Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав
Рассмотрены особенности индукционной плавки в секционном кристаллизаторе и передачи энергии високочастотного электромагнитного поля от индуктора к металлической ванне. Показано, что секционные кристаллизаторы представляют собой весьма сложные в конструктивном отношении агрегаты, функциональные возмо...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Современная электрометаллургия |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96284 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав / И.В. Шейко, В.А. Шаповалов, В.В. Якуша, Ю.А. Никитенко, Д.М. Жиров // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 14-19. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96284 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-962842016-03-14T03:02:15Z Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав Шейко, И.В. Шаповалов, В.А. Якуша, В.В. Никитенко, Ю.А. Жиров, Д.М. Вакуумно-индукционная плавка Рассмотрены особенности индукционной плавки в секционном кристаллизаторе и передачи энергии високочастотного электромагнитного поля от индуктора к металлической ванне. Показано, что секционные кристаллизаторы представляют собой весьма сложные в конструктивном отношении агрегаты, функциональные возможности которых значительно шире, чем у кристаллизаторов традиционной конструкции. Они участвуют не только в формообразовании слитка, но и в передаче энергии электромагнитного поля от индуктора или другой электромагнитной системы к расплаву, что в ряде случаев повышает технико-экономические показатели переплавных процессов (например, ЭЛП и ЭШП) и качественные характеристики выплавленного металла. Степень передачи энергии в металлическую ванну в значительной мере зависит от конструкции водоохлаждаемых секций. Peculiarities of induction melting in a sectional mould and transmission of energy of high-frequency electromagnetic field from inductor to metal pool are considered. It is shown that the sectional moulds represent units of a complicated design, the functional capabilities of which are much wider than in moulds of a traditional design. They effect not only on the ingot formation, but also on transmission of electromagnetic field energy from inductor or other electromagnetic system to the melt, thus increasing in some cases the technical-economical characteristics of remelting processes ( for example EBR and ESR) and quality characteristics of the produced metal. The degree of energy transmission into metal pool depends to a large extent on the design of water-cooled sections. 2011 Article Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав / И.В. Шейко, В.А. Шаповалов, В.В. Якуша, Ю.А. Никитенко, Д.М. Жиров // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 14-19. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0233-7681 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96284 669.187.58 ru Современная электрометаллургия Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Вакуумно-индукционная плавка Вакуумно-индукционная плавка |
| spellingShingle |
Вакуумно-индукционная плавка Вакуумно-индукционная плавка Шейко, И.В. Шаповалов, В.А. Якуша, В.В. Никитенко, Ю.А. Жиров, Д.М. Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав Современная электрометаллургия |
| description |
Рассмотрены особенности индукционной плавки в секционном кристаллизаторе и передачи энергии високочастотного электромагнитного поля от индуктора к металлической ванне. Показано, что секционные кристаллизаторы представляют собой весьма сложные в конструктивном отношении агрегаты, функциональные возможности которых значительно шире, чем у кристаллизаторов традиционной конструкции. Они участвуют не только в формообразовании слитка, но и в передаче энергии электромагнитного поля от индуктора или другой электромагнитной системы к расплаву, что в ряде случаев повышает технико-экономические показатели переплавных процессов (например, ЭЛП и ЭШП) и качественные характеристики выплавленного металла. Степень передачи энергии в металлическую ванну в значительной мере зависит от конструкции водоохлаждаемых секций. |
| format |
Article |
| author |
Шейко, И.В. Шаповалов, В.А. Якуша, В.В. Никитенко, Ю.А. Жиров, Д.М. |
| author_facet |
Шейко, И.В. Шаповалов, В.А. Якуша, В.В. Никитенко, Ю.А. Жиров, Д.М. |
| author_sort |
Шейко, И.В. |
| title |
Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав |
| title_short |
Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав |
| title_full |
Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав |
| title_fullStr |
Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав |
| title_full_unstemmed |
Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав |
| title_sort |
охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Вакуумно-индукционная плавка |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96284 |
| citation_txt |
Охлаждаемые кристаллизаторы для формирования слитков с электромагнитным воздействием на расплав / И.В. Шейко, В.А. Шаповалов, В.В. Якуша, Ю.А. Никитенко, Д.М. Жиров // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 14-19. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT šejkoiv ohlaždaemyekristallizatorydlâformirovaniâslitkovsélektromagnitnymvozdejstviemnarasplav AT šapovalovva ohlaždaemyekristallizatorydlâformirovaniâslitkovsélektromagnitnymvozdejstviemnarasplav AT âkušavv ohlaždaemyekristallizatorydlâformirovaniâslitkovsélektromagnitnymvozdejstviemnarasplav AT nikitenkoûa ohlaždaemyekristallizatorydlâformirovaniâslitkovsélektromagnitnymvozdejstviemnarasplav AT žirovdm ohlaždaemyekristallizatorydlâformirovaniâslitkovsélektromagnitnymvozdejstviemnarasplav |
| first_indexed |
2025-07-07T03:28:52Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:28:52Z |
| _version_ |
1836957232601759744 |
| fulltext |
УДК 669.187.58
ОХЛАЖДАЕМЫЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛИТКОВ
С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
НА РАСПЛАВ
И. В. Шейко, В. А. Шаповалов,
В. В. Якуша, Ю. А. Никитенко, Д. М. Жиров
Рассмотрены особенности индукционной плавки в секционном кристаллизаторе и передачи энергии высокочастотного
электромагнитного поля от индуктора к металлической ванне. Показано, что секционные кристаллизаторы пред-
ставляют собой весьма сложные в конструктивном отношении агрегаты, функциональные возможности которых
значительно шире, чем у кристаллизаторов традиционной конструкции. Они участвуют не только в формообразо-
вании слитка, но и в передаче энергии электромагнитного поля от индуктора или другой электромагнитной системы
к расплаву, что в ряде случаев повышает технико-экономические показатели переплавных процессов (например,
ЭЛП и ЭШП) и качественные характеристики выплавленного металла. Степень передачи энергии в металлическую
ванну в значительной мере зависит от конструкции водоохлаждаемых секций.
Peculiarities of induction melting in a sectional mould and transmission of energy of high-frequency electromagnetic
field from inductor to metal pool are considered. It is shown that the sectional moulds represent units of a complicated
design, the functional capabilities of which are much wider than in moulds of a traditional design. They effect not only
on the ingot formation, but also on transmission of electromagnetic field energy from inductor or other electromagnetic
system to the melt, thus increasing in some cases the technical-economical characteristics of remelting processes ( for
example EBR and ESR) and quality characteristics of the produced metal. The degree of energy transmission into metal
pool depends to a large extent on the design of water-cooled sections.
Ключ е вы е с л о в а : секционный кристаллизатор; ин-
дуктор; поддон; загрузка; металлическая ванна; расходуемая
заготовка; электромагнитное поле
В современных переплавных способах, основанных
на применении электрических источников нагрева
(вакуумно-дуговой – ВДП, электрошлаковый –
ЭШП, электронно-лучевой – ЭЛП и плазменно-
дуговой переплавы – ПДП) формирование слитка
во время плавки происходит в медном охлаждаемом
кристаллизаторе. Конструктивные решения этих
устройств весьма разнообразны и определяются
особенностями того или иного процесса.
Так, большинство кристаллизаторов для ВДП и
ЭШП представляют собой водоохлаждаемую из-
ложницу, у которой формирующая гильза выпол-
нена из меди и помещена в стальную обечайку (ру-
башку). В кольцевой зазор между гильзой и обе-
чайкой подается охлаждающая вода. Высота (дли-
на) таких кристаллизаторов, как правило, превы-
шает длину слитка, поскольку слиток наплавляется
путем переплава расходуемого электрода непосред-
ственно в кристаллизаторе [1—3].
Формирование слитков в печах ЭЛП и ПДП
происходит в результате переплава расходуемых
заготовок, которые размещают над кристаллизато-
ром, а слиток в процессе плавки вытягивают из
кристаллизатора. Высота такого кристаллизатора,
как правило, не превышает диаметра выплавляемо-
го слитка, поскольку во время плавки в кристалли-
заторе располагается металлическая ванна, а слиток
находится ниже кристаллизатора [2, 4—7].
Во второй половине прошлого века заметное раз-
витие за рубежом и у нас в стране получили способы
индукционной плавки высокореакционных метал-
лов, в которых вместо тигля из огнеупорного мате-
риала используются так называемые холодные тиг-
ли или охлаждаемые секционные кристаллизаторы.
Эти процессы известны как индукционная плавка
© И. В. ШЕЙКО, В. А. ШАПОВАЛОВ, В. В. ЯКУША, Ю. А. НИКИТЕНКО, Д. М. ЖИРОВ, 2011
14
в холодном тигле (ИПХТ) и индукционный пере-
плав в секционном кристаллизаторе (ИПСК) [8—15].
Источником тепловой энергии при ИПСК явля-
ется электромагнитное поле, создаваемое перемен-
ным током, протекающим в индукторе. Условия пе-
редачи энергии электромагнитного поля при ИПСК
отличаются от таковых обычной индукционной
плавки, поскольку между индуктором и загрузкой
находится стенка секционного кристаллизатора.
В отличие от других переплавных процессов
(ВДП, ЭШП, ЭЛП и ПДП), в которых формиро-
вание слитка также происходит в охлаждаемом
кристаллизаторе и он является только конструктив-
ным элементом, формирующим слиток, при ИПСК
кристаллизатор служит еще и электроэнергетичес-
ким звеном в электрической силовой цепи. Таким об-
разом, от конструкции секционного кристаллизатора
зависит не только качество выплавляемого слитка, но
и электроэнергетические показатели процесса.
Во внутреннем объеме кристаллизатора вследст-
вие протекания индуцированных токов в секциях
создается электромагнитное поле. Кроме того, через
зазоры между секциями проникает электромагнит-
ное поле, создаваемое током индуктора. Поэтому
суммарное электромагнитное поле весьма неодно-
родно. В зоне, расположенной напротив стыков сек-
ций, напряженность электромагнитного поля зна-
чительно выше, чем в зонах напротив секций.
Экспериментально установлено, что путь проте-
кания тока, индуцированного в секциях, зависит от
конструкции секций. В поперечном сечении каждая
секция имеет четыре стенки со своим функциональ-
ным назначением.
Так, в наружной стенке, обращенной к индук-
тору, происходит наведение тока, создаваемого
электромагнитным полем индуктора. Ток, протека-
ющий по внутренней стенке секции (обращенной к
загрузке), индуцирует токи в поверхностном слое
загрузки, и поэтому внутренняя стенка секции слу-
жит индуктором для загрузки. Радиальные стенки
секции являются токоподводами, обеспечиваю-
щими подвод тока к внутренним стенкам секций.
Таким образом, для сокращения электрических по-
терь в кристаллизаторе необходимо уменьшать дли-
ну радиальных (боковых) стенок секций.
При одинаковой толщине стенок секций, что ха-
рактерно для секций, изготовленных из профили-
рованной медной трубки (рис. 1, а), индуцирован-
ный кольцевой ток протекает равномерно по тол-
щине стенки. Если толщина стенки секции неоди-
накова, что имеет место в случае сверленных кана-
лов для протока охлаждающей воды (рис. 1, б), то
кольцевые токи протекают по кратчайшему пути.
В результате, они огибают края у стыков радиаль-
ных и внутренней стенки, что способствует образо-
ванию краевых «мертвых» зон с обеих сторон внут-
ренней стенки. Это приводит к уменьшению длины
индуцирующей части внутренней стенки секции,
особенно при работе на токах средней и низкой час-
тоты (2,5…8,0 кГц и меньше), поскольку с умень-
шением частоты электрического тока поверхност-
ный эффект значительно снижается и тепловыде-
ление в загрузке заметно падает, а следовательно,
уменьшается электрический КПД системы индук-
тор—кристаллизатор—загрузка.
Экспериментально установлено, что в макете
загрузки, размещенной в секционном кристаллиза-
торе, секции которого изготовлены из профилирован-
ной медной трубки, на частоте рабочего тока 2,4 кГц
выделяется в среднем 36…40 % тепловой энергии.
В том же макете загрузки, установленной в кристал-
лизатор, секции которого имеют сверленные каналы
для протока охлаждающей воды, выделяется всего
27…32 % тепловой энергии, т. е. на 8…12 % меньше.
По принципу формирования слитка секционные
кристаллизаторы можно разделить на две группы:
кристаллизаторы-изложницы, в которых слиток по-
лучают без его перемещения в ходе плавки относи-
тельно стенки кристаллизатора; кристаллизаторы,
из которых при плавке слиток вытягивают с по-
мощью специального механизма (кристаллизаторы
скольжения).
Каждая из этих схем широко применяется на
практике и имеет как преимущества, так недостат-
ки. Основным достоинством выплавки слитков в
кристаллизаторе-изложнице является отсутствие
перемещения слитка относительно стенки кристал-
лизатора во время плавки. В этом случае кристал-
лизатор и слиток не испытывают механических наг-
рузок, вызванных трением слитка о формирующую
стенку кристаллизатора, что существенно повышает
ресурс работы кристаллизатора. Кроме того, иск-
лючается образование трещин в слитке из металлов
и сплавов, имеющих низкую пластичность даже при
высоких температурах.
Рис. 1. Схема протекания токов в элементах системы индуктор—
кристаллизатор—загрузка в зависимости от толщины стенки
секции кристаллизатора: а – одинаковая по периметру; б –
различная по периметру; 1 – индуктор; 2 – секции кристал-
лизатора; 3 – диэлектрическая прокладка; 4 – загрузка; Iз –
ток, индуцированный в поверхностном слое загрузки; Iс – ток,
индуцированный в секции; Iи – ток индуктора; Ф1 – магнитный
поток секции
15
Недостаток этой схемы заключается в большой
металлоемкости секционного кристаллизатора,
сложной технологии его изготовления и, соответс-
твенно, высокой стоимости.
К преимуществам схемы с вытягиванием слитка
следует отнести небольшие металлоемкость и стои-
мость секционных кристаллизаторов, поскольку об-
щая высота формирующей гильзы, как правило, не
превышает два диаметра слитка. Основным недос-
татком этой схемы является невозможность выплав-
ки слитков из металлов и сплавов, имеющих малую
пластичность, и поэтому в процессе вытягивания не
исключено образование поперечных трещин, а
иногда происходит и разрыв слитков.
Кристаллизаторы для индукционной выплавки
слитков путем их вытягивания представляют собой
конструкцию, состоящую из медной секциониро-
ванной гильзы и водяного коллектора (рис. 2, 3).
Основные технические характеристики кристалли-
заторов приведены в табл. 1.
Формирующая секционная гильза изготовляет-
ся из толстостенной медной трубы (толщина стенки
от 25 мм и более) путем фрезерования в ней ради-
Т а б л и ц а 1 . Технические характеристики кристаллизаторов скольжения для ИПСК
Dвн.кр Dн.кр Высота рабочей
части гильзы, мм
Количество
секций, шт.
Расход охлажда-
ющей воды, м
3
/ч
Особенности конструкции
мм
55 85 70 12 0,8… 1,2 Каналы для воды сверленные диаметром 10 мм
68 98 80 12 0,8… 1,2 Каналы для воды фрезерованные размером 8 8 мм
80 110 95 14 1,0… 1,5 Каналы для воды сверленные диаметром 10 мм
100 135 120 16 1,5… 2,0 Каналы для воды фрезерованные размером 10 8 мм
150 185 175 16 2,0… 2,5 Каналы для воды сверленные диаметром 12 мм
Рис. 2. Конструкция секционного (скользящего) кристаллиза-
тора для индукционной выплавки слитков с вытягиванием их
во время плавки: 1 – формирующая гильза; 2 – дефлектор;
3 – уплотнительные кольца; 4 – водяной коллектор; 5 – пат-
рубок для подвода охлаждающей воды; 6 – патрубок для отвода
воды; 7 – секции; 8 – диэлектрические прокладки; 9 – каналы
для протока воды
Рис. 3. Секционный скользящий кристаллизатор диаметром 80 мм
для ИПСК: а – общий вид; б – формирующая секционная
гильза
16
альных прорезей, образующих продольные секции.
Для обеспечения электрической изоляции секций в
зоне индуктора устанавливают тонкие диэлектри-
ческие полоски из термостойкого материала. Чаще
всего для этого используют стеклоткань. Далее про-
изводят обжатие гильзы при помощи специальных
хомутов, и стеклолента механически зажимается
между секциями, обеспечивая их электроизоляцию.
Каналы для протока охлаждающей воды в секци-
ях выполняют путем сверления или фрезерования.
Первый способ технологически проще, однако в этом
случае секции имеют переменную толщину стенок,
что приводит к снижению передаваемой в загрузку
энергии.
Фрезерование каналов для протока воды обес-
печивает одинаковую толщину стенок секций по се-
чению. Поэтому несмотря на более сложную техно-
логию изготовления гильзы это экономически оп-
равдано, поскольку КПД такого кристаллизатора
выше. Формирующую поверхность гильзы после
опрессовки можно обработать на токарном станке
или прошлифовать, что позволяет уменьшить уси-
лие трения слитка при вытягивании.
Формирующую гильзу кристаллизатора следует
изготовлять из деформированного металла. Приме-
нение заготовок из литого металла нежелательно,
поскольку в нем возможно наличие микропор и га-
зовых раковин, которые могут стать причиной про-
жога кристаллизатора во время плавки. Для разде-
ления потоков воды в каналах секций в каждой из
них устанавливают перегородки. Материал перего-
родок должен быть неэлектропроводным во избе-
жание перетока индуцированных токов в секциях.
Формирующую гильзу устанавливают в водя-
ном коллекторе, а герметичность соединения гиль-
зы с коллектором обеспечивают путем использо-
вания уплотнительных резиновых колец. Равно-
мерность водяного потока от коллектора к гильзе
создают за счет множества отверстий, выполненных
в коллекторе.
Кристаллизаторы аналогичной конструкции в
последние годы нашли применение в литейных пла-
вильных установках для электронно-лучевой плав-
ки (рис. 4). Они позволяют в процессе плавки осу-
ществлять перемешивание металлической ванны
благодаря электромагнитным катушкам, питаю-
щимся от сети переменного тока.
Медная водоохлаждаемая гильза таких кристал-
лизаторов в зоне катушек имеет вертикальные ра-
диальные прорези, делящие гильзу на секции. Бла-
годаря этим прорезям электромагнитное поле, соз-
даваемое катушками, проникает во внутренний
объем кристаллизатора и вызывает перемешивание
металлической ванны.
Вследствие электромагнитного перемешивания
при ЭЛП удельный расход электроэнергии сокра-
щается почти вдвое, уменьшается продолжитель-
ность плавки и возрастает слив металла [16].
Другой разновидностью секционных кристалли-
заторов для ИПСК являются кристаллизаторы-из-
ложницы, представляющие собой более металлоем-
кую конструкцию, чем кристаллизаторы скольже-
ния, поскольку они длиннее, чем выплавляемые
слитки. Формирующая гильза таких кристаллиза-
торов собирается из профилированной медной труб-
ки, имеющей в сечении трапециевидную форму
(рис. 5). Применение профилированных трубок су-
щественно упрощает технологию производства сек-
ций. Однако при толщине стенки более 2,0…2,5 мм,
необходимой для кристаллизаторов, рассчитанных
на выплавку крупных слитков, возникают труднос-
ти с профилированием трубок.
Секции крупных кристаллизаторов необходимо
изготовлять с применением фрезерования длинно-
мерных медных прутков для придания им трапеци-
Рис. 4. Принципиальная схема кристаллизатора для ЭЛП с сис-
темой электромагнитного перемешивания [16]: 1 – водоохлаж-
даемая медная гильза; 2 – разрезы в зоне размещения катушек;
3 – магнитопровод; 4 – электромагнитная катушка; 5 – во-
дяной коллектор
Рис. 5. Конструкция секционного кристаллизатора-изложницы
диаметром 200 мм для выплавки слитков способом ИПСК (пла-
вильная установка ОП-151): 1 – верхний фланец; 2 – секции
из профилированной медной трубки; 3 – герметичная оболочка
из стеклопластика; 4 – нижний фланец; 5 – напорный водяной
коллектор; 6 – сливной водяной коллектор
17
евидной формы снаружи и получения внутренних
каналов для протока воды.
Электрическая изоляция секций обеспечивается
путем нанесения на боковые сопрягаемые стенки
оксида алюминия при помощи газотермического на-
пыления либо наклеивания ленты из стеклоткани.
К торцам гильзы с обеих сторон приваривают по
фланцу, что позволяет крепить кристаллизатор
верхним фланцем к плавильной камере или бункеру
установки, а к нижнему – присоединять поддон.
Технические характеристики кристаллизаторов
этого типа приведены в табл. 2.
Водяные коллекторы первых кристаллизаторов
были изготовлены из труб, согнутых в кольца, которые
охватывали гильзу по периметру (рис. 5). Подвод и
отвод воды к секциям осуществлялся при помощи мед-
ных штуцеров, присоединенных радиально между сек-
циями и коллекторами.
В дальнейшем конструкция водяных коллекторов
претерпела изменения, и водоснабжение секций про-
исходит без применения радиальных штуцеров, а са-
ми коллекторы выполняют разборными (рис. 6, а).
Это существенно упростило обслуживание кристаллиза-
торов, внешний вид стал более эстетичным (рис. 6, б).
Для герметизации рабочего объема кристалли-
затора его гильзу по всей высоте покрывают обо-
лочкой из стеклоткани толщиной 3,0…3,5 мм, ко-
торую получают путем послойной намотки стекло-
ленты с пропиткой каждого слоя эпоксидным кле-
ем. Оболочка из стеклоткани придает кристаллиза-
тору дополнительную конструктивную жесткость и
прочность.
Кристаллизаторы аналогичной конструкции на-
ходят применение в процессах магнитоуправляемой
ЭШП при выплавке высокореакционных металлов
и сплавов [17 ]. Как и в случае ЭЛП, электромаг-
нитное поле, создаваемое переменным током в ка-
тушке, охватывающей секционированную гильзу
кристаллизатора по периметру, проникает во внут-
ренний объем кристаллизатора и вызывает переме-
шивание металлической ванны. Это способствует
усреднению химического состава металла в объеме
металлической ванны и измельчению зерен при
кристаллизации слитка.
В последние годы индукционная плав-
ка в секционном кристаллизаторе широко
применяется при производстве слитков
кремния для солнечной энергетики [18—22].
Во Франции (фирма «Emix») и Японии
(фирма «Sumko Solar Corporation») рабо-
тают индукционные плавильные установ-
ки, которые позволяют выплавлять круп-
ные слитки мультикристаллического крем-
ния сечением 400 400 мм и длиной в нес-
колько метров.
Выплавка этих слитков производится
в составных панельных кристаллизато-
рах. На рис. 7 приведена одна из конс-
трукций секционной охлаждаемой пане-
ли, используемой для сборки такого крис-
таллизатора. Панель в зоне индуктора раз-
делена прорезями на вертикальные
секции, в каждой из которых имеется ка-
нал для протока охлаждающей воды. Все
панели имеют по водяному коллектору и
Т а б л и ц а 2 . Техническая характеристика кристаллиза-
торов-изложниц для ИПСК
Dкр,
мм
Общая
высота,
мм
Количест-
во секций,
шт.
Расход охлаж-
дающей воды,
м
3
/ч
Особенности
конструкции
60 400 16 1,0… 1,5 Водяной коллектор
разборной
80 400 20 1,0… 1,8 То же
160 370 24 2,2… 2,8 »
225 800 24 2,5… 3,2 Водяной коллектор
из кольцевых трубок
300 610 28 3,0… 4,0 Водяной коллек-
тор разборной
Рис. 6. Секционный кристаллизатор с разборным водяным коллектором:
а – в разрезе; б – общий вид; 1 – секционная гильза; 2 – поддон; 3 –
водяной коллектор
Рис. 7. Конструкция секционной панели сборного кристаллиза-
тора: а – в разрезе; б – схема сборки кристаллизатора; 1, 2,
6 – заглушки; 3 – медная панель; 4 – каналы для протока
охлаждающей воды; 5 – межсекционные прорези; 7 – водяной
коллектор; 8 – штуцер
18
поэтому из них достаточно просто собирать крис-
таллизатор заданной конфигурации, в данном слу-
чае квадратной формы. Кристаллизатор работает в
герметичной плавильной камере установки.
Таким образом, секционные кристаллизаторы
представляют собой весьма сложные в конструктив-
ном отношении агрегаты, функциональные возмож-
ности которых значительно шире, чем у кристал-
лизаторов традиционной конструкции. Они участ-
вуют не только в формообразовании слитка, но и в
передаче энергии электромагнитного поля от индук-
тора или другой электромагнитной системы к рас-
плаву, что в ряде случаев повышает технико-эко-
номические показатели переплавных процессов
(например ЭЛП и ЭШП), а также качественные
характеристики выплавленного металла. Поэтому
область применения этих агрегатов с каждым годом
расширяется.
1. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и ус-
тановки специального нагрева: Учебник для вузов. – 2-е
изд. / А. Д. Свенчанский, И. Т. Жердев, А. М. Кручи-
нин и др. – М.: Энергоиздат, 1981. – 296 с.
2. Сапко А.И. Механическое оборудование цехов спецэлект-
рометаллургии. – М.: Металлургия, 1983. – 200 с.
3. Электрошлаковые печи / Б. И. Медовар, Л. М. Ступак,
Г. А. Бойко и др. – Киев: Наук. думка, 1976. – 414 с.
4. Патон Б. Е., Мовчан Б. А., Тихоновский А. Л. Анализ
современных способов плавки и рафинирования металла в
электронно-лучевых печах // Рафинирующие перепла-
вы: Сб. ст. – Киев: Наук. думка, 1974. – С. 179—195.
5. Мовчан Б. А. Электронно-лучевая плавка и испарение в
современных металлургии и машиностроении // Сварка
и специальная электрометаллургия. – Киев: Наук. дум-
ка, 1984. – С. 259—264.
6. Плазменно-дуговой переплав металлов и сплавов / Б. Е. Па-
тон, В. И. Лакомский, Д. А. Дудко и др. // Автомат.
сварка. – 1966. – № 8. – С. 1—5.
7. Бортничук Н. И., Крутянский М. М. Плазменно-дуго-
вые плавильные печи. – М.: Энергоиздат, 1981. – 120 с.
8. Shippereit G. H., Leatherman A. F., Everts D. S. Cold-
crucible induction melting of reactive metals // J. of Me-
tals. – 1961. – № 2. – P. 140—143.
9. Clites P. G., Beall R. A. Induction-slag melting of titani-
um. Kept. Investing. Bur. Mines // U.S. Dept. Interior.
– 1969. – № 7268. – P. 1—20.
10. Качур Л. И. Индукционная печь с секционированным ти-
глем для плавки металлов и сплавов // Научно-
технические достижения. ВНИИМИ: Сб. тр. – М.,
1987. – С. 65—68.
11. Фомин Н. И. Определение параметров системы индук-
тор—тигель—садка в индукционных печах с холодным тиг-
лем // Исследование в области промышленного электро-
нагрева: Труды ВНИИЭТО. – М.: Энергия, 1981. –
Вып. 7. – С. 65—71.
12. Тир Л. Л., Чайкин П. М., Никольский Л. Е. Индукцион-
ные плавильные печи с холодным тиглем // Электротер-
мия. – 1968. – Вып. 73—74. – С. 68—71.
13. Индукционный переплав в секционном кристаллизаторе,
возможности и перспективы применения его для перепла-
ва титановых отходов / Ю. В. Латаш, И. В. Шейко,
В. Н. Бернадский и др. // Пробл. спец. электрометал-
лургии. – 1986. – № 2. – С. 64—70.
14. Дистилляционное рафинирование чернового иттрия при
индукционном переплаве в секционном кристаллизаторе
(ИПСК) / И. В. Шейко, Ю. В. Латаш, Г. А. Высоцкий
и др. // Там же. – 1991. – № 3. – С. 76—80.
15. Sheiko I. V., Latash Yu. V. Induction Melting with an
Ingot Formatioin in a Sectional Mould / Ed. by Institute
E. O. Paton. – London, 1999. – 11, № 4. – 99 p.
16. Электронно-лучевая плавка в литейном производстве /
С. В. Ладохин, Н. И. Левицкий, В. Б. Чернявский и
др. – Киев: Сталь, 2007. – 627 с.
17. Протоковілов І. В. Магнітокерована електрошлакова
плавка багатокомпонентних титанових сплавів: Дис. …
канд. техн. наук / НАН України, Ін-т электрозварюван-
ня ім. Є. О. Патона. – Київ, 2006. – 178 с.
18. Басин А. С., Шишкин А. В. Получение кремниевых плас-
тин для солнечной энергетики. Методы и технологии. –
Новосибирск: ИТ СЩ РАН, 2000. – 196 с.
19. Абдюханов И. М. Разработка основ технологии производ-
ства металлургического кремния повышенной чистоты для
наземной фотоэнергетики // Рос. хим. ж-л. – 2001. –
45, № 5-6. – С. 107—111.
20. Солнечная энергетика и возможности индукционной гар-
ниссажной плавки в холодном тигле для получения солнеч-
ного кремния / А. В. Шкульков, Ю. В. Черпак, С. А. По-
зируй и др. // Индукционный нагрев. – 2009. – № 3. –
С. 16—19.
21. Kaneko K., Misava T., Tabata K. Cold crucible induction
casting of semiconductor silicon for solar cells // Photo-
voltaic Specialists conf. (21—25 May 1990, Kissimmee, EL,
USA). – Kissimmee, 1990. – Vol. 1. – P. 674—677.
22. Continuous pulling of photovoltaic silicon using an inducti-
ve cold crucible / P. Ribeyron, A. Gagnoud, M. Anderhu-
ber et al. // Proc. Intern. conf. Electromagnetic Proces-
sing of Materials UIE/EPM (June 6, Paris, 1997). –
Paris, 1997. – Vol. 2. – P. 303—308.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 30.09.2011
Международная конференция «Ti-2012 в СНГ»
22—25 апреля 2012, г. Казань, Россия
18 ноября 2011 г. состоялось заседание Совета директоров ЗАО «Межгосударственная ассоциация «Титан».
Собрание проходило в ФГУП ВИАМ, г. Москва. Были рассмотрены вопросы текущей деятель-
ности ассоциации, а также принято решение о проведении очередной ежегодной международной
конференции «Ti-2012 в СНГ» с 22 по 25 апреля 2012 г. в г. Казань.
http:\\www.titan-association.com
19
|