Способ электрошлакового переплава некомпактных материалов Советский патент 1991 года по МПК C22B9/18 

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для электрошлакового переплава стружки, металлической пыли, шлама и других некомпактных материалов.

Рациональное использование и возвращение в производство образующихся как на стадии металлургического передела, так и при последующей обработке различных видов отходов металлов и сплавов представляв ет важную народнохозяйственную задачу. В особом положении находится утилизация стружки, металлической пыли, шлама жаропрочных никелевых сплавов, образующихся в больших количествах на авиастроительных предприятиях.

Существующие способы переплава стружки в дуговых и открытых индукционных печах не обеспечивают требуемого качества металла по содержанию примесей, поступающих в металл из футеровки печей, электродов и образующихся в результате взамодействия металла с атмосферой. К тому же при таких способах переплава высок угар легирующих (от 10 до 20%).

Утилизация отходов дорогостоящих жаропрочных никелевых сплавов может быть успешно решена на основе электрошлакового процесса. Электрошлаковый переплав некомпактных отходов жаропрочных сплавов может быть осуществлен по различным схемам.

Условно способы электрошлакового переплава некомпактных отходов можно разбить на три вида: изготовление и переплав расходуемого электрода в слое шлака (предусматривает формирование в охлаждаемой медной изложнице слитка, получаемого

XI

8

О VI СО

за счет переплава трубчатого электрода, свернутого металлошихтой); переплав отходов подающихся шнековым устройствам, где столб отходов, заключенный в трубу, является одновременно и электродом; переплав с нагревом шлаковой ванны нерасходуемыми электродами и постепенной загрузкой стружки.

Способ с нагревом шлаковой ванны нерасходуемыми электродами более перспективен и может быть реализован в промышленности.

С разработкой не расходуемых металлических электродов появилась возможность реализовать эту технологию и для жаропрочных сплавов. Ранее, при ведении электрошлакового процесса графитовыми электродами, этого нельзя было сделать из- за опасности науглероживания металла.

Однако способы электрошлакового переплава некомпактных отходов имеют недостатки. Вариант переплава прессованного расходуемого электрода не рационален, так как операция прессования стружки и других отходов жаропрочных сплавов чрезвычайно трудоемка и сложна.

Трудности переплаваотходовсо шнековым толкателем заключаются в подаче стружки, особенно витой, шнековым толкателем и передаче токов большой величины через столб стружки.

Переплав с нерасходуемыми электродами лишен перечисленных недостатков и обладает рядом преимуществ. Основание его преимущества заключается в возможности раздельного регулирования мощности, подводимой к шлаковой ванне, и скорости загрузки отходов, что позволяет в широких пределах изменять температуру, количество и состав шлака, а также регулировать энергетические показатели процесса и параметры теплообмена.

К недостаткам этого способа можно отнести высокие потери тепла излучением с поверхности шлаковой ванны (до 20%) и возможности попадания в металлическую ванну непроплавившейся в шлаке шихты.

Целью изобретения является снижение потерь тепла и повышение производительности проплава шихты.

Поставленная цель достигается тем, что некомпактные материалы загружают со скоростью 1,0-1,5 скорости их плавления, а температуру шлака в верхних объемах шлаковой ванны поддерживают 1750-1800°С.

Сущность способа заключается в следующем.

При загрузке металлошихты сверху на шлак на ее частицах намораживается шлак и они находятся в верхних слоях шлаковой

ванны. По мере прогрева и расплавления намораживающего на шихте шлака металлические частицы все глубже опускаются в шлаковую ванну, где, прогреваясь, также

расплавляются. Если скорость загрузки шихты поддерживать выше скорости ее плавления, то на поверхности шлаковой ванны образуется слой из металлошихты. Таким образом зеркало шлаковой ванны бу0 дет закрыто и не будет потерь тепла излучением. Если к тому же область, тепловыделения в шлаковой ванне-сместить в верхние объемы, то производительность проплава возрастает. Плавление стружки или другой

5 шихты будет происходить по всей площади шлаковой ванны, к чему стремятся при традиционном ЭШП расходуемого электрода, увеличивая коэффициент заполнения кристаллизатора.

0 Металлошихта будет плавится в верхних слоях шлаковой ванны и капельки металла будут проходить через шлак. При этом резко увеличивается количество каплеобра- зований, что, с одной стороны, уменьшает

5 перегрев металла, з с другой, обеспечивает неглубокую плоскую металлическую ванну, что исключает попадание в жидкий металл непроплавившейся шихты и хорошее удаление примесе1 ; металлической ванны.

0 Предлагаемый способ прост и легко реализуем в промышленности. Скорость подачи металлошихты можно регулировать -размерами шибера на бункере с шихтой или амплитудой и частотой колебаний вибропи5 тателя, а смещение зоны тепловыделения в верхние объемы шлаковой ванны - за счет повышения напряжения на электродах и работой их в верхних слоях шлака.

Зависимость показателей процесса от

0 скорости загрузки металлошихты приведена в табл. 1.

Как видно из табл. 1 при скорости загрузки, равной скорости плавления (т.е. 1,0), наблюдается уменьшение потерь тепла. Од5 новременно растет и производительность проплава. Увеличивать скорость загрузки более чем 1,5 скорости проплава нецелесообразно, так как потерь тепла нет и нет увеличения производительности проплава.

0 К тому же возможно под действием веса насыпанного на шлак слоя шихты выдавливание шлака у стенок кристаллизатора наверх и нарушение или прекращение электрошлакового процесса.5 Зависимость показателей процесса от температуры шлаковой ванны в верхних объемах приведена в табл. 2.

Из представленных в табл. 2 данных видно, что с повышением температуры увеличивается и производительность, однако

при температурах выше 1800°С начинается обильное выделение дыма и фторидов, содержание которых превышает предельно допустимые нормы. Это связано с разложением компонентов - составляющих шлака - при таких температурах. Для переплава применяют в основном шлаки системы CaF2 - СаО - , которые обеспечивают стабильность электрошлакового процесса, высокие тепловыделения в шлаке и произ- водительность процесса, а также чистоту переплавляемой шихты и рафинирование от примесей металла.

При использовании предлагаемого способа уменьшаются потери тепла излучени- ем с поверхности шлаковой ванны, увеличивается производительность переплава, исключается попадание непроплавленной шихты в металлическую ванну, увеличивается количество точек плавления и образования капель металла, уменьшается перегрев металла в капле, обеспечивается плоская неглубокая металлическая ванна и хорошие условия для всплывания включений.

Отличительные особенности предлагаемого способа по сравнению с известным следующие: за счет скорости загрузки выше скорости плавления металлошихты на поверхности шлаковой ванны поддерживает- ся слой из металлошихты; зона тепловыделения смещается в верхние объемы шлаковой ванны.

Пример. Проводят опробывание способа на кристаллизаторах 100,170 и 270 мм, а также на установке 90-105 в кристаллизаторе диаметром 400 мм.

Вес наплавляемых слитков из стружки, пыли и шлака составляет 450-500 кг,

Опыты показали, что при скорости загрузки шихты выше скорости ее плавления потери тепла излучением с 15% снижаются до нуля, при этом производительность переплава увеличивается на 30% (с 180 до 250 кг/ч).

Подводимая к шлаковой ванне мощ- ность постоянная (порядка 250 кВт), напряжение повышаютсбОдо60 В, атокснижают с 5000 до 4000 А. При этом охлаждаемые металлические электроды вместо 100 мм заглубляют в шлак на 40 мм. Температура шлака в верхних слоях (около 50 мм, при общей глубине шлаковой ванны 150 мм) почти на 100°С выше и составляет 1800°С.

Электрошлаковый процесс протекает стабильно и устойчиво. Металлошихта рассыпается на поверхности шлаковой ванны практически равномерно. В отдельные моменты при переплаве стружки возникают небольшие дуговые разряды от электродов на стружку. Однако этот недостаток устраняется за счет электроизоляции электрода выше уровня шлаковой ванны. Одним из самых эффективных путей является защита электрода шлаковым гарнисажем.

Формула изобретения

Способ электрошлакового переплава некомпактных материалов, преимущественно металлической пыли и шлама, включающий постепенную их загрузку и плав- пение а шпаке , нагреваемом с помощью нерасходуемых металлических охлаждаемых зяектродов, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь тепла и повышения производительности переплава, некомпактные материалы шлака в верхних объемах шлаковой ванны поддерживают 1750-1800°С.

Изобретение касается специальной электрометаллургии и предназначено для электрошлакового переплава стружки, металлической пыли, шлама и других некомпактных обходов. Целью изобретения является снижение потерь тепла и повышение производительности переплава. Способ заключается в том, что некомпактные материалы загружают со скоростью 1,05- 1,5 скорости их плавления, а температуру Ш;пака в верхних объемах шлаковой ванны поддерживают 1750-1800°С. Способ позволяет снизить потери тепла с 15% до нуляГи увеличить производительность на 30%. 2 табл. со

Примечание. Vmt. - скорость плавления шихты.

Таблица 1

Таблица 2