Расчет основных параметров гидравлических зажимных устройств и механизмов перемещения электродов.

В процессе перепуска электрода при отжатии пружин одного из зажимных колец нежелательно самопроизвольное опускание электрода под действием собственной силы тяжести вследствие повышенного износа. Поэтому электрод должен удерживаться в покое под действием зажимного усилия пружин электрододержателя. При расчетах принимают, что удерживающей нагрузки должно приходится на зажимное кольцо и лишь на электрододержатель. Если обозначить коэффициент трения скольжения стали по резине через , а стали по меди через , количество щек в одном зажимном кольце через , а щек в электрододержателе через , то усилие на одну щеку зажимного кольца:

,

а на одну контактную щеку электрододержателя:

, где

- сила тяжести электрода.

Гидроцилиндры механизма перемещения определяются по зависимости:

, где

- площадь сечения плунжера одного гидроцилиндра;

, , , , , - силы тяжести соответственно электрода, несущего гидроцилиндра, нижней и верхней траверсы, электрододержателя и механизма перепуска.

- расчетное давление с учетом потерь в сети между гидроцилиндром и насосом.

, - КПД гидроцилиндров и роликов.

При скорости передвижения электрода определяется производительность насоса:

, где

- коэффициент потерь давления.

Мощность электродвигателя насоса:

.

12 Конструкция и расчет переплавных печей.

Вакумно-дуговой переплав является одним из основных процессов промышленной спецметаллургии, он позволяет получать высококачественные материалы для специальных отраслей техники. Высокое качество металлов достигается в результате протекания плавки в вакууме, при которой из металла удаляются растворенные в нем газы и твердые неметаллические включены, испаряются примеси цветных металлов. Кроме того, в результате затвердевания в водоохлаждающем кристаллизаторе получают плотный слиток, с малой по высоте усадочной раковины и с однородной кристаллической структурой и малой ликвацией. В качестве исходного материала используют различные продукты металлургического передела. (например типовая рубка). В результате обжатия ее на мощных прессах или частичного сплавления получают расходуемые электроды. При плавке ниобия, молибдена, тантала и некоторых других металлов исходным материалом являются штабики, размером 10×10×600 мм, полученные методом порошковой металлургии. Электроды из штабиков изготавливают сваркой их в пакеты. При переплаве сталей применяют литые, кованные электроды.

Рис. 30 Схема вакуумно-дугового переплава

Отечественные заводы электротермического оборудования освоили серию печей ВДП. Эта серия включает печи типов:

- ДСВ – дуговая для плавки стали вакуумная;

- ДТВ – для плавки титана;

- ДДВ – для плавки молибдена;

- ДНВ – для плавки ниобия.

Основными элементами печи вакуумно-дугового переплава является:

1 – водоохлаждаемый поддон;

2 – кристаллизатор;

3 – соленоид;

4 – слиток;

5 – локальная ванна жидкого металла;

6 – электрод.

Основными элементами печи являются внутренняя камера, водоохлаждаемый кристаллизатор, система электропитания и система вакуумных насосов. Суть процесса заключается в том, что под действием высоких температур электрической дуги, возникающей под нижним концом электрода, металл электрода в этом месте расплавляется и каплями падает в находящуюся под дугой жидкую ванну, которая под действием охлаждения кристаллизатора непрерывно снизу затвердевает, образуя слиток. По мере плавления электрода его опускают вниз, а высота затвердевшего слитка увеличивается.

Наиболее распространены печи с расходуемым электродом и среди них печи с глухим кристаллизатором и с выкатыванием слитка.

Чаще всего используют печи первого типа, а печи с вытягиванием слитка применяются в основном для плавки тугоплавких металлов, качество которых сильно зависит от величины давления определяющихся в процессе плавки газов. Для улучшения отсоса газов уровень расплава поддерживается постоянно в верхней части кристаллизатора. В этих печах вытягиваемый слиток поступает в камеру охлаждения.

Часто кристаллизатор оборудован расположенным снаружи солиноидом 3, создающим аксиальное магнитное поле для стабилизации горения дуги и предупреждения ее переброса на стенки кристаллизатора.

Все печи ВДП, независимо от их конструкции и типа, работают на постоянном токе. В качестве источника питания служат тиристорные выпрямительные агрегаты. Рабочий ток колеблется в пределах 12 – 50 кА, а напряжение 28 – 70 В. Ток подается к верху электрододержателя (отрицательный полюс) и к поддону (положительный полюс).

13 Конструкция и расчет печей электронно-лучевого переплава.

Этот метод применяют для получения особо чистых металлов и сплавов. Он сочетает в себе возможность плавки металла в глубоком вакууме с нагревом до высокой температуры. Электронно-лучевой переплав эффективнее, чем вакуумно-дуговой, так как имеет независимый источник нагрева, что позволяет в широких пределах регулировать температуру расплава.

Принцип метода состоит в том, что пучок электронов, бомбардирует шихту или металлическую заготовку, которые расплавляются в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Пучок электронов создает электронно-лучевые нагреватели (электронные пушки).

Рис. 31 Схема электронно-лучевого переплава с радиальным расположением пушек и вертикальной подачей электрода

Печи предназначены для плавки и рафинирования черных, цветных и редких металлов и сплавов на их основе.

Основными элементами печи являются:

1 – рабочая камера (вакуум камера);

2 – пушка;

3 – кристаллизатор;

4 – слиток;

5 – поддон;

6 – шток затравки;

7 – патрубок вакуумной системы;

8 – заготовка (переплавляемый электрод);

9 – шток заготовки.

Рис. 32 Схема электронно-лучевого переплава с горизонтальной подачей электрода и аксиальным расположением пушек:

8- расходуемый электрод; 10- ролики

Механизмы вытягивания слитка и опускания электродов однотипны. Они имеют винтовую передачу и электромеханические приводы с двухскоростными редукторами. Они должны обеспечить две скорости: рабочую, регулируемую в пределах 0,002 – 0,02 , маршевую – свыше 1,0 .

При расчете механизмов вытягивания слитков независимо от их конструкции необходимо знать величину усилия сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора.

В вакуумных печах величина усилия в основном зависит от влияния корки, образующейся на стенках кристаллизатора вследствие разбрызгивания металла. Корка, удерживаясь прочно на кристаллизаторе, сваривается со слитком и препятствует разбрызгиванию. Величина этого усилия равна:

, Н, где

- диаметр слитка, см.

Сопротивление в вакуумных уплотнениях штоков, МН:

, где

- диаметр штока, м;

- высота уплотнения, м;

- коэффициент трения, ;

- радиальное удельное давление.

В механизмах подачи заготовки печей ЭЛП применение гибких передач (цепей, канатов) затруднено необходимостью вращения заготовки для равномерного оплавления конца. Поэтому в печах с вертикальной подачей заготовки применяют преимущественно винтовые механизмы, а в печах с горизонтальной подачей – винтовые и гидравлические.

Особенность конструкции кристаллизаторов печей ЭЛП состоит в том, что они предназначены для процесса с вытягиванием слитка, поэтому их изготавливают короткими и сквозными. Поскольку максимальная тепловая нагрузка падает на узкий поясок контакта жидкого металла с гильзой в верхней части кристаллизатора, требуется более интенсивное охлаждение рабочей гильзы. Для этого между кожухом и гильзой вставляют обойму с винтовой канавкой по которой направленно со скоростью 5 циркулирует вода.