RU2191211C2 - Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel - Google Patents
Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191211C2 RU2191211C2 RU2000103895A RU2000103895A RU2191211C2 RU 2191211 C2 RU2191211 C2 RU 2191211C2 RU 2000103895 A RU2000103895 A RU 2000103895A RU 2000103895 A RU2000103895 A RU 2000103895A RU 2191211 C2 RU2191211 C2 RU 2191211C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- melting
- casting
- metal
- mold
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims description 28
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims description 28
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 30
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 16
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 238000000365 skull melting Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные. The invention relates to the field of foundry and can be used for casting any metals, including refractory and chemically active.
Аналогом предлагаемого технического решения является вакуумно-дуговая плавка расходуемого электрода в кристаллизаторе (емкости)[1]. Расплав, который образуется в глухом кристаллизаторе при сплавлении расходуемого электрода, рафинируется от газовых и летучих включений за счет поддержания вакуума. Для данного способа характерно исключение возможности загрязнения металла материалом формы и электрода, а также одновременность и непрерывность процесса плавки и затвердения слитка [1]. An analogue of the proposed technical solution is the vacuum-arc melting of the consumable electrode in the mold (capacity) [1]. The melt, which is formed in a dull mold during fusion of a consumable electrode, is refined from gas and volatile inclusions by maintaining a vacuum. This method is characterized by the exclusion of the possibility of metal contamination by the material of the mold and electrode, as well as the simultaneity and continuity of the process of melting and hardening of the ingot [1].
Наиболее близким техническим решением в качестве прототипа является способ плавки металла в промежуточной вращающейся с центральным сливным отверстием емкости, при котором происходит хорошее усреднение расплава, его очистка от легких и тяжелых примесей, а при литье образуется бездефектная кристаллическая структура. Способ включает приготовление расплава в отдельной промежуточной емкости с последующим его переливанием и кристаллизацией в изложнице или кристаллизаторе [2]. The closest technical solution as a prototype is a method of melting metal in an intermediate tank rotating with a central drain hole, in which the melt is averaged well, it is cleaned of light and heavy impurities, and a defect-free crystal structure is formed during casting. The method includes the preparation of the melt in a separate intermediate tank with its subsequent transfusion and crystallization in the mold or mold [2].
Методы плавки в промежуточной емкости с отливкой слитков обеспечивают высокую плотность слитков, однородный химический состав и достаточно однородную кристаллическую структуру. Данный способ нашел применение для изготовления круглых и плоских слитков небольшого сечения. Melting methods in an intermediate tank with casting of ingots provide a high density of ingots, a uniform chemical composition and a fairly uniform crystalline structure. This method has found application for the manufacture of round and flat ingots of small cross section.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей. The aim of the invention is to increase the efficiency of use and expand technical capabilities.
Использование вращения промежуточной емкости позволяет увеличить площадь обогрева ванны расплава. При вращении промежуточной емкости часть расплава поднимается за счет вязкостных свойств выше горизонтального уровня основной ванны расплава, обеспечивая хороший теплообмен за счет большой площади обогрева. При этом происходит хорошее удаление летучих и газовых примесей из расплава, интенсивное перемешивание и усреднение состава. Using the rotation of the intermediate tank allows you to increase the heating area of the melt bath. During the rotation of the intermediate tank, part of the melt rises due to the viscous properties above the horizontal level of the main bath of the melt, providing good heat transfer due to the large heating area. In this case, a good removal of volatile and gaseous impurities from the melt occurs, intensive mixing and averaging of the composition.
Использование наклона и вращения промежуточной емкости позволяет рафинировать расплав от тяжелых, летучих и нерастворимых примесей за счет центробежных сил вращения и расположения сливного отверстия по центру промежуточной емкости. Using the tilt and rotation of the intermediate tank allows the melt to be refined from heavy, volatile and insoluble impurities due to centrifugal rotation forces and the location of the drain hole in the center of the intermediate tank.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе плавки и литья металла, включающем получение расплава в промежуточной вращающейся емкости с центральным сливным отверстием, при сливе его через отверстие в кристаллизатор используют сферическую промежуточную емкость, установленную под углом к оси кристаллизатора. This goal is achieved by the fact that in the known method of melting and casting metal, including the production of a melt in an intermediate rotating container with a central drain hole, when pouring it through the hole in the mold, a spherical intermediate tank installed at an angle to the axis of the mold is used.
Предложенный способ реализует установка, изображенная на фиг.1. Установка включает сферическую промежуточную емкость 1, в которой по оси вращения расположено сливное отверстие 2, ванна расплава 3 образуется за счет:
сплавления металла с расходуемого электрода;
подсыпки или загрузки шихты;
заливки готового расплава и т.п.The proposed method implements the installation depicted in figure 1. The installation includes a spherical
fusion of metal from a consumable electrode;
adding or loading the charge;
pouring the finished melt, etc.
Рафинированный расплав 3 сливается через сливное отверстие 2 в кристаллизатор, форму, кокиль и т.п., находящийся в указанной зоне А4, а нагрев осуществляется за счет нагревателя 5, который может быть: индуктором, электросопротивлением, плавящимся и неплавящимся электродом, электронным лучом, лазером, плазмотроном и т.д. Refined melt 3 is drained through a drain hole 2 into a mold, mold, chill mold, etc., located in the specified zone A4, and heating is carried out by a heater 5, which can be: inductor, electrical resistance, consumable and non-consumable electrode, electron beam, laser, plasma torch, etc.
Схема распределения результирующих гравитационных и центробежных сил указана на фиг.2, 3, 4. Схема поясняет работу предлагаемого к реализации в промышленности способа. The distribution scheme of the resulting gravitational and centrifugal forces is shown in figure 2, 3, 4. The scheme explains the work of the proposed for implementation in industry method.
На фиг.2 изображена линия изменения результирующей силы Fр в зависимости от изменения направления центробежной силы Fц при неизменной силе тяжести Fg. Figure 2 shows the line of change in the resulting force Fp depending on the change in the direction of the centrifugal force Fts with a constant gravity Fg.
На фиг. 3 показан геометрический расчет проекции результирующей силы, смещающей частицы в ту или иную сторону по горизонтали в верхнем и нижнем положении промежуточной емкости. In FIG. Figure 3 shows the geometric calculation of the projection of the resulting force, displacing particles in one direction or another horizontally in the upper and lower positions of the intermediate tank.
На фиг. 4 изображено общее распределение смещающих сил по оси вращающей емкости, действующих на тяжелые примеси. Участок А на фиг.4 характеризуется тем, что на нем происходит смещение тяжелых элементов в левую сторону, на участке В - в правую сторону. In FIG. 4 shows the total distribution of biasing forces along the axis of the rotary tank acting on heavy impurities. Section A in figure 4 is characterized by the fact that on it there is a shift of heavy elements to the left side, in section B - to the right side.
В точке стыка зоны А и В никаких смещений не происходит, поэтому желательно в этой точке выбрать начало сливного отверстия по оси вращения емкости. Тем самым будет гарантирован отвод тяжелых элементов от сливного отверстия, причем чем дальше тяжелое включение от сливного отверстия, тем больше на него действуют силы, смещающие его в сторону от места слива. At the junction of zone A and B, no displacements occur, so it is advisable at this point to choose the beginning of the drain hole along the axis of rotation of the tank. This will guarantee the removal of heavy elements from the drain hole, and the further the heavy inclusion from the drain hole, the more the forces acting on it move it away from the drain point.
[3] ". . . Центробежная сила, которая действует на металл при частоте n вращения формы, равна:
P = m•r•ω2,
где m - масса жидкости, кг,
r - радиус тела вращения, м;
ω = π•n/30 - частота вращения формы, мин-1..."
Применительно к рассматриваемому способу на более тугоплавкие и тяжелые включения, попадающие в расплав металла, будет действовать большая сила Fр, которая будет их смещать в сторону от сливного отверстия, где они будут вмораживаться в гарнисаж. Так как ось вращения промежуточной емкости наклонна в пространстве, то металл, свободно находящийся в емкости, растекается по ней под действием кинетической энергии и вовлекается во вращательное движение за счет сил трения металла о промежуточную емкость. Давление на частицы металла при его вращении вокруг наклонной оси не постоянно из-за пульсации результирующей силы в течение оборота емкости. Так как она складывается из постоянной по величине и направлению силы тяжести и постоянной по величине, но меняющейся по направлению центробежной силы. Это приводит к тому, что свободная поверхность металла в емкости смещается в сторону от сливного отверстия, увлекая за собой более тяжелые частицы.[3] "... The centrifugal force that acts on the metal at a frequency n of rotation of the mold is:
P = m • r • ω 2 ,
where m is the mass of liquid, kg,
r is the radius of the body of revolution, m;
ω = π • n / 30 - rotational speed of the mold, min -1 ... "
In relation to the method under consideration, more refractory and heavier inclusions entering the metal melt will be affected by a large force Fp, which will displace them away from the drain hole, where they will be frozen into the skull. Since the axis of rotation of the intermediate tank is inclined in space, the metal freely located in the tank spreads along it under the influence of kinetic energy and is involved in the rotational motion due to the friction forces of the metal on the intermediate tank. The pressure on the metal particles during its rotation around the inclined axis is not constant due to the pulsation of the resulting force during the revolution of the tank. Since it consists of a constant in magnitude and direction of gravity and a constant in magnitude, but changing in the direction of centrifugal force. This leads to the fact that the free surface of the metal in the tank is shifted away from the drain hole, dragging heavier particles.
При расчете скорости вращения емкости с наклонной осью вращения по коэффициенту гравитации учитывают, что на частицы расплава действует центробежная сила:
Fц=m•V2/R,
где m - масса частицы, кг; V - линейная скорость, м/с; R - радиус вращения частицы, м.When calculating the speed of rotation of a vessel with an inclined axis of rotation by the coefficient of gravity, it is taken into account that centrifugal force acts on the particles of the melt:
F c = m • V 2 / R,
where m is the particle mass, kg; V is the linear velocity, m / s; R is the radius of rotation of the particle, m
Центробежная сила должна быть больше силы тяжести Fg=m•g, при этом расплав, будучи в жидком состоянии, займет всю внутреннюю площадь вращающейся емкости, тем самым будет усилено перемешивание расплава, удаление под действием нагрева газовых и летучих примесей, а также отделение тяжелых примесей и исключение нарастания данного гарнисажа, характерного для стационарных емкостей, где в качестве источников нагрева могут применяться только независимые источники нагрева.The centrifugal force should be greater than the gravity force F g = m • g, while the melt, being in a liquid state, will occupy the entire internal area of the rotating container, thereby mixing the melt, removal of gas and volatile impurities under the influence of heating, and also separation of heavy impurities and the exclusion of the increase in this skull, characteristic of stationary tanks, where only independent heat sources can be used as heat sources.
Сравнивая, предлагаемое изобретение с аналогом, можно отметить следующее. [4]."... Основным недостатком аналога при плавке расходуемого электрода в глухой кристаллизатор является возможность появления в слитках включений, образовавшихся из кусочков шихты, имеющих более высокую томность и температуру плавления, чем основной металл. К ним относятся газонасыщенные (с высоким содержанием азота и кислорода) включения губки и отдельные обогащенные тугоплавкими элементами (вольфрам, молибден, ниобий) частицы лигатур и режущего инструмента. Несмотря на тщательную подготовку и контроль качества шихтовых материалов, при нарушении нормального технологического процесса такие кусочки могут оказаться в шихте. Попадая в зону действия электрической дуги, они расплавляются и растворяются в основном металле, а не растворившаяся их часть попадает в ванну жидкого металла кристаллизующегося слитка и под действие разницы плотностей погружается на дно ванны, вмерзая в кристаллизующиеся металл и образуя включения в слитке. Comparing the invention with an analogue, the following can be noted. [4]. "... The main disadvantage of the analogue when melting a consumable electrode into a dull crystallizer is the possibility of appearance in ingots of inclusions formed from pieces of a mixture having a higher volume and melting temperature than the base metal. These include gas-saturated (with a high content nitrogen and oxygen) inclusions of the sponge and individual particles of ligatures and cutting tools enriched with refractory elements (tungsten, molybdenum, niobium) Despite careful preparation and quality control of charge materials, etc. In violation of the normal technological process, such pieces can appear in the charge, falling into the zone of action of the electric arc, they melt and dissolve in the base metal, while the part that does not dissolve falls into the bath of liquid metal of the crystallizing ingot and sinks to the bottom of the bath, freezing in crystallizing metal and forming inclusions in the ingot.
Таким образом, совмещение в кристаллизаторе зон расплавления и затвердевания металла при использовании расходуемого электрода, обеспечив простоту конструктивного оформления процесса плавки, обусловило одновременно возникновение одной из негативных сторон процесса, выразившейся в отсутствии гарантии получения слитков без включений. Для повышения надежности устранения дефектов такого вида слитки, предназначенные для изготовления роторных деталей, изготавливают тройным переплавом. Thus, the combination of metal melting and solidification zones in the mold using a consumable electrode, ensuring the simplicity of the structural design of the melting process, led to the occurrence of one of the negative sides of the process, which was expressed in the absence of a guarantee of obtaining ingots without inclusions. To increase the reliability of eliminating defects of this type, ingots intended for the manufacture of rotor parts are made by triple remelting.
К другим недостаткам метода плавления расходуемого электрода в кристаллизаторе относятся все еще высокие затраты на производство слитков и заготовок из них вследствие относительно низкой производительности труда и выходов годного при производстве полуфабрикатов. Особенно это касается слябов и заготовок малого сечения для штамповок, прутков и профилей, которые в настоящее время получают многократным переделом из крупного слитка с большими потерями металла. В дальнейшем снижение затрат может также сдерживать ограниченная возможность использования оборотных титановых отходов в шихту сплавов при существующей технологической схеме. Other disadvantages of the method of melting the consumable electrode in the mold include the still high costs of producing ingots and billets from them due to the relatively low productivity and yields of semi-finished products. This is especially true for slabs and billets of small cross-section for stampings, rods and profiles, which are currently obtained by multiple redistribution from a large ingot with large losses of metal. In the future, the reduction in costs may also be restrained by the limited possibility of using recycled titanium waste in the alloy charge under the existing technological scheme.
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) и плавка электронно-лучевым источником нагрева в промежуточной емкости (прототип предлагаемого изобретения). Общим для этих двух 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 потухание их в слиток. To eliminate these shortcomings in recent years, work has been carried out in several areas. As a result of these works, methods of skull melting using a skull as a consumable electrode (GRE process) and melting by an electron-beam heating source in an intermediate tank (prototype of the present invention) were tested in industrial production. Common to these two methods for producing ingots of titanium alloys is the separation of the melting zone (crucible or intermediate tank) and the zone of formation of the ingot (mold or mold). This allows you to transfer refractory and having a high density inclusion in the skull in the melting and overflow zone and prevent them from extinction into the ingot.
Оценка результатов, полученных при производстве промышленных партий слитков (тысячи тонн металла) указанными способами, приводит к следующим выводам:
- эффективное удаление включений из расплава, включая и газонасыщенные, имеющие более высокую плотность, чем основной металл;
- ликвидация ограничений доли отходов в шихте, связанные со средствами вовлечения в плавку, причем при способе ГРЭ значительно отпадает необходимость измельчения отходов;
- при электронно-лучевой плавке в промежуточной емкости существенные трудности представляет переплав титановой губки, поэтому способ используется в основном для переплава отходов добавлением небольшой доли (до 20%) титановой губки, очищенной от магния и хлористого магния;
- способ ГРЭ обеспечивает высокую химическую однородность металла как существующих серийных титановых сплавов, так и сплавов с высоким содержанием тугоплавких легирующих компонентов (молибден, вольфрам, ниобий и др.). При электронно-лучевой плавке с промежуточной емкостью (плавка с "холодным подом") достигается более высокая степень очистки расплава из-за рафинирования его при переливе по желобу, но из-за низкого давления в зоне плавления происходит испарение летучих легирующих компонентов, например алюминия, поэтому требуется подшихтовка этих компонентов при плавке с помощью специальных технических средств. Замена электронно-лучевого нагрева на плазменный может устранить недостаток электронно-лучевой плавки, связанный с испарением компонентов с высокой упругостью пара. Процесс плазменной плавки с промежуточной емкостью проходит в настоящее время опытную проверку.Evaluation of the results obtained in the production of industrial batches of ingots (thousands of tons of metal) by the indicated methods leads to the following conclusions:
- effective removal of inclusions from the melt, including gas-saturated, having a higher density than the base metal;
- the elimination of restrictions on the proportion of waste in the charge associated with the means of involvement in the smelting, and when using the method of GRE significantly eliminates the need for grinding waste;
- when electron beam melting in an intermediate vessel, the titanium sponge remelting presents significant difficulties, therefore, the method is mainly used for remelting waste by adding a small fraction (up to 20%) of the titanium sponge purified from magnesium and magnesium chloride;
- the GRE method provides high chemical homogeneity of the metal of both existing serial titanium alloys and alloys with a high content of refractory alloying components (molybdenum, tungsten, niobium, etc.). In electron beam melting with an intermediate vessel (“cold hearth” melting), a higher degree of purification of the melt is achieved due to its refining during overflow along the chute, but due to the low pressure in the melting zone, volatile alloying components, for example aluminum, evaporate, therefore, the need to trim these components during melting using special technical means. Replacing electron-beam heating with plasma can eliminate the disadvantage of electron-beam melting associated with the evaporation of components with high vapor pressure. The intermediate melting plasma melting process is currently undergoing pilot testing.
Плавка с промежуточной емкостью позволяет осуществить эффективную разливку металла в один или несколько кристаллизаторов с вытяжкой и, следовательно, возможностью получения за один переплав слитков-заготовок небольшого диаметра, плоских и полых слитков; слитки, полученные способом ГРЭ (при существующей технике разливки металла в изложницу), необходимо повторно переплавлять для устранения усадочной раковины и рыхлоты. Smelting with an intermediate tank allows efficient casting of metal into one or more molds with a hood and, therefore, the possibility of producing small-diameter ingots-blanks, flat and hollow ingots for one remelting; ingots obtained by the GRE method (with the existing technique of casting metal into a mold) must be remelted to eliminate shrinkage of the shell and loosening.
Наиболее перспективным следует считать развитие процессов, сочетающих плавку в гарнисажном тигле и промежуточной емкости непрерывным литьем слитков заданных сечений. Для этого необходимо решить сложные технические проблемы, к которым, в частности, относятся: равномерное расплавление поступающей шихты любого вида и регулируемый нагрев большой массы жидкого металла; экспресс-анализ расплава и корректировка состава сплава по ходу плавки; организация перелива расплава из ванны в кристаллизаторы с заданной постоянной скоростью, рафинированием расплава на этом участке с необходимым подогревом струи и литниковой части слитка независимыми источниками тепла; одновременная разливка металла в несколько кристаллизаторов; интенсивное охлаждение слитков, предусматривающее непосредственный контакт охладителя с поверхностью слитка". The most promising should be considered the development of processes combining melting in a skull crucible and an intermediate tank by continuous casting of ingots of given sections. To do this, it is necessary to solve complex technical problems, which, in particular, include: uniform melting of the incoming charge of any kind and controlled heating of a large mass of liquid metal; rapid analysis of the melt and adjustment of the composition of the alloy during melting; organization of overflow of the melt from the bath into crystallizers with a given constant speed, refining of the melt in this section with the necessary heating of the jet and the runner part of the ingot by independent heat sources; simultaneous casting of metal into several molds; intensive cooling of the ingots, providing for direct contact of the cooler with the surface of the ingot. "
Сравнивая предлагаемый способ с прототипом, где также используется промежуточная емкость, достигаются те же выше перечисленные преимущества:
- удаление летучих примесей и тугоплавких включений;
- ликвидация ограничений доли отходов в шихте;
- нет необходимости измельчения отходов;
- высокая степень очистки расплава при его переливе;
- возможность получения за один переплав слитков-заготовок небольшого диаметра, полых слитков и т.п.Comparing the proposed method with the prototype, which also uses an intermediate tank, the same advantages listed above are achieved:
- removal of volatile impurities and refractory inclusions;
- the elimination of restrictions on the proportion of waste in the charge;
- there is no need for crushing waste;
- a high degree of purification of the melt during its overflow;
- the possibility of obtaining for one remelting ingots-billets of small diameter, hollow ingots, etc.
Но в отличие от прототипа предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:
- за счет увеличения площади обогрева расплава происходит более быстрое удаление летучих примесей;
- за счет сложения сил гравитации и центробежных сил - более быстрое рафинирование от тугоплавких тяжелых включений;
- за счет применения расходуемых электродов при электродуговом переплаве - резкое снижение энергозатрат (в сравнении с электролучевым и плазменным переплавом, примерно в 2-7 раз).But unlike the prototype, the invention has the following advantages:
- due to the increase in the area of heating of the melt, more rapid removal of volatile impurities occurs;
- due to the addition of gravitational and centrifugal forces - faster refining from refractory heavy inclusions;
- due to the use of consumable electrodes in electric arc remelting - a sharp decrease in energy consumption (in comparison with electro-beam and plasma remelting, about 2-7 times).
- обеспечение подогрева струи и литниковой части слитка независимым источником тепла (при использовании электродуги и т.п. источников нагрева, происходит концентрация ее плотности в месте слива металла, по типу сопла плазмотрона - соплом служил сферическая промежуточная емкость);
- более тонкое нарастание гарнисажа за счет вращения емкости.- ensuring the heating of the jet and the runner part of the ingot by an independent heat source (when using an electric arc, etc. heating sources, its density is concentrated at the place of metal discharge, by the type of plasma torch nozzle — a spherical intermediate container served as a nozzle);
- more subtle increase in the skull due to the rotation of the tank.
Поэтому, применяя способ литья и плавки металла во вращающейся наклонной емкости, где в качестве нагревателя будет применяться расходуемый электрод, плавящийся в вакууме, совмещаются все преимущества, характерные для аналога и прототипа. Therefore, using the method of casting and melting metal in a rotating inclined tank, where a consumable electrode melting in a vacuum will be used as a heater, all the advantages characteristic of the analogue and prototype are combined.
Так, например, используя наиболее дешевый способ получения расплава за счет электодуги в вакууме, происходит очистка расплава от летучих примесей, усреднение химического состава за счет перемешивания, исключается возможность насыщения расплава материалом тигля и электрода (достоинства аналога), а кроме того, расплав рафинируется от тяжелых включений за счет центробежных сил и при переливе через сливное отверстие (достоинства прототипа). So, for example, using the cheapest method of producing a melt by means of an electric arc in vacuum, the melt is cleaned of volatile impurities, the chemical composition is averaged by mixing, the possibility of saturation of the melt with the material of the crucible and electrode (the value of an analog) is excluded, and in addition, the melt is refined from heavy inclusions due to centrifugal forces and when overflowing through the drain hole (advantages of the prototype).
Кроме того, предлагаемый способ имеет индивидуальные особенности, так например, применяя устройство с переменной осью наклона, можно в конце плавления сливать образовавшийся гарнисаж с накопленными тяжелыми включениями в сторону от сливного отверстия. Тем самым решается проблема удаления загрязненного гарнисажа из промежуточной емкости, характерная для прототипа. In addition, the proposed method has individual features, for example, using a device with a variable inclination axis, it is possible to drain the resulting skull with accumulated heavy inclusions away from the drain hole at the end of melting. This solves the problem of removing contaminated skull from the intermediate tank, characteristic of the prototype.
Расположение сливного отверстия и место заливки расплава в кристаллизатор, форму и т.д. в зоне обогрева, позволяет использовать способ, не применяя дополнительных источников нагрева, для подогрева металла во время его заливки в кристаллизаторы и т.п. емкости. The location of the drain hole and the place of pouring the melt into the mold, mold, etc. in the heating zone, allows you to use the method, without using additional sources of heating, for heating the metal during its pouring into molds, etc. capacities.
Одним из основных достоинств способа является высокий КПД использования нагревателя, так как расплав за счет своей геометрии располагается вокруг зоны нагрева, практически поглощая все выделяемое тепло. У аналога и прототипа до 40% теплоты расходуется на нагрев боковой стенки кристаллизатора, не защищенного расплавом и соответственно верхней части плавильной камеры, расположенной над стационарной промежуточной емкостью. One of the main advantages of the method is the high efficiency of using a heater, since the melt due to its geometry is located around the heating zone, practically absorbing all the heat generated. In the analogue and prototype, up to 40% of the heat is used to heat the side wall of the mold, which is not protected by the melt and, accordingly, the upper part of the melting chamber located above the stationary intermediate tank.
Поэтому данный способ является перспективным по сравнению с аналогом и прототипом, а его использование целесообразно для применения в промышленности. Therefore, this method is promising in comparison with the analogue and prototype, and its use is advisable for use in industry.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Андреев А. Л. и др. Плавка и литье титановых сплавов, - М.: Из-во "Металлургия". 1994 г.LITERATURE
[1] Andreev A. L. et al. Smelting and casting of titanium alloys, - M.: Iz-in "Metallurgy". 1994
[2] RU 2089633 C1, 10.09.1997. [2] RU 2089633 C1, 09/10/1997.
[3] Ефимов В.А. и др. Специальные способы литья. Справочник, - М.: Из-во "Машиностроения", 1991 г. [3] Efimov V.A. and other Special casting methods. Reference book, - M.: From "Mechanical Engineering", 1991
[4] Карпухин В. В. Печи для цветных и редких металлов, - М.: Из-во "Металлургия", 1993 г. [4] Karpukhin V. V. Furnaces for non-ferrous and rare metals, - M.: Iz-in "Metallurgy", 1993
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000103895A RU2191211C2 (en) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000103895A RU2191211C2 (en) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000103895A RU2000103895A (en) | 2001-11-20 |
| RU2191211C2 true RU2191211C2 (en) | 2002-10-20 |
Family
ID=20230754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000103895A RU2191211C2 (en) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191211C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008075994A1 (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-26 | Advanced Alloys Sa | Method for producing superpurity metals and monocrystals made therefrom |
| RU2556255C1 (en) * | 2011-08-22 | 2015-07-10 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Titanium ingot production method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU583176A1 (en) * | 1976-07-05 | 1977-12-05 | Предприятие П/Я Г-4696 | Device for purifying metal in vacuum |
| DE3723912A1 (en) * | 1987-07-18 | 1989-01-26 | Leybold Ag | DEVICE FOR MELTING METALS |
| US4995593A (en) * | 1988-12-20 | 1991-02-26 | Rolls-Royce Plc | Crucible having a movable dross collector comprising an induction coil |
| RU2089633C1 (en) * | 1992-02-24 | 1997-09-10 | Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение им.В.И.Ленина | Device for melting and casting of metals and alloys |
-
2000
- 2000-02-16 RU RU2000103895A patent/RU2191211C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU583176A1 (en) * | 1976-07-05 | 1977-12-05 | Предприятие П/Я Г-4696 | Device for purifying metal in vacuum |
| DE3723912A1 (en) * | 1987-07-18 | 1989-01-26 | Leybold Ag | DEVICE FOR MELTING METALS |
| US4995593A (en) * | 1988-12-20 | 1991-02-26 | Rolls-Royce Plc | Crucible having a movable dross collector comprising an induction coil |
| RU2089633C1 (en) * | 1992-02-24 | 1997-09-10 | Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение им.В.И.Ленина | Device for melting and casting of metals and alloys |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АНДРЕЕВ А.Л. и др. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1994, с. 184, 227. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008075994A1 (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-26 | Advanced Alloys Sa | Method for producing superpurity metals and monocrystals made therefrom |
| RU2556255C1 (en) * | 2011-08-22 | 2015-07-10 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Titanium ingot production method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5972282A (en) | Straight hearth furnace for titanium refining | |
| US4190404A (en) | Method and apparatus for removing inclusion contaminants from metals and alloys | |
| US4932635A (en) | Cold hearth refining apparatus | |
| US3671229A (en) | Process for purification of metals | |
| RU2089633C1 (en) | Device for melting and casting of metals and alloys | |
| TWI385284B (en) | Method for refining silicon | |
| US4750542A (en) | Electron beam cold hearth refining | |
| US3374089A (en) | Centrifugal separation | |
| KR100718408B1 (en) | Clean metal nucleated cast article | |
| WO2010068140A1 (en) | Method and apparatus for electron-beam or plasma-jet melting of metal from a crystallizer into a crystallizer | |
| AU761480B2 (en) | Method and device for purifying aluminium by segregation | |
| RU2191211C2 (en) | Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel | |
| JP2009078948A (en) | Method for refining material | |
| USRE32932E (en) | Cold hearth refining | |
| JP5634704B2 (en) | Metal purification method and apparatus, refined metal, casting, metal product and electrolytic capacitor | |
| JP6994392B2 (en) | Ingot made of an alloy containing titanium as the main component, and its manufacturing method | |
| US4427052A (en) | Method of rotary refining and casting | |
| RU2286398C2 (en) | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode | |
| RU2209842C2 (en) | Metal melting and pouring method | |
| US3168394A (en) | Purification of aluminum | |
| RU2277133C2 (en) | Method of casting metal into reservoirs at varying inclination and rotation | |
| RU2612867C2 (en) | Method of melting highly reactive metals and alloys based thereon and device therefor | |
| JP2023018756A (en) | Metal refining method and metal refining apparatus | |
| Flemings | New solidification processes and products | |
| RU2291209C2 (en) | Metals and alloys melting and casting method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070918 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080217 |