21. Следует отметить, что нагревательные плиты 23 выполнены из молибдена или тантала, которые обладают долговечностью в вышеуказанном диапазоне температур.In the cathode ray furnace 10c of FIG. 3, a corrosion-resistant heating plate 23 is installed not only on the arch 16, but also on the inner surface of the side wall 15. Preferably, the temperature of the heating plate 23 is kept high so that titanium vapor evaporating from the molten metal bath does not condense on the heating plate 23. More specifically, preferably, this temperature is in the range of 1000-1600 ° C. and it is important to maintain it such that it does not reach the melting point of titanium. Most of the titanium vapors and impurities mentioned above can be sent to the condensation pipe 21, maintaining a high temperature, without condensation on the heating plate 23. Therefore, impurities and the like. do not enter under 11 or into a water-cooled crystallizer 12 and are separated and disposed of as adherent material 24 or settled material 25 in the condensation pipe 21. It should be noted that the heating plates 23 are made of molybdenum or tantalum, which have a durability in the above temperature range.

Более того, улавливание паров титана и примесей можно проводить более эффективно, установив другую конденсационную трубу (не показана) после конденсационной трубы 21. За счет такой конструкции устройства количество металлического порошка или пыли, достигающее эвакуационного устройства 26, расположенного после конденсационной трубы 21, можно уменьшить, что способствует продлению срока службы эвакуационного устройства.Moreover, the capture of titanium vapor and impurities can be carried out more efficiently by installing another condensation pipe (not shown) after the condensation pipe 21. Due to this design of the device, the amount of metal powder or dust reaching the evacuation device 26 located after the condensation pipe 21 can be reduced , which helps to extend the life of the evacuation device.

На фиг. 4 приведен вид сбоку четвертого варианта 10d предпочтительной электронно-лучевой пушки по настоящему изобретению. На фиг. 4 представлена концептуальная схема, на которой показана электронно-лучевая печь 10d, на которой в вертикальном направлении показано устройство по фиг. 1-3, при этом под 11 и механизм подачи сырья расположены вне плоскости чертежа. В электронно-лучевой печи 10d на внутренней поверхности свода 16 установлена съемная облицовка 31. Аналогично на внутренней поверхности боковой стенки 15 установлена съемная облицовка 32, и на внутренней поверхности днища установлена съемная облицовка 34. Структура пластинчатых элементов 17, показанная на фиг.1 может крепиться к облицовке 31 свода.In FIG. 4 is a side view of a fourth embodiment 10d of a preferred electron beam gun of the present invention. In FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cathode ray furnace 10d, in which the device of FIG. 1-3, while under 11 and the feed mechanism are located outside the plane of the drawing. In the cathode-ray furnace 10d, a removable cladding 31 is installed on the inner surface of the vault 16. Similarly, a removable cladding 32 is installed on the inner surface of the side wall 15, and a removable cladding 34 is installed on the inner surface of the bottom. The structure of the plate elements 17 shown in FIG. 1 can be fixed to facing 31 of the arch.

В электронно-лучевой печи 10d часть паров титана, выходящих из ванны расплавленного титана в поде 11 и в водоохлаждаемом кристаллизаторе 12, конденсируется и осаждается на облицовку 31 свода, облицовку 32 боковых стен и облицовку 34 днища. После окончания технологического процесса плавки и получения слитка печь разбирают, облицовку заменяют на новую и печь собирают вновь, после чего ее можно немедленно использовать вновь для следующей плавки и получения титанового слитка. После производства каждого слитка в обычной печи требовалось проводить операцию обслуживания, то есть промывку и удаление материала, прилипшего к внутренней стене печи, и, следовательно, коэффициент готовности печи являлся низким. Однако согласно настоящему изобретению коэффициент готовности печи можно существенно повысить. Следует отметить, что со снятой облицовки можно удалить прилипший материал и промыть ее, чтобы повторно использовать снятую облицовку.In the cathode-ray furnace 10d, part of the titanium vapors leaving the molten titanium bath in the hearth 11 and in the water-cooled mold 12 is condensed and deposited on the arch facing 31, the side wall facing 32 and the bottom facing 34. After the melting process is completed and the ingot is obtained, the furnace is disassembled, the lining is replaced with a new one and the furnace is reassembled, after which it can be immediately used again for the next melting and obtaining a titanium ingot. After each ingot was produced in a conventional furnace, a maintenance operation was required, that is, washing and removing material adhering to the internal wall of the furnace, and therefore, the availability of the furnace was low. However, according to the present invention, the availability of the furnace can be significantly increased. It should be noted that adhered material can be removed from the cladding removed and washed in order to reuse the removed cladding.

Далее следует подробное описание каждого вида облицовки.The following is a detailed description of each type of cladding.

1. Облицовка свода1. Vault lining

Поскольку пары титана, образующиеся в процессе плавки, содержат примеси, такие как металлы с низкой температурой плавления, не желательно перемещение материалов, образовавшихся в результате конденсации паров, обратно в кристаллизатор. Представляется, что материал, сконденсировавшийся на облицовке боковой стенки и на облицовке днища, непосредственно влияет на качество слитка не в такой степени, как облицовка свода, поскольку из этих положений материалу трудно попасть в кристаллизатор, однако на облицовке свода, расположенной над расплавленным титаном, конденсация происходит более интенсивно и, если отложившийся материал не убирать, он может падать в расплав под действием собственного веса. Следовательно, желательно снабдить облицовку свода структурой, мешающей падению отложившихся на облицовке материалов.Since titanium vapors generated during the smelting process contain impurities, such as metals with a low melting point, it is not advisable to transfer materials formed as a result of vapor condensation back to the mold. It seems that the material condensed on the side wall lining and on the bottom lining does not directly affect the quality of the ingot to the same extent as the arch lining, since it is difficult for the material to get into the mold from these positions, but condensation on the arch lining located above the molten titanium occurs more intensively and if the deposited material is not removed, it can fall into the melt due to its own weight. Therefore, it is desirable to provide the arch lining with a structure that impedes the fall of materials deposited on the lining.

Например, предпочтительно установить вышеупомянутые пластинчатые элементы. Как показано на фиг. 1, пластинчатый элемент на своде желательно имеет структуру, проходящую горизонтально. Кроме того, верхняя кромка пластинчатого элемента желательно отогнута вверх. При такой конструкции падение прилипшего материала эффективно уменьшается.For example, it is preferable to install the aforementioned plate elements. As shown in FIG. 1, the plate element on the arch preferably has a horizontal structure. In addition, the upper edge of the plate element is preferably bent up. With this design, the drop in adherent material is effectively reduced.

Дополнительно, в другом варианте используется металлическая сетчатая структура, которая более предпочтительна, чем облицовка свода. Если облицовка свода имеет сетчатую структуру, осажденный материал свисает в вогнутых участках и осажденному материалу труднее упасть, по сравнению с вариантом, когда свод имеет планарную структуру. Материалом для сетчатой структуры может быть нержавеющая сталь, однако можно использовать и титан, если нужно гарантированно предотвратить загрязнение конечного продукта. Такая структура и расположение эффективно уменьшают падение осажденного материала, прилипшего и накопившегося на облицовке свода.Additionally, in another embodiment, a metal mesh structure is used, which is preferable to facing the arch. If the lining of the arch has a mesh structure, the deposited material hangs in concave portions and the deposited material is more difficult to fall compared to when the arch has a planar structure. The material for the mesh structure may be stainless steel, but titanium can also be used if it is necessary to guarantee the prevention of contamination of the final product. Such a structure and arrangement effectively reduces the fall of the deposited material adhering and accumulated on the arch lining.

Предпочтительно, облицовка свода имеет такую структуру, которая позволяет ее крепить и снимать со свода относительно легко. Например, предпочтительно использовать болты или такую крепежную структуру, как крюки. Используя такую конструкцию, можно легко крепить облицовку к своду и снимать ее, используя кран. В результате, падение прилипшего материала с облицовки свода во время ее крепления и снятия можно эффективно предотвратить.Preferably, the arch lining has a structure that allows it to be mounted and removed from the arch relatively easily. For example, it is preferable to use bolts or a fastening structure such as hooks. Using this design, you can easily fasten the cladding to the arch and remove it using a crane. As a result, the falling of adherent material from the arch lining during its fastening and removal can be effectively prevented.

2. Облицовка боковой стенки2. Side wall cladding

Облицовка боковой стенки крепится к боковой стенке устройства, и облицовка боковой стенки также желательно имеет конструкцию, позволяющую ее легко крепить и снимать, как и в случае облицовки свода. Более конкретно предпочтительно ее крепить болтами или крепежной структурой, в которой применяются крюки.The side wall lining is attached to the side wall of the device, and the side wall lining also desirably has a structure that allows it to be easily mounted and removed, as in the case of the arch lining. More specifically, it is preferable to fasten it with bolts or a fixing structure in which hooks are used.

Материалом облицовки боковой стенки предпочтительно является металл, особенно нержавеющая сталь, имеющая превосходные антикоррозионные свойства. Кроме того, более желательным материалом облицовки боковой стенки является титан, если нужно гарантированно предотвратить загрязнение конечного продукта. Следует отметить, что в качестве части материала боковой стенки может использоваться жаропрочная синтетическая смола, если теплота, излучаемая с пода или из кристаллизатора, относительно невелика и температура не поднимается очень высоко. Синтетическую смолу легко промывать и очищать и она обладает превосходной стойкостью к коррозии.The side wall lining material is preferably metal, especially stainless steel, having excellent anti-corrosion properties. In addition, titanium is a more desirable sidewall material if it is necessary to guaranteedly prevent contamination of the final product. It should be noted that heat-resistant synthetic resin can be used as part of the side wall material if the heat radiated from the hearth or from the mold is relatively small and the temperature does not rise very high. The synthetic resin is easy to rinse and clean and has excellent corrosion resistance.

Предпочтительно сконденсировавшийся материал собирается в канавку 33, расположенную на нижней кромке облицовки боковой стенки, как показано на фиг. 4. Сконденсировавшийся материал, падающий с поверхности облицовки боковой стенки, эффективно захватывается такой канавкой 33.Preferably, the condensed material is collected in a groove 33 located on the lower edge of the side wall lining, as shown in FIG. 4. Condensed material falling from the surface of the side wall lining is effectively captured by such a groove 33.

В результате можно эффективно избежать падения сконденсировавшегося материала на днище печи. Более того, сконденсировавшийся материал можно очистить и утилизировать как титансодержащее сырье.As a result, a drop of condensed material on the furnace bottom can be effectively avoided. Moreover, the condensed material can be cleaned and disposed of as titanium-containing raw materials.

Облицовку боковой стены можно выполнять как металлическую планарную структуру. Однако, как и облицовка свода, она может иметь сетчатую структуру. Сетчатая облицовка боковой стены позволяет эффективно предотвратить падение прилипшего материала.Lining the side wall can be performed as a metal planar structure. However, like the facing of the vault, it can have a mesh structure. Mesh facing of the side wall allows you to effectively prevent the falling of adhered material.

3. Облицовка днища3. The bottom lining

Облицовка днища крепится к нижней части электронно-лучевой печи 10d и желательно имеет структуру, максимально закрывающую нижнюю часть печи. Такая структура позволяет эффективно собирать сконденсировавшийся материал при креплении или снятии облицовки свода или стен.The bottom lining is attached to the lower part of the cathode-ray furnace 10d and desirably has a structure that closes the lower part of the furnace as much as possible. This structure allows you to effectively collect condensed material when attaching or removing the facing of the arch or walls.

Чтобы облицовка днища выполняла эту функцию, она может быть выполнена из металла. Однако она может быть выполнена и из жаропрочной синтетической смолы. Такая синтетическая смола позволяет получить облицовку, повторяющую форму днища электронно-лучевой печи 10d.So that the lining of the bottom performs this function, it can be made of metal. However, it can also be made of heat-resistant synthetic resin. Such a synthetic resin makes it possible to obtain a lining that repeats the shape of the bottom of the cathode-ray furnace 10d.

В качестве синтетической смолы можно использовать винилхлорид или стирол, а также волокнит (fiber reinforced plastic, FRP). Волокнит является соответствующим строительным материалом для облицовки днища по настоящему изобретению, поскольку он легок и прочен.As a synthetic resin, you can use vinyl chloride or styrene, as well as fiber (fiber reinforced plastic, FRP). Fiber is a suitable building material for the bottom lining of the present invention, since it is lightweight and durable.

Во многих случаях участок днища печи содержит кристаллизатор, и его крепежные элементы и т.п. имеют сложную форму с выпуклыми и вогнутыми поверхностями. Следовательно, прежде всего, желательно взять такой участок днища, чтобы получить облицовку, соответствующую такой сложной форме, и синтетическую смолу отливают в форму для получения облицовки днища. Изготавливая облицовку днища таким образом, можно получить облицовку, плотно прилегающую к днищу печи.In many cases, the bottom section of the furnace contains a mold, and its fasteners, etc. They have a complex shape with convex and concave surfaces. Therefore, first of all, it is desirable to take such a portion of the bottom to obtain a lining corresponding to such a complex shape, and the synthetic resin is cast into a mold to obtain a lining of the bottom. By making the lining of the bottom in this way, it is possible to obtain a lining that fits snugly to the bottom of the furnace.

4. Варианты практической эксплуатации4. Options for practical use

Поскольку бывают случаи, когда материал осаждается на внутреннюю стену печи, поскольку пары титана проникают в зазоры между облицовкой, может быть желательным промыть основной корпус печи, при необходимости сняв с печи всю облицовку. Если после снятия облицовки с налипшим материалом на внутренних стенках печи отсутствует налипший материал, на внутреннюю поверхность главного корпуса печи можно немедленно монтировать заранее подготовленную свежую облицовку.Since there are times when material is deposited on the inside wall of the furnace, since titanium vapor penetrates into the gaps between the lining, it may be desirable to flush the main body of the furnace, if necessary removing the entire lining from the furnace. If after removing the cladding with adherent material, there is no adhering material on the inner walls of the furnace, a freshly prepared fresh cladding can be immediately mounted on the inner surface of the main body of the furnace.

После завершения монтажа облицовки, свод соединяют с главным корпусом и снижают давление внутри печи. Убедившись, что давление в печи достигло определенной степени разрежения, на под и на слиток в водоохлаждаемом кристаллизаторе направляют пучок электронов, чтобы начать описанную выше операцию плавки.After completing the installation of the cladding, the arch is connected to the main body and reduce the pressure inside the furnace. After making sure that the pressure in the furnace has reached a certain degree of rarefaction, an electron beam is directed at the under and on the ingot in the water-cooled mold to begin the melting operation described above.

Как пояснялось выше, в четвертом варианте, после завершения процесса плавки, следующая плавка может начинаться путем разборки электронно-лучевой печи 10d, снятия облицовки и монтажа заранее подготовленной новой облицовки. Обычно после разборки печи прилипший материал, отложившийся на своде или внутренних стенах печи, удаляли вручную, и эта операция занимала 5-7 дней, что являлось основной причиной низкого коэффициента готовности печи.As explained above, in the fourth embodiment, after the completion of the smelting process, the next smelting can begin by disassembling the cathode-ray furnace 10d, removing the lining and installing a pre-prepared new lining. Usually, after disassembling the furnace, adherent material deposited on the arch or internal walls of the furnace was removed manually, and this operation took 5-7 days, which was the main reason for the low availability of the furnace.

Как пояснялось выше, при использовании печи с облицовкой по четвертому варианту время обслуживания после завершения плавки и изготовления слитка можно существенно сократить, и в результате производительность печи значительно повышается. Кроме того, поскольку частота промывки внутренних поверхностей печи сокращается, можно эффективно продлить срок службы печи за счет уменьшения коррозии.As explained above, when using the furnace with the lining according to the fourth embodiment, the service time after the completion of melting and the manufacture of the ingot can be significantly reduced, and as a result, the productivity of the furnace is significantly increased. In addition, since the washing frequency of the inside surfaces of the furnace is reduced, it is possible to effectively extend the life of the furnace by reducing corrosion.

ПримерыExamples

Эффект настоящего изобретения иллюстрируется следующими примерами.The effect of the present invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Используя устройства, конструкция которых показана на фиг. 1-3, в каждом устройстве пучком электронов плавили 1000 кг титановой губки для получения титанового слитка. В каждом устройстве эту операцию повторяли 5 раз для получения 5 слитков и анализировали возникшие включения низкой плотности в каждом титановом слитке. Однако в титановых слитках включений низкой плотности обнаружено не было. Каждый слиток подвергали ковке и прокатке для получения тонких пластин и затем исследовали рентгенографическими методами в поисках включений низкой плотности.Using devices whose construction is shown in FIG. 1-3, in each device, an electron beam melted 1000 kg of a titanium sponge to produce a titanium ingot. In each device, this operation was repeated 5 times to obtain 5 ingots, and the resulting low-density inclusions in each titanium ingot were analyzed. However, no inclusions of low density were found in titanium ingots. Each ingot was forged and rolled to obtain thin plates and then examined by x-ray methods in search of low density inclusions.

Сравнительный пример 1Comparative Example 1

Используя устройство по фиг. 1, не имеющее облицовки на внутренней поверхности стенки 15 и свода 16 и не имеющее пластинчатых элементов 17 на своде 16, были изготовлены 5 титановых слитков, так же как и в Примере 1. В пяти слитках наблюдалось наличие включений низкой плотности, и по одному включению низкой плотности диаметром прибл. 1-2 мм было обнаружено в первом и в четвертом слитке.Using the device of FIG. 1, without cladding on the inner surface of the wall 15 and the arch 16 and without plate elements 17 on the arch 16, 5 titanium ingots were made, as in Example 1. In five ingots, the presence of inclusions of low density, and one inclusion low density diameter approx. 1-2 mm was found in the first and fourth ingots.

Пример 2Example 2

Используя электронно-лучевую печь 10d мощностью 2000 кВт и имеющую облицовку свода, облицовку стенок и облицовку днища, показанную на фиг.4, было изготовлено 15 слитков весом 10 т каждый. После снижения температуры в печи до комнатной печь разобрали и заменили облицовку свода, стен и днища в указанном порядке. Далее, после очистки внутреннего пространства печи каждую очищенную облицовку установили на внутренние поверхности печи 10d для сборки печи 10d в подготовке к следующей плавке. Время, затраченное на подготовку, составило 3 дня.Using an electron beam furnace 10d with a power of 2000 kW and having a roof lining, wall lining and a bottom lining, shown in FIG. 4, 15 ingots weighing 10 tons each were made. After lowering the temperature in the furnace to room temperature, the furnace was disassembled and the lining of the vault, walls and bottom was replaced in the indicated order. Further, after cleaning the interior of the furnace, each peeled lining was installed on the internal surfaces of the furnace 10d to assemble the furnace 10d in preparation for the next smelting. The time spent on preparation was 3 days.

Следует отметить, что облицовка, снятая с печи, при подготовке к последующему монтажу подвергалась шлифовке, промывке водой и сушке.It should be noted that the lining, removed from the furnace, in preparation for the subsequent installation was subjected to grinding, washing with water and drying.

Сравнительный пример 2Reference Example 2

Процесс плавки проводился так же, как и в Примере 2, за исключением того, что облицовка по настоящему изобретению установлена не была. После завершения процесса печь разобрали и внутреннее ее пространство очистили, промыли водой и высушили. Далее, печь собрали для подготовки к следующему процессу плавки. Время, затраченное на этот процесс, составило 6 дней.The smelting process was carried out in the same manner as in Example 2, except that the lining of the present invention was not installed. After the completion of the process, the furnace was disassembled and its internal space was cleaned, washed with water and dried. Next, the furnace was collected to prepare for the next smelting process. The time spent on this process was 6 days.

Пример 2 и Сравнительный пример 2 подтвердили, что электронно-лучевая печь для металлов и способ плавки с устройством по настоящему изобретению позволяют значительно сократить время, необходимое для обслуживания печи.Example 2 and Comparative example 2 confirmed that the electron beam furnace for metals and the melting method with the device of the present invention can significantly reduce the time required to service the furnace.

Настоящее изобретение может применяться для производства титановых слитков для авиации, в которых необходимо снизить количество включения низкой плотности до минимума, и настоящее изобретение позволяет существенно повысить коэффициент использования печей.The present invention can be used for the production of titanium ingots for aviation, in which it is necessary to reduce the inclusion of low density to a minimum, and the present invention can significantly increase the utilization of furnaces.

Claims

1. Электронно-лучевая печь для плавки тугоплавкого металла, содержащая механизм подачи сырья,
плавильное устройство для сырья, соединенное с механизмом подачи и состоящее из стенки и свода печи, и
выпускной патрубок для отходящих газов, соединенный с плавильным устройством,
при этом плавильное устройство содержит по меньшей мере под, водоохлаждаемый кристаллизатор и электронно-лучевую пушку, причем по меньшей мере один элемент из свода и стенки снабжен облицовкой из титана или из нержавеющей стали, при этом на своде расположено множество пластинчатых элементов из титана или из нержавеющей стали.1. Electron beam furnace for melting refractory metal containing a feed mechanism for raw materials,
a melting device for raw materials connected to the feed mechanism and consisting of a wall and a roof of the furnace, and
exhaust pipe connected to a melting device,
wherein the melting device comprises at least a water-cooled crystallizer and an electron beam gun, and at least one element from the arch and the wall is provided with a cladding of titanium or stainless steel, while on the arch there are many plate elements made of titanium or stainless become.

2. Печь по п.1, в которой на стенке установлен экранирующий элемент, проходящий от стены печи в направлении к центру и вверх, при рассмотрении сбоку.2. The furnace according to claim 1, in which a shielding element is installed on the wall extending from the furnace wall toward the center and upward when viewed from the side.

3. Печь по п.2, в которой экранирующий элемент выполнен из металла или керамики, имеющих температуру плавления выше, чем у тугоплавкого металла или керамики.3. The furnace according to claim 2, in which the shielding element is made of metal or ceramic, having a melting point higher than that of a refractory metal or ceramic.

4. Печь по п.3, в которой температура металла или керамики экранирующего элемента поддерживают на уровне, ниже температуры плавления тугоплавкого металла.4. The furnace according to claim 3, in which the temperature of the metal or ceramic of the shielding element is maintained at a level lower than the melting temperature of the refractory metal.

5. Печь по п.3, в котором металлом экранирующего элемента является молибден или тантал.5. The furnace according to claim 3, in which the metal of the shielding element is molybdenum or tantalum.

6. Печь по п.4, в котором металлом экранирующего элемента является молибден или тантал.6. The furnace according to claim 4, in which the metal of the shielding element is molybdenum or tantalum.

7. Печь по п.3, в которой керамикой экранирующего элемента является оксид кальция, оксид иттрия или их комплекс.7. The furnace according to claim 3, in which the ceramic of the shielding element is calcium oxide, yttrium oxide, or a complex thereof.

8. Печь по п.4, в которой керамикой экранирующего элемента является оксид кальция, оксид иттрия или их комплекс.8. The furnace according to claim 4, in which the ceramic of the shielding element is calcium oxide, yttrium oxide, or a complex thereof.

9. Печь по п.1, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.9. The furnace according to claim 1, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

10. Печь по п.2, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.10. The furnace according to claim 2, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

11. Печь по п.3, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.11. The furnace according to claim 3, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

12. Печь по п.4, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.12. The furnace according to claim 4, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

13. Печь по п.5, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.13. The furnace according to claim 5, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

14. Печь по п.6, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.14. The furnace according to claim 6, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

15. Печь по п.7, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.15. The furnace according to claim 7, in which, after the exhaust pipe for exhaust gases, a condensation pipe for refractory metal vapors is installed.

16. Печь по п.8, в которой после выпускного патрубка для отходящих газов установлена конденсационная труба для паров тугоплавкого металла.16. The furnace of claim 8, in which after the exhaust pipe for exhaust gases installed condensation pipe for vapors of refractory metal.

17. Печь по п.1, в которой тугоплавким металлом, расплавляемым электронным пучком, является титан, цирконий, ниобий или ванадий.17. The furnace according to claim 1, in which the refractory metal, molten by an electron beam, is titanium, zirconium, niobium or vanadium.

18. Электронно-лучевая печь для плавки тугоплавкого металла, содержащая механизм подачи сырья,
плавильное устройство для сырья, соединенное с механизмом подачи и состоящее из стенки и свода печи, и
выпускной патрубок для отходящих газов, соединенный с плавильным устройством,
при этом плавильное устройство содержит по меньшей мере под, водоохлаждаемый кристаллизатор и электронно-лучевую пушку,
причем на внутренней поверхности печи установлена съемная облицовка, которая состоит из облицовки свода, облицовки боковой стены и облицовки днища, при этом каждый вид облицовки выполнен с возможностью снятия из печи индивидуально, при этом облицовка свода выполнена из металла, а облицовка стены и облицовка дна выполнена из металла или смолы.18. Electron beam furnace for melting refractory metal containing a feed mechanism for raw materials,
a melting device for raw materials connected to the feed mechanism and consisting of a wall and a roof of the furnace, and
exhaust pipe connected to a melting device,
wherein the melting device comprises at least a water-cooled crystallizer and an electron beam gun,
moreover, on the inner surface of the furnace, a removable lining is installed, which consists of facing the arch, facing the side wall and facing the bottom, with each type of lining made with the possibility of removal from the furnace individually, while facing the arch is made of metal, and the wall lining and the bottom lining are made from metal or resin.

19. Печь по п.18, в которой металлом облицовки свода является углеродистая сталь, нержавеющая сталь или титановый материал.19. The furnace of claim 18, wherein the arch facing material is carbon steel, stainless steel, or titanium material.

20. Печь по п.18, в которой облицовка свода имеет пластинчатую структуру или сетчатую структуру.20. The furnace of claim 18, wherein the arch lining has a lamellar or mesh structure.

21. Печь по п.19, в которой облицовка свода имеет пластинчатую структуру или сетчатую структуру.21. The furnace according to claim 19, in which the facing of the arch has a lamellar structure or a mesh structure.

22. Печь по п.18, в которой тугоплавким металлом, расплавляемым электронным пучком, является титан, цирконий, ниобий или ванадий.22. The furnace according to claim 18, wherein the refractory metal being molten by the electron beam is titanium, zirconium, niobium or vanadium.

23. Способ производства слитка тугоплавкого металла, в котором используют печь по п.1 или 18. 23. A method of manufacturing a refractory metal ingot in which a furnace according to claim 1 or 18 is used.