СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ Российский патент 1997 года по МПК C22B9/20 C21C5/52 C21C5/56 

Изобретение относится к металлургии сплавов черных и цветных металлов, а именно к способам получения слитков путем переплава расходуемых электродов в вакуумных дуговых печах.

Известен способ получения слитков титановых сплавов двойным переплавом, содержащий приварку прессованного расходуемого электрода к переходнику или огарку, плавление электрода на медный поддон, выгрузку слитка, подготовку слитка первого переплава к следующему переплаву, приварку его к огарку, плавление на медный поддон, выгрузку слитка второго переплава [1] прототип.

Известный способ получения слитков содержит ряд высокозатратных технологических операций, сопровождающихся загрязнением слитков, непроизводительной работой и простоями печей.

Зона приварки расходуемого электрода к огарку или переходнику характеризуется химической неоднородностью с основным металлом и является источником загрязнения выплавляемого слитка.

На натеках, образовавшихся при приварке, на боковых и торцевых поверхностях электрода, огарка, переходника во время плавления скапливаются конденсат, корольки затвердевшего металла, образуя наросты.

Во избежание попадания дефектного металла из зоны приварки в слиток плавильщики оставляют недоплавленным значительный участок электрода, на практике 50 100 мм. Однако это не является гарантией частоты слитка, поскольку во время плавления неприкрепившиеся скопления из зоны приварки подают в расплав и загрязняют его. Эти химически неоднородные включения обнаруживаются в дальнейшем в слитках, в конечных изделиях авиационной и космической техники и являются потенциальными источниками разрушения изделий во время эксплуатации.

С технологической точки зрения операции приварки расходуемого электрода несовершенна и недостаточно надежна, поскольку в значительной мере осуществляется за счет личных навыков и смекалки плавильщика, а качество приварки контролируется визуально, что приводит к неоднозначным субъективным оценкам.

Нетехнологичность операции приварки приводит к снижению производительности печи и к возникновению аварийных ситуаций, поскольку при недостаточно надежной приварке плавление электрода вынуждено ведут на пониженных токовых режимах, а при явно ненадежной приварке электрод вместе с огарком выгружают из печи для устранения дефектов и переподготовки электрода, но несмотря на это в практике во время плавки случаются обрывы электрода по месту приварки.

Потери производительности печи и удлинение технологического цикла происходят также из-за вынужденного неполного сплавления электрода, так как после выгрузки слитка печь очередной раз вакуумируют, сплавляют остаток электрода на специальный поддон и после остывания выгружают. Затем оплавыш отправляют в отходы на переработку, что приводит к потерям металла и снижению выхода годного.

Еще одной причиной загрязнения получаемого слитка является плавление электрода на медный поддон: при разжигании электрической дуги и наведении ванны жидкого металла происходит загрязнение донной части слитка медью от поддона.

В свою очередь рабочая поверхность поддона, подвергаясь воздействию жидкого металла, быстро изнашивается, и поддон выходит из строя.

Техническая задача изобретения повышение качества выплавляемого слитка путем исключения возможности образования тугоплавких газонасыщенных включений и адсорбции меди при одновременном повышении выхода годного металла.

Предлагаемый способ получения слитков сталей и сплавов содержит первый переплав прессованного из компонентов шихты расходуемого электрода и второй переплав полученного литого расходуемого электрода в слиток. В соответствии с изобретением первый переплав ведут на оборотный огарок и формируют литой электрод с конической донной частью. При втором переплаве литой электрод закрепляют за оборотный огарок донной части, а плавку заканчивают либо при переходе с цилиндрического на конический участок электрода, либо при расплавлении конического участка до диаметра, равного диаметру прессованного расходуемого электрода. На поверхности отстающегося при этом оборотного огарка формируют сферическое углубление.

Перед вторым переплавом на коническую поверхность литого расходуемого электрода надевают съемную обечайку.

При выплавке сложнолегированных сталей и сплавов второй переплав повторяет необходимое число раз.

Плавление прессованного расходуемого электрода на оборотный огарок, установленный в гнезде поддона, позволяет получить монолитный слиток первого переплава, донная часть которого представляет собой конический огарок, и одновременно предотвратить загрязнение слитка медью поддона.

При следующей операции втором переплаве полученный слиток, закрепленный за огарок, является готовым литым расходуемым электродом, незагрязненным дефектным металлом сварной зоны.

Коническая форма верхней части литого расходуемого электрода не позволяет скапливаться конденсату во время плавки: конденсат металлов и затвердевшие корольки скатываются в ванну жидкого металла выплавляемого слитка и успевают расплавиться.

Использование съемной обечайки, свободно надеваемый на коническую поверхность литого расходуемого электрода, дополнительно защищает ее от оседания возгонов и конденсата, налипания капель металла и облегчает визуальный контроль за окончанием плавки.

Получение на первом переплаве химически чистого от посторонних включений слитка предлагаемой формы обуславливает высокое качество и химическую однородность слитка второго переплава и позволяет вести второй переплав до полного сплавления расходуемой части литого электрода, фиксируя окончание плавки и выведение усадочной раковины по переходу с цилиндрической формы электрода на коническую или по сплавлению конической части до диаметра, равного диаметру прессованного расходуемого электрода.

Высокое качество слитков первого и второго переплавов при полном сплавлении расходуемой части литого расходуемого электрода повышают выход годного металла.

Формирование при втором переплаве сферического углубления на оплавляемом торце остающегося оборотного огарка, многократного вводимого затем в технологический цикл, обеспечивает в начале нового технологического цикла удобство центровки расходуемого электрода, более равномерное распределение ванны жидкого металла и тепловых нагрузок и стабилизирует горение дуги в начале плавления, что повышает качество сплавления огарка с наплавляемым слитком и, следовательно, повышает выход годного металла.

Повторение второго переплава дважды или более раз при многократном использовании оборотного огарка повышает химическую однородность и микроструктуру сложнолегированных слитков.

Кроме повышения качества выплавляемых слитков и выхода годного металла предлагаемый способ обеспечивает высокопроизводительную работу вакуумных дуговых печей, снижение уровня загрязнения окружающей среды, повышение срока службы поддонов печей.

На фиг. 1 показано начало плавления прессованного расходуемого электрода первый переплав; на фиг. 2 показано окончание плавления литого расходуемого электрода второй переплав.

Пример 1. Опробован способ получения слитка титанового сплава ОТ-4 диаметром 570 мм путем двойного переплава в вакуумных дуговых печах.

В гнездо поддона 1 кристаллиза тора 2 диаметром 485 мм печи первого переплава плотно, без зазоров установили предварительно обточенный оборотный огарок 4 из сплава ВТ-1 державкою 4 вниз (фиг. 1).

В кристаллизатор загрузили прессованный расходуемый электрод 5 диаметром 390 мм сплава ОТ-4 после вакуумирование печи приварили его к огарку 6, закрепленному на электрододержателе.

После осмотра приварки и повторного вакуумнирования печи, поднимая электрод 5, зажгли электрическую дугу между его нижним торцом и оборотным огарком 3 и начали расплавление электрода и наплавление слитка на оборотный огарок.

Первый переплав вели по известной технологии при токе дуги 15 кА.

В результате получили монолитный слиток первого переплава, он же литой расходуемый электрод, сложной формы, состоящий из цилиндрической расходуемой части диаметром 485 мм и спаянной с ней конической донной частью с державкой.

После выгрузки слитка его перевернули на 180^o, на коническую поверхность свободно надели обечайку 6 из сплава ВТ-1. Литой расходуемый электрод готов для переплава.

Далее его загрузили в печь второго переплава ДВС-5 и закрепили на электрододержателе за державку 4 оборотного огарка 3 (фиг. 2) соосно кристаллизатору 7.

Отвакуумировали печь.

Второй переплав вели на известный поддон 8 по известной технологии при токе дуги от 7 до 24 кА. На завершающей стадии плавления ток снизили до 2 кА и перешли на режим выведения усадочной раковины слитка 9. Одновременно с помощью соленоида (на чертеже не показан) на оплавляемой торцевой поверхности остающегося оборотного огарка формировали сферическое углубление 10.

При сплавлении цилиндрической части электрода плавку автоматически отключили.

После остывания слитка в печь напустили атмосферу. Оборотный огарок отсоединили от электрододержателя, выгрузили из печи одновременно со слитком. Сняли съемную обечайку и после зачистки от возгонов оборотный огарок установили в гнездо поддона кристаллизатора печи первого переплава для повторения технологического цикла. Огарок лег в гнездо поддона заподлицо с верхними краями поддона.

Полученный слиток не имеет включений, химически однороден. Плавка прошла без аварийных остановок печи.

Пример 2. Опробован способ получения слитка титанового сплава ВТЗ-1 диаметром 870 мм путем двойного переплава в вакуумных дуговых печах типа ДТВ 8,7-Г10
В гнездо поддона кристаллизатора диаметром 705 мм печи первого переплава установили оборотный огарок из сплава ВТЗ-1 и загрузили расходуемый прессованный электрод диаметром 560 мм, который после вакуумирования печи приварили к переходному огарка, закрепленного на электрододержателе печи.

Плавку вели по известной технологии при токе дуги 22-25 кА и напряжении на дуге 36-44 В наплавлением на оборотной огарок.

Получили слиток первого переплава с цилиндрической расходуемой частью диаметром 705 мм и конической донной частью.

После выгрузки слитка его перевернули, на коническую поверхность недели свободно съемную обечайку из сплава ВТ-1, загрузили в печь второго переплава и закрепили на электрододержателе за державку.

Второй переплав вели по известной технологии при токе 35-37 кА и напряжении дуги 48-52 В. На завершающей стадии плавления ток снизили до 15 кА, затем до 10 кА, затем до 3 кА. Процесс вели в гелии. Одновременно формировали сферическое углубление на торце остающегося оборотного огарка глубиной 15 мм.

Плавку закончили при сплавлении конической части диаметра до 560 мм. Отключение дуги контролировали визуально по возрастающему свечению видимой выступающей кольцевой кромки электрода вокруг относительно холодной темной съемной обечайки: с началом уменьшения ширины светящейся кольцевой кромки дугу выключили.

Выгруженный одновременно со слитком оборотный огарок после освобождения от обечайки и зачистки установили с заглублением в гнездо поддона кристаллизатора печи первого переплава для повторения технологического цикла.

Полученный слиток не имеет включений, химически однороден. Процесс прошел стабильно, без задержек.

Источники информации:
Слитки титановых сплавов. В.И. Добаткин и др. М. Металлургия, 1966, УДК 669.295. с. 51-52.

Использование: металлургия сталей и сплавов. Сущность изобретения: способ получения слитков двойным переплавом с использованием оборотного огарка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения слитков, включающий первый переплав прессованного расходуемого электрода и последующий переплав полученного расходуемого электрода в слиток, отличающийся тем, что первый переплав ведут на оборотный огарок, имеющий конический участок и державку, и формируют литой расходуемый электрод с конической донной частью, а последующий переплав ведут в один или несколько стадий, при этом литой расходуемый электрод закрепляют за державку оборотного огарка, переплав заканчивают либо при переходе с цилиндрического на конический участок электрода, либо при расплавлении конического участка до диаметра, равного диаметру прессованного расходуемого электрода, а на поверхности оборотного огарка после последующего переплава литого расходуемого электрода формируют сферическое углубление. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед последующим переплавом на коническую поверхность литого расходуемого электрода надевают съемную обечайку.