СПОСОБ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО БРИКЕТИРОВАНИЯ ТИТАНОВОЙ ШИХТЫ Российский патент 2008 года по МПК B22F3/20 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу полунепрерывного прессования брикетов из шихтовых материалов титановых сплавов, используемых в электрометаллургии.

До настоящего времени основным способом получения титановых сплавов является простой и надежных способ вакуумной дуговой плавки (ВДП) с расходуемым электродом. Все операции и технологическое оборудование данного процесса хорошо отработаны, в том числе и получение расходуемого электрода методом выдавливания.

Однако совмещение в кристаллизаторе зон расплавления и затвердевания металла, обеспечив простоту конструктивного оформления процесса плавки, одновременно обусловило возникновение негативных сторон процесса, выразившееся в отсутствии гарантии получения слитков без включений и неоднородность зон слитка по химическому составу.

Для устранения этих недостатков в последние годы работы проводились по нескольким направлениям. В результате этих работ были опробованы в условиях промышленного производства способы гарнисажной плавки с использованием гарнисажа в качестве расходуемого электрода (процесс ГРЭ), плавка независимыми источниками нагрева: электронно-лучевым источником или плазменным источником нагрева в промежуточную емкость. Общим для этих способов получения слитков титановых сплавов является разделение зоны плавления (тигель или промежуточная емкость) и зоны формирования слитка (кристаллизатор или изложница). Это позволяет перевести тугоплавкие и обладающие большой плотностью включения в гарнисаж в зоне плавления и перелива и предотвратить попадание их в слиток, а также обеспечить равномерность химсостава выплавляемого слитка.

Немаловажным отличием способа ВДП от способов плавки с разделением зоны плавления и зоны формирования слитка является то, что в нем предъявляются жесткие требования при подготовке шихтовых материалов (формирование монолитного расходуемого электрода) по механическим свойствам, геометрическим размерам, по количеству используемых вовлекаемых отходов и пр.

Напротив, в способах плавки с разделением зоны плавления и зоны формирования слитка шихтовые материалы загружаются в плавильную емкость и, следовательно, могут иметь произвольную форму и размеры, которые, как правило, ограничиваются только размером плавильной ванны и возможностями загрузочного оборудования. Дополнительно надо учитывать, что при плавке титановых сплавов с независимыми источниками нагрева шихта подается строго порционно, в этом случае наиболее удобно загрузку шихты производить брикетами с заранее заданными размерами. Кроме того, положительным фактором в данных видах плавки является отсутствие ограничения на ввод отходов. Введение некомпактированных мелких отходов (губки, стружки и пр.) технологически является малопроизводительной и трудоемкой операцией и к тому же приводит к повышенным потерям при плавке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки титановых сплавов (Плавка и литье титановых сплавов под ред. В.И.Добаткина. М.: Металлургия, 1978, с.265-271, рис.107, 108). Перед началом прессования конусную матрицу заглушают прокладкой. После получения первоначального брикета прокладку удаляют. Прессование происходит вследствие сопротивления обжатия прессуемого электрода при его проталкивании через матрицу.

Недостаток данного способа заключается в том, что способ предназначен для изготовления электродов длиной не менее длины матрицы-втулки, размеры которой достигают 1000 мм и более. По опыту наиболее рациональная высота брикета для плавки в печах с разделением зоны плавления и зоны формирования слитка должна быть в пределах 150-220 мм.

Известно, что титановые сплавы обладают повышенной адгезией, поэтому при полунепрерывном прессовании брикетов на границе их разделения необходимо адгезию снизить.

Задача изобретения - высокопроизводительный способ прессования брикетов из шихтовых материалов на универсальном прессовом оборудовании без внесения в химический состав шихты вредных примесей.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является возможность при полунепрерывном прессовании титановой шихты получения брикетов заданной высоты, в т.ч. брикетов высотой менее длины матрицы-втулки за счет снижения адгезии титана в местах их разделения.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе полунепрерывного брикетирования титановой шихты, включающем засыпку шихты порциями в конусную матрицу, прессование и проталкивание брикета через конусную матрицу за один проход совершающим рабочие ходы пресс-штемпелем с пресс-шайбой, перед заключительным рабочим ходом пресс-штемпеля, формирующим брикет, на рабочую поверхность пресс-шайбы наносят слой антиадгезионного вещества, в качестве которого используют 30-40% водного раствора мела.

Размер брикета определяется количеством рабочих ходов пресс-штемпеля без нанесения антиадгезионного вещества, в этих условиях шихтовые материалы последовательных засыпок надежно соединяются между собой.

Введение антиадгезионного вещества разрушает это соединение.

При нанесении на поверхность пресс-шайбы водного 30-40% раствора мела (СаСО₃) образуется тонкая эмульсионная пленка, в процессе прессования вода испаряется и на поверхности брикета титановой шихты внедряется тонкий слой мела, который при последующем полунепрерывном прессовании шихты образует границу, надежно разделяющую граничащие брикеты. Мел и титановые сплавы имеют между собой слабую адгезию, и поэтому брикеты легко разделяются.

В процессе плавки при нагреве мел (СаСО₃) разлагается на окись кальция (СаО) и окись углерода (СО₂), которые затем возгоняются и удаляются вакуумной системой.

Пример конкретного выполнения предлагаемого способа.

35% антиадгезионный состав приготовляли простым смешиванием мела (мел технический высшей категории качества, ГОСТ-8285-79) с водой.

Брикетирование шихтовых материалов производили на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 2500 тс. Шихта состояла из 48% стружки титанового сплава марки ВТ1-0, остальное - титановая губка. Подготовка стружки производилась по известному способу и включала в себя операции дробления, обезжиривания, гравитационной и магнитной сепарации. Шихта перемешивалась и порциями подавалась в зону прессования. Размеры брикетов были выбраны исходя из усилия пресса и удельного давления прессования. Антиадгезионный состав наносился на рабочую поверхность пресс-шайбы кистью. Вес полученных брикетов составил от 5,4 кг до 6,7 кг. Высота брикета 110 мм, диаметр - 150 мм. В процессе полунепрерывного прессования титановой шихты брикеты после выхода из матрицы-втулки отделялись друг от друга под действием собственного веса.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при прессовании брикетов из шихтовых материалов титановых сплавов. Шихту порциями засыпают в конусную матрицу. Производят прессование шихты и проталкивание полученного брикета через конусную матрицу за один проход пресс-штемпеля с пресс-шайбой. Перед заключительным рабочим ходом пресс-штемпеля на рабочую поверхность пресс-шайбы наносят слой антиадгезионного вещества. В качестве этого вещества используют 30-40% эмульсию мела в воде. В результате обеспечивается возможность получения брикетов заданной высоты на универсальном прессовом оборудовании без внесения в химический состав шихты вредных примесей.

Способ полунепрерывного брикетирования титановой шихты, включающий засыпку шихты порциями в конусную матрицу, прессование и проталкивание брикета через конусную матрицу за один проход совершающим рабочие ходы пресс-штемпелем с пресс-шайбой, отличающийся тем, что перед заключительным рабочим ходом пресс-штемпеля, формирующим брикет, на рабочую поверхность пресс-шайбы наносят слой антиадгезионного вещества, в качестве которого используют 30-40%-ную эмульсию мела в воде.