Способ получения слитков методом вакуумно-дугового переплава Российский патент 2024 года по МПК C22B9/20 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к процессу вакуумно-дугового переплава.

При вакуумно-дуговом переплаве формирование слитка осуществляется в водоохлаждаемом кристаллизаторе. При горении дуги наблюдается разбрызгивание металла, капли которого попадают на стенки кристаллизатора, где и затвердевают, тем самым формируя металлический гарнисаж, такой поверхностный дефект получил название «корона». Возможна трансформация данного поверхностного дефекта во внутренний, когда металлический гарнисаж проплавляется, большие объемы «короны» попадают в жидкую металлическую ванну, где не успевают раствориться, расплавиться или усредниться. Поэтому для избежания перехода поверхностного дефекта во внутренний используют различные способы получения слитков и конструкции кристаллизаторов.

В настоящее время в известных конструкциях кристаллизаторов в процессе вакуумного дугового переплава металлов не исключено падение в жидкую ванну отслоившихся частей гарнисажа.

Из уровня техники известен кристаллизатор для вакуумного переплава металлов, состоящий из гильзы с канавками на ее внутренней поверхности и фланцами, кожуха водяного охлаждения и поддона, у которого, с целью упрочнения образующегося на стенках кристаллизатора гарнисажа и предотвращения попадания его в жидкую ванну, а также облегчения извлечения слитка, канавки на внутренней поверхности гильзы выполнены продольными глубиной 5-30% шириной 10-50% и расстоянием между канавками 5-25% толщины стенки гильзы (Патент №476319 Заявка 2025448/22-2, 22.05.74, опубл. 05.07.75, Бюл. №25).

Недостатком данной конструкции является увеличение контактирующих поверхностей с жидким металлом, а также увеличение объемного пространства рабочей зоны кристаллизатора, что увеличивает время процесса вакуумирования.

В качестве прототипа принят способ разливки стали и сплава сверху (Патент RU2388571 C2 Заявка 2008128608/02 от 14.07.2008, Опубл. 10.05.2010 Бюл. №13). Суть способа заключается в том, что разливка стали и сплавов сверху в изложницу с прибыльной надставкой, включает размещение в изложнице промежуточного полого четырехгранного элемента, причем, в качестве промежуточного элемента в нижней части изложницы устанавливают экран в виде не имеющей дна и оснащенной разливочным отверстием усеченной пирамиды с наклонными поверхностями, наружный размер которой равен внутренней части прибыльной надставки, при этом на внутреннюю поверхность пирамиды предварительно наносят антипригарное покрытие на основе графита с добавлением глины при следующем соотношении указанных компонентов; графит - 85%, глина - 15%. Экран выполнен из пеношамота.

Использование такого экрана имеет свои трудности связанные с центрированием струи жидкого расплава и сохранения скорости разливки. В противном случае не исключается заплескивание разливаемого металла на наружную поверхность защитного экрана с последующим намораживанием расплава между стенкой изложницы и экраном, что приводит к заклиниванию последнего. Также, недостатком использования экрана при вакуумно-дуговом переплаве, является возможность возникновения короткого замыкания при соприкосновении внутренней поверхности экрана, покрытого антипригарной краской на графитовой основе, и повышенный риск выхода из строя вакуумной системы при возгорании антипригарной краски имеющей в составе 85% графита.

Технической задачей способа получения слитков методом вакуумно-дугового переплава является повышение технологичности процесса при получении металла, за счет исключения образования гарнисажа при использовании защитного экрана.

Техническая задача решается за счет того, что способ получения слитков методом вакуумно-дугового переплава в кристаллизаторе с поддоном, включающий размещение в нижней части кристаллизатора защитного экрана в виде полой четырехгранной усеченной пирамиды без дна с антипригарным покрытием ее внутренней поверхности, согласно изобретения, до начала переплава в рабочую зону кристаллизатора, на высоте от поверхности поддона, равной глубине жидкой металлической ванны, устанавливают на металлических опорах защитный экран из огнеупорного материала плотностью ниже 7 г/см³ с наружным размером большого основания, равным диаметру верхней части кристаллизатора с толщиной стенок 5см, на внутренние поверхности экрана на расстоянии, равном ½ высоты пирамиды снизу, предварительно наносят антипригарное покрытие, состоящее из графита и глины в соотношении 1 : 1.

Сущность способа заключается в том, что при получении слитков методом вакуумно-дугового переплава, до начала процесса в рабочую зону кристаллизатора, на высоте от поверхности поддона равной глубине жидкой металлической ванны, на металлические опоры помещают керамический огнеупорный экран плотностью ниже 7 г/см³ в виде не имеющей дна и оснащенной разливочным отверстием усеченной четырехгранной пирамиды, с наружным размером (большого основания) равным диаметру верхней части кристаллизатора, для предотвращения заклинивания в ходе протекания процесса переплава и толщиной стенок 5 см. Использование экрана меньшей толщины приведет к его разрушению в ходе протекания процесса. Излишняя толщина нецелесообразна. На внутренние поверхности пирамиды на расстоянии, равном ½ высоты усеченной пирамиды, чтобы избежать намораживания жидкого металла на внутренние стенки экрана, и исключить контакт антипригарного покрытия содержащего графит с электродом, снизу предварительно наносят антипригарное покрытие, состоящее из графита и глины в соотношении 1 : 1. В ходе переплава, по мере роста слитка, экран предотвращает попадание жидкого металла на стенки кристаллизатора, тем самым не допуская образование гарнисажа на его поверхности, что исключает образование как внешних, так и внутренних дефектов при вакуумно-дуговом переплаве, получивших название «корона».

Отличительным признаком от прототипа заявленного способа является также то, что при использовании экрана в рабочей зоне кристаллизатора исключается попадание жидкого металла на стенки кристаллизатора, без увеличения рабочей зоны, что препятствует образованию гарнисажа и способствует повышению выхода годного металла за счет отсутствия дефекта «корона», а также исключается возможность короткого замыкания при использовании экрана на вакуумно-дуговых установках без снижения их ресурса.

Способ иллюстрируется схемой на фиг. а),б),в) где показаны три положения защитного экрана в процессе вакуумно-дугового переплава: первое фиг.а) - во время установки экрана на дне кристаллизатора, второе, фиг.б) - всплытие экрана в жидкой металлической ванне, третье фиг.в) - расположение экрана во время кристаллизации слитка.

Перед проведением процесса вакуумно-дугового переплава, на поддон 9 в рабочую зону кристаллизатора 3 на металлических стержнях 12 длиной, равной глубине металлической ванны 7 помещается, предварительно покрашенный антипригарной краской, огнеупорный экран 4. Затем кристаллизатор 3 плотно закрывают крышкой 2 и устанавливают расходуемый электрод 1, подключают непрерывную подачу воды для охлаждения к поддону 9 и кристаллизатору 3, через вакуумный клапан 10 создают давление (1-7 Па) в рабочей зоне кристаллизатора 3. Для начала процесса вакуумно-дугового переплава зажигается дуга 8, по мере наплавления слитка 6 с одновременным существованием жидкой ванны 7, огнеупорный экран 4, обладающий меньшей плотностью, чем жидкая металлическая ванна 7 (менее 7 г/см³), всплывает по ходу протекания процесса одновременно с формированием слитка 6 в кристаллизаторе 3. В период протекания процесса, капли жидкого металла 5 отражаются от огнеупорного экрана 4 и попадают в жидкую металлическую ванну 7. По завершению процесса, вакуумный клапан 10 перекрывается, а через клапан 11 в рабочую зону кристаллизатора 3 подается инертный газ, снижая скорость кристаллизации ванны жидкого металла. После полной кристаллизации слитка 6, снимется крышка 2, извлекается огнеупорный экран 4 и слиток 6. Затем прекращается подача воды в кристаллизатор 3 и поддон 9.

Пример 1. Перед переплавом электрода из стали марки 110Х18М-ШД диаметром 200 мм, в конусном кристаллизаторе с диаметром у основания 300 мм и 280 мм - в верхней своей части устанавливался огнеупорный керамический экран из пеношамота в виде не имеющей дна и оснащенной разливочным отверстием усеченной четырехгранной пирамиды с внешним диаметром 280 мм и толщиной стенок 5 см. Внутренняя поверхность экрана на расстоянии, равном ½ высоты усеченной пирамиды снизу была покрыта антипригарной краской, полученной путем смешивания графита и глины в соотношении 1 : 1. После высыхания краски экран опускали в рабочую зону кристаллизатора на высоте 10 см от поддона на металлических стержнях толщиной 4 мм, для исключения вмораживания экрана не полностью сформированной жидкой металлической ванной. Затем осуществлялась установка электрода и закрытие крышкой рабочего пространства кристаллизатора. После осуществления подготовительных работ, был открыт вакуумный клапан и в рабочем пространстве кристаллизатора с помощью вакуумного насоса создавалось давление (1-7 Па). При достижении необходимого давления в рабочем пространстве начинался вакуумно-дуговой переплав. По мере накопления объема металла в кристаллизаторе фронт кристаллизации смещался вверх, одновременно смещая жидкую ванну. Из-за разности плотностей металлической ванны и материала экрана последний находился на поверхности жидкой ванны и смещался вверх одновременно с ванной. По завершению переплава, ваккумный насос отключался, а вакуумный клапан перекрывался, после осуществлялась подача аргона, по достижении давления аргона в рабочей зоне печи 700 Па подача прекращалась. Давление в рабочей зоне поддерживалось до полного остывания слитка, после чего давление стравливалось, и слиток извлекался. Так как экран в течение переплава перемещался наверх одновременно с жидкой металлической ванной, после полной кристаллизации он находился на поверхности головной части слитка. Слиток не имел видимых поверхностных дефектов. Дальнейшее изучение структуры поперечного среза полученного слитка не выявило и внутренних дефектов.

Таким образом предлагаемый способ позволяет повысить технологичность вакуумно-дугового переплава и увеличить выход годного за счет отсутствия необходимости обдирки поверхности слитка, чистого по газовым примесям и цветным металлам методом вакуумно-дугового переплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессу получения слитков вакуумно-дуговым переплавом в кристаллизаторе с поддоном. Способ включает размещение в нижней части кристаллизатора защитного экрана в виде полой четырехгранной усеченной пирамиды без дна с антипригарным покрытием ее внутренней поверхности. До начала переплава в рабочую зону кристаллизатора, на высоте от поверхности поддона, равной глубине жидкой металлической ванны, устанавливают на металлических опорах защитный экран из огнеупорного материала плотностью ниже 7 г/см³ с наружным размером большого основания, равным диаметру верхней части кристаллизатора с толщиной стенок 5см, на внутренние поверхности экрана на расстоянии, равном ½ высоты пирамиды снизу, предварительно наносят антипригарное покрытие, состоящее из графита и глины в соотношении 1 : 1. Изобретение позволяет повысить технологичность вакуумно-дугового переплава за счет использования экрана в рабочей зоне кристаллизатора, который исключает попадание жидкого металла на стенки кристаллизатора, препятствует образованию гарнисажа и способствует повышению выхода годного металла, чистого по газовым примесям и цветным металлам. 1 ил., 1 пр.

Способ получения слитков методом вакуумно-дугового переплава в кристаллизаторе с поддоном, включающий размещение в нижней части кристаллизатора защитного экрана в виде полой четырехгранной усеченной пирамиды без дна с антипригарным покрытием ее внутренней поверхности, отличающийся тем, что до начала переплава в рабочую зону кристаллизатора, на высоте от поверхности поддона, равной глубине жидкой металлической ванны, устанавливают на металлических опорах защитный экран из огнеупорного материала плотностью ниже 7 г/см³ с наружным размером большого основания, равным диаметру верхней части кристаллизатора с толщиной стенок 5 см, на внутренние поверхности экрана на расстоянии, равном ¹/₂ высоты пирамиды снизу, предварительно наносят антипригарное покрытие, состоящее из графита и глины в соотношении 1 : 1.