СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЛАВКИ Российский патент 1995 года по МПК B22F7/00 

Изобретение относится к области вторичной металлургии и может быть использовано при переработке отходов титановых сплавов методом вакуумно-дугового переплава прессованного расходуемого электрода.

Расходуемый электрод для вакуумно-дуговой плавки, представляющий собою брикет цилиндрической формы, изготавливают способом прессования в матрице свободно насыпанной шихты. Существенным недостатком этого электрода для выплавки слитков является возможность ввода в шихту не более 30-35% отходов, так как при введении большего количества отходов снижается прочность прессованного электрода и возрастает частота случаев разрушений электрода в процессе технологического цикла вакуумно-дуговой плавки.

Известен способ изготовления расходуемого электрода, в котором повышение механической прочности достигается подбором компонентов шихты по размеру и форме. Недостатком этого электрода является необходимость использования чистой мягкой титановой губки и невозможность использования отходов в количествах более 30-35%
Известен также способ изготовления расходуемого электрода, в котором кусковую шихту засыпают в форму и заливают расплавом рабочего флюса, применяемого при электрошлакового переплаве. Недостатком этого способа является невозможность использования его для переработки отходов титановых сплавов.

В качестве прототипа выбран способ изготовления комбинированного расходуемого электрода для плавки в вакуумно-дуговых печах, включающий подготовку шихты и компактирование ее в электрод прессованием в матрице, а затем осуществляют формирование скрепляющей наружной оболочки, получаемой путем заливки электрода расплавом в гарнисажной печи. Недостатком комбинированного электрода с литой наружной оболочкой является большая сложность и трудоемкость изготовления, сужение технологических возможностей переработки отходов.

Целью изобретения является разработка способа изготовления расходуемого электрода для плавки титановых сплавов в вакуумно-дуговой печи, обеспечивающего упрощение технологии изготовления и расширение технологических возможностей переработки отходов.

Указанная цель достигается тем, что наружную скрепляющую цилиндрическую оболочку выполняют из листового материала входящего компонентом в состав выплавляемого сплава, устанавливают в пресс-форму, засыпают в оболочку шихту и производят прессование электрода с наружной скрепляющей оболочкой.

Для уменьшения осыпания шихты из оболочки в процессе плавки электрод выполняют в форме усеченного конуса с углом 1-5 градусов, а повышение плотности электрода достигают дополнительной деформацией с обжатием электрода в диаметральном сечении методом изостатического прессования или в штампе. Дополнительное торможение шихты в оболочке достигают формированием на поверхности электрода зигов, направленных внутрь электрода, а также использованием в составе шихты недробленой стружки или скрапа в количестве 5-50 мас.

Авторам неизвестны технические решения аналогичного назначения, содержащие предлагаемую совокупность признаков, поэтому предлагаемый способ изготовления расходуемого электрода для плавки отходов титановых сплавов обладает новизной.

При плавлении расходуемого электрода с тонколистовой скрепляющей оболочкой придание электроду сужающейся к низу конусной формы формирует эффект самоторможения (заклинивания) шихты в оболочке, а угол конусности составляет 1-5 градусов и увеличивается с увеличением диаметра электрода. Основанием для указанного ограничения параметров послужила серия экспериментальных плавок в вакуумной дуговой печи при изготовлении из отходов титановых сплавов опытных партий вторичных сплавов.

Упрощение технологии изготовления расходуемого электрода с наружной скрепляющей оболочкой и расширение технологических возможностей переработки отходов титановых сплавов достигается за счет существенных признаков, приведенных в отличительной части формулы изобретения.

Способ изготовления расходуемых электродов диаметром 80˙600 мм и 180˙600 мм для вакуумно-дуговой плавки соответственно в плавильных печах ВДП-4 и ВДП-13 опробован при выплавке слитков вторичного титанового сплава (расчетный шихтовой состав, мас. Аl 3,15; Mo 3,25; V 5,12; Cr 5,65; Fe 2,2; Mn 0,32; Zn 0,62; Ti остальное) с использованием 100% отходов титановых сплавов марок ВТ1-0; ПТ3-В, ВТ6 и ТС6.

П р и м е р 1. Цилиндрическую оболочку диаметром 75 мм и высотой 600 мм, изготовленную из листа толщиной 0,5 мм титанового сплава марки ВТ1-0, устанавливают в матрицу диаметром 80 мм прессования стандартных расходуемых электродов для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДП-4, заполняют порциями массой 1,2 кг дробленой стружки из смеси сплавов марок ВТ1-0, ПТ3-В, ВТ6, ТС6 с промежуточной подпрессовкой каждой порции усилием 80 тс, а после полного заполнения оболочки шихтой массой 12 кг производили окончательное прессование усилием 160 тс и получают расходуемый электрод диаметром 80˙550-580 мм с наружной скрепляющей оболочкой.

П р и м е р 2. Цилиндрическую оболочку диаметром 1,75 мм и высотой 600 мм, изготовленную из листа толщиной 0,5 мм стали марки 08ПС, устанавливают в матрицу диаметром 180 мм прессования стандартного расходуемого электрода для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДП-13, заполняют порциями массой 9,5 кг дробленой стружки из смеси сплавов ВТ1-0, ПТ3-В, ВТ6, ТС6 и 0,5 кг (5%) недробленой витой стружки сплава ВТ6 с промежуточным подпрессованием усилием 250 тс, а после полного заполнения оболочки шихтой массой 100 кг пpоизводят окончательное прессование усилием 600 тс, затем полученный цилиндрический электрод диаметром 180х600 мм подвергают деформации путем обжатия электрода в диаметральном сечении с формированием в штампе электрода в усеченный конус с углом 5 градусов (диаметр 180/130˙600 мм).

П р и м е р 3. Цилиндрическую оболочку диаметром 175 мм и высотой 600 мм, изготовленную из листа толщиной 0,5 мм стали 08ПС, устанавливают в матрицу прессования стандартных расходуемых электродов для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДП-13, заполняют порциями массой 7 кг дробленой стружки из спеси сплавов ПТ3-В, ВТ6, ТС6 и 3 кг (30%) недробленой витой стружки сплава ВТ1-0, производят подпрессование усилием 250 тс, а после полного заполнения оболочки шихтой массой 100 кг производят окончательное прессование усилием 600 тс, затем полученный цилиндрический электрод диаметром 180˙600 мм подвергают деформации путем обжатия электрода в диаметральном сечении с формированием в штампе электрода в усеченный конус с углом 3 градуса (диаметр 180/148˙600 мм).

П р и м е р 4. Цилиндрическую оболочку диаметром 175 мм и высотой 600 мм, изготовленную из листа толщиной 0,5 мм титана марки ВТ1-0, устанавливали в матрицу диаметром 180 мм прессования стандартного расходуемого электрода для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДП-13, заполняют порциями 5 кг дробленой стружки из смеси сплавов ПТ3В, ВТ6, ТС6 и 5 кг (50%) недробленой витой стружки сплава ВТ1-0 и ВТ6 с подпрессованием усилием 250 тс, а также полного заполнения оболочки шихтой массой 100 кг производили окончательное прессование усилием 600 тс, затем полученный цилиндрический электрод диаметром 180х600 мм подвергают деформации путем обжатия электрода в усеченный конус с углом 1 градус (диаметр 180/170˙600 мм).

П р и м е р 5. Цилиндрическую оболочку диаметром 175 и высотой 600 мм, изготовленную из листа толщиной 0,5 мм стали марки 08 ПС, устанавливают в матрицу диаметром 180 мм прессования стандартного расходуемого электрода для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДА-13, заполняют порциями массой 7 кг дробленой стружки из смеси сплавов ПТ3В, ВТ6, ТС6 и 3 кг (30%) недробленой витой стружки сплава ВТ1-0 подпрессовывали усилием 250 тс, а после полного заполнения оболочки шихтой массой 100 кг производят окончательное прессование усилием 600 тс, затем полученный цилиндрический электрод диаметром 180˙600 мм подвергают деформации путем обжатия электрода в диаметральном сечении с формированием в штампе электрода в усеченный конус с углом 1 градус и зигов в продольном и поперечном направлении с глубиной вдавливания внутрь на глубину 10 мм.

П р и м е р 6. Цилиндрическую оболочку диаметром 175 мм и высотой 600 мм, изготовленную из листа толщиной 0,5 мм стали марки 08 ПС, устанавливают в матрицу диаметром 180 мм прессования стандартного расходуемого электрода для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДП-13, заполняют порциями массой 7 кг дробленой стружки из смеси сплавов ПТ3В, ВТ6, ТС6 и 3 кг (30%) недробленой витой стружки сплава ВТ1-0 подпрессовывают усилием 250 тс, а после полного заполнения оболочки шихтой массой 100 кг производят окончательное прессование усилием 600 тс, затем полученный цилиндрический расходуемый электрод диаметром 180˙600 мм подвергают деформации путем всестороннего сжатия электрода в гидростате при давлении 1200 кгс/см² с выдержкой в течение 20 мин.

П р и м е р 7. Шихту, состоящую из смеси дробленой стружки сплавов ВТ1-0, ПТ3В, ВТ6 и ТС6 порциями массой 1,2 кг засыпают в матрицу диаметром 80 мм прессования стандартных расходуемых электродов для плавки в вакуумно-дуговой печи ВДП-4 и подпрессовывают усилием 80 тс, а после полного заполнения матрицы шихтой массой 12 кг производят окончательное прессование усилием 160 тс в расходуемый электрод диаметром 80˙575 мм. Электрод при извлечении из матрицы разрушился на 3 части. Электроды, полученные в примерах 1-6 по предлагаемому способу, удовлетворяли требованиям к расходуемым электродам и переплавлены в слитки массой 12 и 100 кг. Электрод, изготовленный по известному способу в примере 7, разрушился при извлечении из матрицы пресс-формы. Предлагаемый способ прошел стадию лабораторного опробования при переплаве отходов титановых сплавов марок ВТ1-0, ПТ3В, ВТ6 и ТС6 в слитки массой 12 и 100 кг с введением в шихту 100% отходов.

Слитки удовлетворяли техническим требованиям.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает:
упрощение технологии изготовления расходуемых электродов со скрепляющей наружной оболочкой для вакуумно-дуговой плавки отходов;
возможность введения в плавку до 100% отходов, причем допускает использование до 50% отходов в виде недробленой стружки, кусковых отходов и лома;
позволяет в полной мере использовать существующий парк широко распространенных в промышленности плавильных вакуумно-дуговых печей, исключая необходимость дооснащения производств дорогостоящими гарнисажными печами для заливки прессованных электродов скрепляющей наружной оболочкой.

Достигается экономический эффект за счет разности в стоимости первичных шихтовых материалов и отходов, а также исключения необходимости введения дорогостоящих легирующих элементов в шихту за счет их содержания в отходах высоколегированных сплавов (ВТ9, ВТ14, ВТ15, ВТ18, ВТ22, ВТ23, ТС6 и др.).

Таким образом, изобретение может найти широкое промышленное применение. Использование предлагаемого технического решения не требует дополнительного переоборудования предприятий.

Сущность способа: предварительно формируют наружную скрепляющую цилиндрическую оболочку из листового материала, основной компонент которого входит в состав выплавляемого сплава, устанавливают оболочку в матрицу пресс-формы, засыпают оболочку шихтой и прессуют. Для уменьшения осыпания шихты электроду придают форму усеченного конуса с углом 1 5°, а для повышения плотности электрод дополнительно деформируют обжатием в диаметральном сечении. Выполнение зигов на поверхности расходуемого электрода, направленных внутрь электрода, обеспечивает сцепление шихты с наружной скрепляющей оболочкой, а введение в состав шихты недробленой стружки в количестве 5 50% улучшает взаимное скрепление компонентов шихты в прессованном электроде. 4 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЛАВКИ, включающий подготовку шихты, засыпку ее в матрицу пресс-формы, прессование ее и формирование скрепляющей наружной оболочки, отличающийся тем, что наружную скрепляющую цилиндрическую оболочку формируют из листового материала, основной компонент которого входит в состав шихты, и устанавливают ее в матрицу пресс-формы перед засыпкой шихты. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после прессования электроду придают форму усеченного конуса с углом 1 5^o. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прессования проводят дополнительное обжатие электрода в диаметральном сечении. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности электрода формируют зиги, направленные внутрь. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в шихту вводят недробленную стружку и лом в количестве 5 50 мас.