СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ Российский патент 2004 года по МПК C22B9/20 

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при получении слитков из титановых сплавов.

Выбор технологической схемы получения слитков титановых сплавов зависит от их назначения и требований к качеству изготавливаемых из них полуфабрикатов. Для основной массы выплавляемых слитков главное требование - чистота металла от тугоплавких включений (вольфрама, карбида вольфрама и т.п.) и экономичность процесса получения слитков.

Известен способ получения слитков титановых сплавов диаметром 650-950 мм, включающий изготовление расходуемого электрода из сыпучих компонентов и его вакуумный дуговой переплав при регулировании силы тока дуги и воздействии на зону плавления и кристаллизации магнитным полем (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов/Под ред. В.В. Добаткина. - М.: Металлургия, 1978, с.271-273, рис. 109) - прототип.

Основным недостатком известного способа является резкое увеличение вероятности попадания ненужных тугоплавких частиц (вольфрама, карбида вольфрама и т.п.) при кристаллизации в выплавляемый слиток, что приводит к браку и снижению выхода годного. Это объясняется тем, что плавление расходуемого электрода из сыпучих компонентов на больших токах дуги (до 25 кА) приводит к тому, что тугоплавкие частицы выплавляются из нижнего торца электрода и, не расплавляясь, погружаются на дно жидкой ванны кристаллизующегося слитка.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является очистка расплава от тугоплавких частиц с одновременным процентным увеличением объема вовлечения титановой стружки в переплав.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения слитков из титановых сплавов, включающем изготовление расходуемого электрода из сыпучих компонентов, преимущественно из стружки титановых сплавов, и его вакуумный дуговой переплав при регулировании силы тока электрической дуги и воздействии на зону плавления и кристаллизации магнитным полем, согласно изобретению плавление расходуемого электрода осуществляют через промежуточный тигель, изготовленный из того же материала, что и расходуемый электрод, и размещенный в пространстве плавильной камеры печи, при этом плавление расходуемого электрода ведут на обратной полярности, а на электрическую дугу воздействуют вращающимся магнитным полем. Кроме того, слив расплавленного металла из промежуточного тигля осуществляют через летку, изготовленную из графита.

Отличием предлагаемого способа по сравнению с известными является то, что очистка расплава и кристаллизация слитка разделены в пространстве плавильного агрегата (вакуумной дуговой печи) за счет применения промежуточного тигля из того же материала, что и расходуемый электрод. В промежуточном тигле происходит плавление электрода (частично расплавляется и сам тигель). Тугоплавкие частицы под действием гравитации опускаются вниз и оседают на дно тигля, а очищенный расплав сливается через летку вниз в изложницу (поддон с углублением), т.е. осуществляется одновременное плавление электрода, очистка расплава от тугоплавких частиц и кристаллизация слитка.

Для регулирования объема ванны жидкого металла в промежуточном тигле и распределения тепловых потоков при плавлении электрода используют поперечное (горизонтальное) вращающееся магнитное поле со сменой полярности горения дуги (прямая, обратная). Это позволяет регулировать процесс литья, менять глубину расплава (ванны жидкого металла) и поддерживать требуемую толщину стенки тигля.

Применение графитовой летки, установленной в днище тигля, позволяет регулировать степень очистки расплава от тугоплавких частиц путем изменения диаметра отверстия летки и ее высоты (чем ближе к зеркалу расплава расположена летка, тем чище сливаемый металл).

Сущность предлагаемого способа получения слитков поясняется чертежом, на котором схематично изображена вакуумная дуговая печь (ВДП), которая содержит расходуемый электрод 1, собранный из брикетов 2, спрессованных из титановой стружки, приваренный к огарку 3 и штоку 4, с помощью которого он помещен в камеру 5 кристаллизатора 6. В кристаллизаторе 6 печи размещен также промежуточный тигель 7 и поддон (изложница) 8. При плавлении электрода 1 зажигают электрическую дугу 9, образуется ванна 10 жидкого металла 11, который стекает в изложницу 8, образуя слиток 12. Г - источник питания ВДП.

Пример

Выплавку слитков осуществляли в вакуумной дуговой электропечи ВД-650. Переплавляли расходуемый электрод массой 1000 кг, диаметром 300 мм титанового сплава Вт 6, изготовленный из спрессованных из титановой стружки Вт 6 брикетов. Электрод грузили в кристаллизатор диаметром 500 мм, отцентровали и приварили к огарку со штоком. В кристаллизатор поместили промежуточный тигель из титанового сплава Вт 6 и изложницу. После вакуумирования объема печи до 3 Па включили источник питания дуги. Плавление электрода вели на обратной полярности (электрод - плюс; жидкий расплав - минус). На электрическую дугу воздействовали поперечным магнитным полем величиной 40 эрстед. Рабочий ток дуги составил 18 кА, дуговой зазор - 30 мм. Ванну жидкого металла навели в промежуточном тигле. При плавлении электрода в промежуточный тигель тугоплавкие частицы под действием сил гравитации опускаются вниз и “вмерзают” в дно тигля, происходит очистка (рафинирование) жидкого металла от тяжелых включений (карбида вольфрама, вольфрама и т.п.). В процессе плавления электрода уровень жидкой ванны поднимается до летки тигля, изготовленной из графита. Верхний торец летки расположен на 20 см ниже уровня промежуточного тигля, что исключает попадание тяжелых тугоплавких частиц в слиток. По окончании процесса плавления электрода источник питания печи отключили. Слиток охлаждали вместе с печью в течение 120 минут. Затем печь развакуумировали и достали слиток вместе с тиглем из печи. Полученный слиток использовали для дальнейшего его переплава в виде кусковых отходов.

Предлагаемый способ получения слитков титановых сплавов позволяет вовлекать в процесс переплава до 100% титановой стружки, производить очистку расплавленного металла от тяжелых тугоплавких включений за счет использования промежуточного тигля.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано для переработки титановой стружки. В способе плавление расходуемого электрода осуществляют через промежуточный тигель, изготовленный из того же материала, что и расходуемый электрод, и размещенный в пространстве плавильной камеры печи. Плавление расходуемого электрода ведут на обратной полярности и воздействуют на электрическую дугу вращающимся магнитным полем. Изобретение позволяет вовлекать в процесс переплава до 100% титановой стружки, а также производить очистку расплавленного металла от тугоплавких частиц. 1 ил.

1. Способ получения слитков из титановых сплавов, включающий изготовление расходуемого электрода из сыпучих компонентов, преимущественно из стружки титановых сплавов, и его вакуумный дуговой переплав при регулировании силы тока электрической дуги и воздействии на зону плавления и кристаллизации магнитным полем, отличающийся тем, что плавление расходуемого электрода осуществляют через промежуточный тигель, изготовленный из того же материала, что и расходуемый электрод, и размещенный в пространстве плавильной камеры печи, кроме того, плавление расходуемого электрода ведут на обратной полярности и воздействуют на электрическую дугу вращающимся магнитным полем.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слив расплавленного металла из промежуточного тигля осуществляют через летку, изготовленную из графита.