RU2246547C1 - Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method - Google Patents
Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2246547C1 RU2246547C1 RU2003129674/02A RU2003129674A RU2246547C1 RU 2246547 C1 RU2246547 C1 RU 2246547C1 RU 2003129674/02 A RU2003129674/02 A RU 2003129674/02A RU 2003129674 A RU2003129674 A RU 2003129674A RU 2246547 C1 RU2246547 C1 RU 2246547C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- melting
- skull
- electrode
- melt
- Prior art date
Links
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title abstract description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 title abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 claims description 43
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 6
- 238000000365 skull melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000010309 melting process Methods 0.000 abstract description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 abstract 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 abstract 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 4
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003818 cinder Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для выплавки слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.The present invention relates to the field of special electrometallurgy and can be used for smelting ingots of refractory and highly reactive metals and alloys, mainly titanium.
Известен способ гарнисажной плавки (Александров В.К. и др. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1994 г., стр.224-230) - прототип.A known method of skull melting (Aleksandrov V.K. et al. Melting and casting of titanium alloys. - M .: Metallurgy, 1994, p. 224-230) - prototype.
Процесс плавки производится в гарнисажной печи, которая относится к категории вакуумных дуговых печей с расходуемым электродом для переплава титана и титановых отходов, а также для производства слитков различных сечений. В отличие от печей ВДП (вакуумного дугового переплава) гарнисажная печь не требует другой печи или пресса для получения расходуемого электрода, поскольку новый электрод наряду со слитком получается в каждом плавильном цикле. В отличие от большинства электронно-лучевых печей в гарнисажной печи можно плавить сплавы со сравнительно летучими элементами (например, алюминием, хромом), а в отличие от плазменных дуговых не требует использование большого количества нейтрального газа и позволяет удалить водород.The melting process is carried out in a skull furnace, which belongs to the category of vacuum arc furnaces with a consumable electrode for melting titanium and titanium waste, as well as for the production of ingots of various sections. Unlike VDP (vacuum arc remelting) furnaces, the skull furnace does not require another furnace or press to obtain a consumable electrode, since a new electrode, along with an ingot, is produced in each melting cycle. Unlike most electron-beam furnaces, in a skull furnace it is possible to melt alloys with relatively volatile elements (for example, aluminum, chromium), and unlike plasma arc furnaces, it does not require the use of a large amount of neutral gas and allows hydrogen to be removed.
Гарнисажная плавильная печь состоит из вакуумной камеры, в которой находится тигель специальной формы. Вертикально перемещающийся электрододержатель проходит в крышку камеры через систему уплотнений. Расходуемый гарнисаж-электрод крепится к электрододержателю, а титановые отходы (и при необходимости титановая губка и/или легирующие) загружаются в тигель.The skull melting furnace consists of a vacuum chamber in which a crucible of a special shape is located. A vertically moving electrode holder passes into the chamber lid through a sealing system. A consumable skull electrode is attached to the electrode holder, and titanium waste (and, if necessary, a titanium sponge and / or alloy) are loaded into the crucible.
В качестве источника нагрева используется вакуумный электродуговой разряд большой мощности (вакуумная электрическая дуга). При подаче напряжения постоянного тока к электрододержателю и тиглю можно зажечь дугу между нижним концом расходуемого электрода и материалом, находящимся в тигле.A high power vacuum electric arc discharge (vacuum electric arc) is used as a heating source. When applying a DC voltage to the electrode holder and the crucible, you can light an arc between the lower end of the consumable electrode and the material in the crucible.
Когда весь электрод полностью оплавлен, электрододержатель быстро поднимают, а расплав сливают в изложницу, размещенную в вакуумной камере. Внутреннее сечение изложницы может быть квадратным, прямоугольным и т.п. Остатки расплавленного металла затвердевают в тигле, образуя новый расходуемый гарнисаж-электрод. После охлаждения слиток извлекают из изложницы, а новый расходуемый гарнисаж-электрод извлекают из тигля.When the entire electrode is completely melted, the electrode holder is quickly lifted, and the melt is poured into a mold placed in a vacuum chamber. The internal section of the mold can be square, rectangular, etc. The remnants of molten metal solidify in a crucible, forming a new consumable skull-electrode. After cooling, the ingot is removed from the mold, and a new consumable skull-electrode is removed from the crucible.
Плавильный цикл, следовательно, является самообеспечивающим, циклы последовательно взаимосвязаны, при этом на качество последующей плавки большое влияние оказывает качество гарнисажа, полученное при проведении предыдущей плавки.The melting cycle, therefore, is self-supporting, the cycles are sequentially interconnected, and the quality of the skull obtained during the previous melting has a great influence on the quality of subsequent melting.
Если нужно плавить новую марку сплава, проводят специальную плавку для формирования гарнисажа - расходуемого электрода требуемой марки.If it is necessary to melt a new alloy grade, special melting is carried out to form a skull - a consumable electrode of the required grade.
Переплавляемые материалы могут иметь разнообразную форму, а их размеры практически ограничиваются только размерами внутреннего пространства тигля.Remelted materials can have a variety of shapes, and their sizes are practically limited only by the dimensions of the inner space of the crucible.
Недостатком известного способа является возможность появления в слитках включений, образовавшихся из кусочков шихты, имеющих более высокую плотность 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 (как правило, в составе стружки). 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. Большая их часть погружается на дно ванны. Однако это полностью не гарантирует от их попадания в слиток при переливе металла в изложницу. В известном способе не учитываются следующие факторы процесса.The disadvantage of this method is the possibility of occurrence in ingots of inclusions formed from pieces of a mixture having a higher density and melting point than the base metal. These include gas-saturated (with a high content of nitrogen and oxygen) sponge inclusions and individual particles of ligatures and cutting tools enriched with refractory elements (tungsten, molybdenum, niobium) (as a rule, as part of shavings). Despite careful preparation and quality control of the charge materials, if the normal technological process is violated, such pieces may end up in the charge. Once in the zone of action of the electric arc, they melt and dissolve in the base metal, and not their dissolved part falls into the molten metal bath. Most of them sink to the bottom of the bath. However, this does not fully guarantee against their ingress into the ingot when the metal overflows into the mold. In the known method does not take into account the following process factors.
Тугоплавкие частицы имеют большую плотность и соответственно температуру плавления, что приводит к тому, что не успевшие перейти в жидкую фазу частицы оседают на поверхности гарнисажа и затем вмерзают в него. Поэтому желательно вовлечь в процесс плавки эти частицы как можно раньше, т.к. в этом случае они либо растворятся, либо гарантированно вморозятся в гарнисаж.Refractory particles have a high density and, accordingly, a melting point, which leads to the fact that particles that do not have time to go into the liquid phase settle on the surface of the skull and then freeze into it. Therefore, it is desirable to involve these particles in the smelting process as early as possible, because in this case they either dissolve or are guaranteed to freeze into the skull.
Потенциально наибольшую опасность представляют частицы, помещенные ближе к задней стенке гарнисаж-электрода (эта часть электрода переплавляется в конце плавки), которые не успеют вморозится в гарнисаж и попадут в слиток.Potentially the greatest danger is particles placed closer to the rear wall of the skull-electrode (this part of the electrode is melted at the end of the melting), which do not have time to freeze into the skull and get into the ingot.
Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь, содержащая вакуумную водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, расходуемый гарнисаж-электрод, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с закладным стержнем и закладной задней стенкой с контрольными термопарами, в которой задняя закладная стенка выполнена из того же металла, что и переплавляемый металл (патент РФ №2194780, МПК С 22 В 9/21) - прототип.Known vacuum arc skull furnace containing a vacuum water-cooled chamber, an electrode holder, a consumable skull electrode, a mold, a water-cooled crucible with a embedded rod and embedded back wall with control thermocouples in which the rear embedded wall is made of the same metal as the remelted metal (patent RF №2194780, IPC С 22 В 9/21) - prototype.
Недостатком известного изобретения является то, что в процессе эксплуатации при недостаточном зазоре между закладным стержнем (огарком), а также стенками тигля и гарнисаж-электродом возможно перекидывание дуги на огарок и возникновение аварийной ситуации. Это обусловлено тем, что допуск на габаритные размеры колеблется в пределах ±120 мм. Кроме того, фиксированное положение тигля относительно оси электрододержателя не позволяет организовать горения дуги в наиболее выгодной зоне тигля. Произвольная форма стыковочного конца огарка не технологична и не обеспечивает надежное крепление к электрододержателю. Использование в закладном стержне произвольного металла может привести к загрязнению выплавляемого слитка.A disadvantage of the known invention is that during operation with insufficient clearance between the embedded rod (cinder), as well as the walls of the crucible and the skull electrode, the arc can be thrown over the cinder and an emergency situation occurs. This is due to the fact that the tolerance on the overall dimensions varies within ± 120 mm. In addition, the fixed position of the crucible relative to the axis of the electrode holder does not allow the organization of arc burning in the most advantageous zone of the crucible. The arbitrary shape of the butt end of the cinder is not technologically advanced and does not provide reliable fastening to the electrode holder. The use of arbitrary metal in the embedded rod can lead to contamination of the smelted ingot.
Целью предлагаемого изобретения является организация стабильного технологического процесса получения качественных слитков при одновременном получении расходуемых электродов с заданными свойствами для последующих плавок.The aim of the invention is the organization of a stable process for producing high-quality ingots while obtaining consumable electrodes with desired properties for subsequent melts.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является получение расходуемого гарнисаж-электрода с заданным распределением по объему тугоплавких частиц, результативное вовлечение в процесс плавки легирующих элементов, имеющих высокую температуру плавления, удобство установки и снятия расходуемого электрода в электрододержателе, получение в промышленном масштабе качественных слитков.The technical result achieved by the implementation of the invention is to obtain a consumable skull electrode with a predetermined distribution over the volume of refractory particles, the effective involvement of alloying elements having a high melting point in the melting process, the convenience of installing and removing the consumable electrode in the electrode holder, and the production of high-quality ingots on an industrial scale .
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе гарнисажной плавки металла, включающем подготовку шихтового материала, его загрузку в тигель, размещение закладного стержня в задней стенке тигля, установку гарнисаж-электрода в электрододержатель, плавку расходуемым гарнисаж-электродом шихты и слив расплава, зона дуговой плавки смещена в сторону, противоположную размещению закладного стержня, а шихтовый материал размещают в полости тигля, ограниченной передней стенкой, боковыми стенками и плоскостью, проходящей по поверхности гарнисаж-электрода, обращенной к задней стенке тигля.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of skull metal melting, including preparing the charge material, loading it into the crucible, placing the embedded rod in the back wall of the crucible, installing the skull electrode in the electrode holder, melting with the consumable skull electrode of the charge and draining the melt , the zone of arc melting is shifted in the direction opposite to the placement of the embedded rod, and the charge material is placed in the cavity of the crucible bounded by the front wall, side walls and p with a gloss passing over the surface of the skull electrode facing the back wall of the crucible.
В процессе подготовки шихтовый материал делится на равные весовые порции, имеющие расчетный состав сплава, масса которых не превышает 3% от массы расплава, находящегося в тигле в момент, предшествующий сливу.In the preparation process, the charge material is divided into equal weight portions having a calculated alloy composition, the mass of which does not exceed 3% of the mass of the melt in the crucible at the time preceding the discharge.
После окончания слива остаток жидкого металла в тигле составляет, по меньшей мере, 30% от объема расплава, содержавшегося в ванне к моменту начала слива.After the end of the discharge, the remainder of the molten metal in the crucible is at least 30% of the volume of the melt contained in the bath at the time the discharge begins.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в гарнисажной печи, содержащей водоохлаждаемую камеру, электрододержатель, кристаллизатор, водоохлаждаемый тигель с размещенным в нем закладным стержнем, печь выполнена с возможностью перемещения тигля во взаимно перпендикулярных направлениях относительно оси электрододержателя, закладной стержень изготовлен из материала выплавляемого металла, а часть его, выступающая за наружный контур тигля, имеет утолщение.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a skull furnace containing a water-cooled chamber, an electrode holder, a mold, a water-cooled crucible with a embedded rod placed therein, the furnace is configured to move the crucible in mutually perpendicular directions relative to the axis of the electrode holder, the embedded rod is made of material melted metal, and part of it, protruding beyond the outer contour of the crucible, has a thickening.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена вакуумная дуговая гарнисажная печь в разрезе вдоль оси тигля, совпадающей с направлением разливки металла. На фиг.2 - разрез печи (вид сверху). На фиг.3 - тигель после окончания плавки и слива металла.The essence of the invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a vacuum arc skull furnace in a section along the axis of the crucible, coinciding with the direction of casting of metal. Figure 2 - section of the furnace (top view). Figure 3 - crucible after melting and discharge of metal.
Вакуумная гарнисажная печь состоит из вакуумной водоохлаждаемой камеры 1, электрододержателя 2 с механизмом перемещения (на фиг.не показан), механизма 3 крепления гарнисаж-электрода 4, водоохлаждаемого тигля 5 с закладным стержнем 6, имеющим утолщение 7, и сливным носком 8, изложницы 9. Тигель передней частью опирается на цапфы 10.The vacuum skull furnace consists of a vacuum water-cooled chamber 1, an electrode holder 2 with a movement mechanism (not shown in the FIG.), A mechanism 3 for fastening the skull-electrode 4, a water-cooled crucible 5 with an embedded rod 6 having a thickening 7, and a drain toe 8, mold 9 The crucible front part rests on the
Способ реализуется следующим образом. В тигель 5 загружается шихта порциями заданного расчетного состава. Этим достигается высокая химическая однородность выплавляемого металла при одновременном сокращении выдержки расплава. Зона загрузки шихты со стороны закладного стержня ограничена плоскостью, проходящей по поверхности гарнисаж-электрода, обращенной к задней стенке тигля.The method is implemented as follows. In the crucible 5, the charge is loaded in portions of a given design composition. This achieves high chemical uniformity of the smelted metal while reducing the exposure of the melt. The charge loading zone from the embedded rod side is limited by a plane passing along the surface of the skull electrode facing the rear wall of the crucible.
Над тиглем на электрододержателе печи закрепляется закладной стержень гарнисаж-электрода 4 предыдущей плавки. Между шихтой в тигле и гарнисаж-электродом на электрододержателе печи зажигается электрическая дуга и производится плавка. Тугоплавкие частицы, которые не смогли полностью раствориться, имея более высокую плотность, оседают на поверхности гарнисажа 11. Эти частицы постепенно вмораживаются в гарнисаж, представляющей на границе достаточно вязкую массу. Таким образом, в процессе плавки происходит осаждение тугоплавких частиц в жидком расплаве. Поскольку для осаждения этих частиц необходим определенный промежуток времени, желательно, чтобы тугоплавкие частицы концентрировались ближе к передней стенке гарнисаж-электрода, т.к. эта зона, при следующем цикле плавки, сплавляется вначале процесса, а финальная часть плавления проводилась бы на части гарнисаж-электрода, в которой отсутствуют тугоплавкие частицы. В предлагаемом способе гарнисажной плавки это обеспечивается:Above the crucible on the electrode holder of the furnace, the embedded rod of the skull-electrode 4 of the previous melting is fixed. Between the charge in the crucible and the skull-electrode on the electrode holder of the furnace, an electric arc is ignited and melting is performed. Refractory particles that could not completely dissolve, having a higher density, settle on the surface of the
- сдвигом гарнисаж-электрода вдоль продольной оси рабочего пространства тигля, по крайней мере, на 100 мм в направлении сливного носка;- a shift of the skull-electrode along the longitudinal axis of the working space of the crucible, at least 100 mm in the direction of the drain toe;
- отсутствием шихты в объеме тигля, ограниченного задней стенкой, боковыми стенками и плоскостью, проходящей по поверхности гарнисаж-электрода, обращенной к задней стенке тигля (здесь гарнисаж образуется перетеканием расплава из зоны горения дуги, в которой концентрация тугоплавких частиц минимальна, а имеющиеся оседают и вмораживаются в гарнисаж под гарнисаж-электродом);- the absence of a charge in the crucible volume, limited by the back wall, side walls and a plane passing along the surface of the skull electrode facing the back wall of the crucible (here the skull is formed by the flow of the melt from the arc burning zone, in which the concentration of refractory particles is minimal, and the existing ones settle and frozen in the skull under the skull electrode);
- при сливе, по крайней мере, 30% расплава не сливаются, т.к. данный металл расположен внизу ванны и в нем оседают тугоплавкие частицы.- at discharge, at least 30% of the melt does not merge, because This metal is located at the bottom of the bath and refractory particles settle in it.
Учитывая, что процесс плавки является повторяющимся, то после 3-4 циклов наступает равновесное состояние - количество вновь вовлекаемых и растворяющихся частиц выравнивается. Позитивным результатом этого является полное вовлечение в процесс тугоплавких дорогостоящих легирующих компонентов (например, молибдена), в этом случае корректировка расчетного химического состава производится только в первых плавках.Given that the melting process is repeated, then after 3-4 cycles an equilibrium state sets in - the number of newly involved and dissolved particles is leveled. The positive result of this is the full involvement in the process of refractory expensive alloying components (for example, molybdenum), in this case, the estimated chemical composition is adjusted only in the first melts.
Работа гарнисажной печи осуществляется следующим образом. Перед плавкой в заднюю стенку тигля устанавливается закладной стержень 6, причем утолщение 7 выступает за наружный контур тигля. Утолщение предназначено для крепления в электрододержателе и надежного электрического контакта при последующей плавке гарнисаж-электрода. С целью исключений загрязнения расплава стержень выполнен из сплава, идентично выплавляемому.The work of the skull furnace is as follows. Before melting, a mortgage rod 6 is installed in the rear wall of the crucible, and the thickening 7 protrudes beyond the outer contour of the crucible. The thickening is intended for fastening in the electrode holder and reliable electrical contact during subsequent melting of the skull-electrode. For the purpose of eliminating contamination of the melt, the core is made of an alloy that is identical to the melted one.
После загрузки шихты над тиглем на электрододержателе 2 закрепляется закладной стержень, вваренный в гарнисаж предыдущей плавки, причем ось электрододержателя смещена в направлении сливного носка, по крайней мере, на 100 мм от центра рабочего объема тигля. Данный размер корректируется перемещением электрододержателя по направляющим вдоль вышеуказанной оси. Это позволяет производить плавку преимущественно в передней части тигля. Кроме того, тигель перемещается по направлению оси цапф тигля в положение, гарантирующее зазор не менее 100 мм между гарнисаж-электродом и боковыми стенками тигля, чтобы не допустить возникновение дуги между ними. Производится вакуумирование печи, затем между шихтой в тигле и гарнисаж-электродом на электрододержателе зажигается электрическая дуга и производится плавка. После окончания плавки тигель наклоняют и сливают металл в изложницу 9, при этом остаток жидкого металла 12 в тигле, по крайней мере, составляет 30% от объема расплава, содержавшегося в ванне к моменту начала слива. Затем тигель возвращают в исходное положение.After loading the charge over the crucible on the electrode holder 2, a embedded rod is welded into the skull of the previous melting, and the axis of the electrode holder is offset in the direction of the drain toe by at least 100 mm from the center of the working volume of the crucible. This size is adjusted by moving the electrode holder along the guides along the above axis. This allows melting to occur mainly in the front of the crucible. In addition, the crucible moves in the direction of the axis of the trunnion trunnions to a position that guarantees a gap of at least 100 mm between the skull electrode and the side walls of the crucible in order to prevent the occurrence of an arc between them. The furnace is evacuated, then an electric arc is ignited between the charge in the crucible and the skull-electrode on the electrode holder and melted. After melting, the crucible is tilted and the metal is poured into the mold 9, while the remainder of the
Применяемость заявленного способа гарнисажной плавки металла и гарнисажной печи для ее осуществления подтверждается следующим примером конкретного выполнения.The applicability of the inventive method of skull melting of metal and skull furnace for its implementation is confirmed by the following example of a specific implementation.
Предложенный способ был опробован на вакуумной дуговой гарнисажной печи ДТВГ-4ПФ при выплавке слитков из титанового сплава Gr5 (аналог сплава 6Al-4V) как наиболее широко применяемого в промышленности. Для обнаружения дефектов типа включений применяли ультразвуковой контроль (УЗК) деформированного металла. В настоящее время наиболее разработан УЗК прутков, поэтому эффективность предотвращения образования дефектов при выплавке слитков оценивали по результатам УЗК прутков, что соответствует международной практике. Кроме того, для выявления включений большей плотности применяли рентгеноконтроль на просвечивание. Применялась следующая технология: гарнисажная плавка по способу ГРЭ с последующим вакуумным дуговым переплавом, затем изготовление прутков по типовой технологии и проведение контрольных операций с использованием УЗК.The proposed method was tested on a vacuum arc skull furnace DTVG-4PF in the smelting of ingots from titanium alloy Gr5 (analogue of 6Al-4V alloy) as the most widely used in industry. In order to detect defects of the type of inclusions, ultrasonic testing (ultrasonic testing) of the deformed metal was used. Currently, ultrasonic testing of rods is most developed, therefore, the effectiveness of preventing the formation of defects during smelting of ingots was evaluated by the results of ultrasonic testing of rods, which is in line with international practice. In addition, X-ray inspection for transmission was used to identify inclusions of higher density. The following technology was used: skull molding according to the GRE method followed by vacuum arc remelting, then the production of rods according to standard technology and the performance of control operations using ultrasonic testing.
С целью надежной проверки каждой из технологических схем в шихту искусственно вводили частицы, которые, на основании предыдущего опыта, должны приводить к образованию в слитках дефектов в виде включений.In order to reliably check each of the technological schemes, particles were artificially introduced into the charge, which, based on previous experience, should lead to the formation of defects in the form of inclusions in ingots.
Кроме того, для выявления структурной неоднородности проводили контроль макроструктуры после обычного и глубокого травления, а также контроль микроструктуры. Был определен химический состав слитков по методике, принятой при контроле серийных слитков.In addition, to identify structural heterogeneity, the macrostructure was monitored after conventional and deep etching, as well as the microstructure control. The chemical composition of the ingots was determined by the method adopted in the control of serial ingots.
Перед выплавкой слитка методом гарнисажной плавки проводили формирование блока гарнисаж-электрода. В качестве шихтовых материалов использовали титановую губку марки ТГ-ОП-1, кусковые отходы, листовую обрезь и стружку марки 5 (сплавы Gr5, Ti-6Al-4V, Вт6), лигатуру марки ВНАЛ-1Д и металлический алюминий. В шихту дополнительно добавляли 10 наборов дефектных кусков шихты, каждый из которых состоял из:Before the ingot was smelted using the skull melting method, a block of the skull electrode was formed. As charge materials, a titanium sponge of the TG-OP-1 grade, lump waste, sheet trim and shavings of grade 5 (Gr5, Ti-6Al-4V, W6 alloys), VNAL-1D ligature and metal aluminum were used. An additional 10 sets of defective charge pieces were added to the charge, each of which consisted of:
- 10 кусков губки с содержанием азота - 6%- 10 pieces of sponge with nitrogen content - 6%
- 10 кусков губки с содержанием азота - 12%- 10 pieces of sponge with nitrogen content - 12%
- 10 кусков губки с содержанием азота - 15,7%- 10 pieces of sponge with nitrogen content - 15.7%
- 5 кусков горелой губки- 5 pieces of burnt sponge
- 1 твердосплавной напайки резца- 1 carbide tipped tool
- 1 куска из числа бракованных отходов со следами огневой резки или имеющего окисленные заковы и трещины.- 1 piece of rejected waste with traces of fire cutting or having oxidized cakes and cracks.
Дефектные наборы равномерно были распределены по объему шихты.Defective sets were evenly distributed over the charge volume.
Полученный гарнисаж-электрод с дефектными кусками применяли для проведения контрольной плавки. В тигель при контрольной плавке загрузили:The resulting skull electrode with defective pieces was used to conduct control melting. The following were loaded into the crucible during control melting:
- 4 прессованными электродами, содержащими по 3 набора дефектной шихты, массой - 3200 кг;- 4 extruded electrodes containing 3 sets of defective charge, each weighing 3200 kg;
- темплеты сплава 6Al-4V - 495 кг;- 6Al-4V alloy templates - 495 kg;
- диски сплава 6Al-4V - 195 кг;- alloy wheels 6Al-4V - 195 kg;
- кусковые отходы сплава 6Al-4V UA - 190 кг;- lumpy waste alloy 6Al-4V UA - 190 kg;
- бракованные кусковые отходы с трещинами сплава 6Al-4V - 10 кусков.- defective lumpy waste with cracks of alloy 6Al-4V - 10 pieces.
На заднюю стенку тигля был установлен закладной стержень, изготовленный из материала 6Аl-4V. В электрододержателе, установленном на расстоянии 210 мм от центра рабочего объема тигля в направлении его сливного носка, был закреплен гарнисаж-электрод, полученный в предыдущей плавке. В поперечном направлении тигель был выставлен таким образом, чтобы обеспечить зазор между выступом гарнисаж-электрода, образовавшимся в районе сливного носка, и стенкой тигля размером, равным 110 мм.A mortar rod made of 6Аl-4V material was installed on the rear wall of the crucible. In the electrode holder installed at a distance of 210 mm from the center of the crucible working volume in the direction of its drain sock, a skull-electrode obtained in the previous heat was fixed. In the transverse direction, the crucible was set so as to provide a gap between the protrusion of the skull-electrode formed in the area of the drain toe and the crucible wall 110 mm in size.
Массовые параметры плавкиMass melting parameters
{PRIVATE} Масса, кг{PRIVATE} Weight, kg
Расходуемый электрод 8100Consumable electrode 8100
Шихта, загружаемая в тигель 4000The charge loaded into the crucible 4000
Слиток 4250Ingot 4250
Потери (испарение, разбрызгивание) 240Losses (evaporation, spraying) 240
После сплавления электрода и шихты, в процессе плавки, в тигле приблизительно 6000 кг металла находились в расплавленном состоянии, 6000 кг в гарнисаже. Расплав был слит в изложницу ⌀550 мм. Масса полученного слитка составила 4250 кг. Для надежного и постоянного от плавки к плавке количества сливаемого металла в ванне было оставлено около 2000 кг расплава. “Избыточное” количество расплава оказывает благоприятное влияние по следующим соображениям:After fusion of the electrode and the mixture, during the melting process, approximately 6000 kg of metal in the crucible were in the molten state, 6000 kg in the skull. The melt was poured into a mold ⌀550 mm. The mass of the obtained ingot was 4250 kg. For a reliable and constant amount of metal being drained from melting to melting, about 2000 kg of melt was left in the bath. An “excess” amount of melt has a beneficial effect for the following reasons:
- позволяет избежать гидравлических проблем при литье в условиях, когда угол поворота тигля ограничен (чтобы исключить возможность попадания твердых частиц в изложницу);- avoids hydraulic problems when casting in conditions where the angle of rotation of the crucible is limited (to exclude the possibility of solid particles entering the mold);
- остаточный (не слитый из тигля) расплав при затвердевании способствует консолидации металла гарнисажа (расходуемого электрода на следующей плавке);- the residual (not fused from the crucible) melt during solidification contributes to the consolidation of the skull metal (consumable electrode on the next heat);
- формирование большой ванны расплава способствует полноте протекания физико-химических процессов в ней, улучшая химическое взаимодействие различных составляющих и усреднение химического состава.- the formation of a large melt pool contributes to the completeness of the flow of physico-chemical processes in it, improving the chemical interaction of various components and averaging the chemical composition.
- отлитый слиток после отрезки короны переплавили в вакуумной дуговой печи с кристаллизатором ⌀670 мм.- the cast ingot after the coronal pieces was melted in a vacuum arc furnace with a mold of 70670 mm.
Химический состав слитка указан в таблице 1.The chemical composition of the ingot is shown in table 1.
Химический состав слитка тройного вакуумного дугового переплава, % вес.Table number 1.
The chemical composition of the ingot triple vacuum arc remelting,% weight.
После механической обработки слиток расковали в прутки ⌀145 мм по стандартной технологии. После чего прутки были подвергнуты ультразвуковому контролю на установке УКП-22. Дефектов в виде включений выявлено не было.After machining, the ingot was cut into в145 mm rods using standard technology. After that, the rods were subjected to ultrasonic testing at the UKP-22 installation. No defects in the form of inclusions were detected.
Одновременно для сравнения была проведена контрольная плавка тройного вакуумного дугового переплава расходуемого электрода с таким же количеством введенных в шихту дефектных частиц и одинаковых методах выявления включений в металл (по результатам УЗК прутков), в которой выявлено 176 дефектов в виде включений.At the same time, for comparison, a control melting of a triple vacuum arc remelted consumable electrode was carried out with the same number of defective particles introduced into the charge and the same methods for detecting inclusions in metal (according to the results of ultrasonic testing of rods), in which 176 defects were detected in the form of inclusions.
В результате сравнительных исследований установлено, что эффективность удаления искусственно введенных в шихту газонасыщенных и инородных частиц, имеющих большую плотность и температуру плавления, чем основной металл, при гарнисажной плавке по предложенному способу, существенно выше, чем при тройном вакуумном дуговом переплаве. Установлено, что вышеуказанные частицы при существующих скоростях гидродинамических потоков, свойственных гарнисаж-дуговой, не перемещаются относительно горизонтальных осей тигля и вмораживаются в гарнисаж непосредственно в зоне плавления шихты. Это позволят локализовать твердосплавные включения в заданных зонах гарнисаж-электрода и тем самым не допустить их попадания в выплавляемый слиток.As a result of comparative studies, it was found that the removal efficiency of gas-saturated and foreign particles artificially introduced into the mixture having a higher density and melting point than the base metal during skull molding according to the proposed method is significantly higher than with triple vacuum arc remelting. It was found that the above particles at existing hydrodynamic flow velocities characteristic of the skull-arc, do not move relative to the horizontal axes of the crucible and freeze in the skull directly in the melting zone of the charge. This will make it possible to localize carbide inclusions in predetermined zones of the skull-electrode and thereby prevent them from falling into the smelted ingot.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129674/02A RU2246547C1 (en) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129674/02A RU2246547C1 (en) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2246547C1 true RU2246547C1 (en) | 2005-02-20 |
Family
ID=35218751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129674/02A RU2246547C1 (en) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2246547C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2346221C1 (en) * | 2007-09-07 | 2009-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СФЕРАМЕТ" | Method of vacuum-plasma melting of metals and alloys in skull furnace and facility for its implementation |
| RU2413595C2 (en) * | 2008-12-16 | 2011-03-10 | Сергей Викторович Агеев | Method of producing spherical granules of refractory and chemically active metals and alloys, device to this end and device to fabricate initial consumable billet to implement said method |
| RU2456121C1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | Method of producing cast consumable electrode |
| RU2740343C1 (en) * | 2020-01-21 | 2021-01-13 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Melting crucible of vacuum aerial skull furnace and skull firing method |
| CN117232257A (en) * | 2023-11-14 | 2023-12-15 | 赣州晨光稀土新材料有限公司 | Automatic production line and production method for rare earth |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1279982A (en) * | 1969-11-09 | 1972-06-28 | Stanelco Thermatron Ltd | Improved crucible |
| RU2166714C1 (en) * | 2000-06-09 | 2001-05-10 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Water-cooled melting crucible |
| RU2194780C1 (en) * | 2001-05-15 | 2002-12-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Vacuum electric-arc lining-slag furnace |
-
2003
- 2003-10-06 RU RU2003129674/02A patent/RU2246547C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1279982A (en) * | 1969-11-09 | 1972-06-28 | Stanelco Thermatron Ltd | Improved crucible |
| RU2166714C1 (en) * | 2000-06-09 | 2001-05-10 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Water-cooled melting crucible |
| RU2194780C1 (en) * | 2001-05-15 | 2002-12-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Vacuum electric-arc lining-slag furnace |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Под ред. Добаткина В.И. - М.: Металлургия, 1978, с. 51-60. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2346221C1 (en) * | 2007-09-07 | 2009-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СФЕРАМЕТ" | Method of vacuum-plasma melting of metals and alloys in skull furnace and facility for its implementation |
| RU2413595C2 (en) * | 2008-12-16 | 2011-03-10 | Сергей Викторович Агеев | Method of producing spherical granules of refractory and chemically active metals and alloys, device to this end and device to fabricate initial consumable billet to implement said method |
| RU2456121C1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | Method of producing cast consumable electrode |
| RU2740343C1 (en) * | 2020-01-21 | 2021-01-13 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Melting crucible of vacuum aerial skull furnace and skull firing method |
| CN117232257A (en) * | 2023-11-14 | 2023-12-15 | 赣州晨光稀土新材料有限公司 | Automatic production line and production method for rare earth |
| CN117232257B (en) * | 2023-11-14 | 2024-02-27 | 赣州晨光稀土新材料有限公司 | A rare earth automated production line and production method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2490350C2 (en) | METHOD FOR OBTAINING BASIC β-γ-TiAl-ALLOY | |
| Bomberger et al. | The melting of titanium | |
| You et al. | Removal of inclusions from nickel-based superalloy by induced directional solidification during electron beam smelting | |
| Li et al. | Effect of slag on oxide inclusions in carburized bearing steel during industrial electroslag remelting | |
| RU2246547C1 (en) | Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method | |
| RU2263721C2 (en) | Method for producing of ingots | |
| RU2346221C1 (en) | Method of vacuum-plasma melting of metals and alloys in skull furnace and facility for its implementation | |
| RU2360014C2 (en) | Vacuum arc-refining skull furnace | |
| RU2152447C1 (en) | Process of electroslag remelting of compact materials | |
| RU2209841C2 (en) | Metal pouring method | |
| RU2317343C2 (en) | Method of production of ingots | |
| RU2288287C2 (en) | Vacuum electric-arc scull furnace | |
| RU2770807C1 (en) | Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys | |
| JP4652537B2 (en) | Method for melting titanium or titanium alloy scrap | |
| RU2386707C1 (en) | Method of obtaining soliol ingots-electrodes | |
| RU2286398C2 (en) | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode | |
| JPH0421727A (en) | Method and apparatus for producing titanium cast ingot | |
| RU2660784C2 (en) | Device for vacuum melting of refractory and reactive metals | |
| RU2291209C2 (en) | Metals and alloys melting and casting method | |
| JP3541956B2 (en) | Vacuum arc remelting method | |
| RU2190679C1 (en) | Magnesium alloy ingot production method | |
| JP7406073B2 (en) | Manufacturing method for titanium ingots | |
| RU2229528C2 (en) | Method of production of ingots | |
| JP2003340560A (en) | Method and apparatus for producing active metal ingots | |
| RU2319578C1 (en) | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same |