RU2304176C2

RU2304176C2 - Ingot melting method

Info

Publication number: RU2304176C2
Application number: RU2005123452/02A
Authority: RU
Inventors: Петр Семенович Альтман (RU); Петр Семенович Альтман; Александр Юрьевич Максимов (RU); Александр Юрьевич Максимов; Владимир Андреевич Бачурин (RU); Владимир Андреевич Бачурин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-08-10

Abstract

FIELD: special electrometallurgy, namely vacuum electric arc refining of highly reactive metals and alloys, possibly at melting ingots of titanium alloys.

SUBSTANCE: method comprises steps of providing stable diffusion electric arc burning after igniting arc in vacuum for 10 - 15 min; correcting length of arc gap according to minimum value for sustaining stable electric arc discharge; filling furnace with argon till working pressure at rate 2 - 4 Hg mm/min. At final stage of melting before mode for taking out shrink holes in order to eliminate occurring of abnormal discharge, argon pressure in furnace is lowered till 2.5 - 5.0 Hg mm and mode of taking out shrink holes at such pressure is realized.

EFFECT: less loss of metal yield due to enhanced quality of melted ingots, explosion-proof process, lowered expenses for melting ingots.

1 ex

Description

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков титановых сплавов.The invention relates to the field of special electrometallurgy, namely to a vacuum arc remelting of highly reactive metals and alloys, and can be used in the smelting of ingots of titanium alloys.

Известен способ выплавки слитков титановых сплавов, содержащих марганец или иные летучие компоненты, включающий вакуумирование печи, зажигание дуги в вакууме или в атмосфере аргона при давлении 30-60 мм рт.ст., повышение давления аргона до рабочего 80-170 мм рт.ст., ведение процесса плавления при этом давлении, а окончание процесса плавления - выведение усадочной раковины - проводят в вакууме или в атмосфере гелия. (Добаткин В.И., Аношкин Н.Ф. и др. Слитки титановых сплавов. М.: Металлургия, 1966, с.82-87) - прототип.A known method of smelting ingots of titanium alloys containing manganese or other volatile components, including evacuating the furnace, igniting the arc in a vacuum or in an argon atmosphere at a pressure of 30-60 mm Hg, increasing the pressure of argon to a working 80-170 mm Hg , conducting the melting process at this pressure, and the end of the melting process - the removal of the shrink shell - is carried out in vacuum or in helium atmosphere. (Dobatkin V.I., Anoshkin N.F. et al. Titanium alloy ingots. M.: Metallurgy, 1966, p. 82-87) - prototype.

Недостатком этого способа является высокая взрывоопасность процесса плавки, связанная с нестабильным горением дуги в атмосфере аргона при давлении 80-170 мм рт.ст., которое сопровождается разбрызгиванием металла, колебанием напряжения на дуге, потерей видимости из-за взмучивания конденсата конвективными потоками газа, а также необходимостью вакуумирования печи для замены аргона на гелий.The disadvantage of this method is the high explosiveness of the smelting process associated with unstable arc burning in an argon atmosphere at a pressure of 80-170 mm Hg, which is accompanied by metal spatter, voltage fluctuations in the arc, loss of visibility due to the condensate being stirred up by convective gas flows, and also the need for evacuating the furnace to replace argon with helium.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение выхода годного металла, качества выплавляемых слитков и снижение взрывоопасности процесса плавки.The problem to which this invention is directed is to increase the yield of metal, the quality of the smelted ingots and reduce the explosiveness of the smelting process.

Известно, что весовая скорость плавления в атмосфере аргона растет с повышением давления, достигает максимума при давлении 20-40 мм рт.ст., а далее с ростом давления скорость плавления снижается. Однако известные технологические параметры процесса плавления не позволяют работать при давлении менее 40 мм рт.ст. из-за нестабильного горения дуги и возможности возникновения ионизации или, что еще хуже, тлеющего разряда. Последний нежелательный вид разряда реализуется при достижении критических значений напряжения на дуге и давления в печи.It is known that the weighted melting rate in an argon atmosphere increases with increasing pressure, reaches a maximum at a pressure of 20-40 mm Hg, and then with increasing pressure, the melting rate decreases. However, the known technological parameters of the melting process do not allow working at a pressure of less than 40 mm Hg. due to unstable burning of the arc and the possibility of ionization or, even worse, a glow discharge. The last undesirable type of discharge occurs when critical values of the arc voltage and pressure in the furnace are reached.

Процесс плавления завершается выведением усадочной раковины. Как правило, его выполняют либо в вакууме, либо в атмосфере гелия. В обоих случаях требуется быстрое вакуумирование печи до давления не выше 10^-2 мм рт.ст. и, в случае применения гелия, напуск до давления 5-10 мм рт.ст.The melting process ends with the removal of the shrink shell. As a rule, it is performed either in a vacuum or in an atmosphere of helium. In both cases, rapid evacuation of the furnace to a pressure of no higher than 10 ^-2 mm Hg is required. and, in the case of helium, inlet up to a pressure of 5-10 mm Hg

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение выхода годного металла за счет улучшения качества выплавляемых слитков, повышение взрывобезопасности процесса плавки, а также снижение затрат на выплавку слитков.The problem to which this invention is directed is to increase the yield of metal by improving the quality of the smelted ingots, increasing the explosion safety of the smelting process, and also reducing the cost of smelting the ingots.

Поставленная задача решается тем, что в способе выплавки слитков, включающем вакуумирование печи, зажигание дуги в вакууме, подачу в печь аргона до рабочего давления и ведение процесса плавления при этом давлении, окончание процесса плавления и выведение усадочной раковины, согласно изобретению после зажигания дуги в вакууме в течение 10-15 минут формируют устойчивый диффузный режим горения дуги, корректируют длину дугового зазора до минимального, при котором поддерживается устойчивый дуговой разряд, наполняют печь аргоном до рабочего давления со скоростью 2-4 мм рт.ст./мин, а на окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины для исключения возникновения аномального разряда снижают давление аргона в печи до 2,5-5,0 мм рт.ст. и ведут режим выведения усадочной раковины при этом давлении.The problem is solved in that in a method of smelting ingots, including evacuating the furnace, igniting the arc in vacuum, feeding argon to the furnace to operating pressure and conducting the melting process at this pressure, ending the melting process and removing the shrink shell according to the invention after ignition of the arc in vacuum within 10-15 minutes, a stable diffuse mode of arc burning is formed, the length of the arc gap is adjusted to the minimum, at which a stable arc discharge is maintained, the furnace is filled with argon to the working detecting at a speed of 2-4 mm Hg / min and at the final stage before the melting transition to derive a shrinkage cavity mode to avoid occurrence of abnormal discharge is reduced argon pressure in the furnace to 2.5-5.0 mm Hg and lead the mode of removal of the shrink shell at this pressure.

В предлагаемом способе перед переходом на режим выведения усадочной раковины корректируют длину дугового зазора с целью исключения возникновения аномального разряда при низком давлении.In the proposed method, before switching to the mode of withdrawal of the shrinkable shell, the length of the arc gap is adjusted in order to exclude the occurrence of an abnormal discharge at low pressure.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Проводили выплавку слитка сплава ОТ4 в вакуумной дуговой электропечи ДТВ-8,7-Г10. Диаметр переплавляемого электрода 705 мм, диаметр кристаллизатора печи 790 мм.The OT4 alloy ingot was smelted in a DTV-8.7-G10 vacuum electric arc furnace. The diameter of the remelted electrode is 705 mm, the diameter of the mold of the furnace is 790 mm.

Печь вакуумировали до давления ~40 мм рт.ст., зажигали дугу при напряжении 30 В и токе 8 кА и в течение 12 минут корректировали величину дугового зазора, формируя устойчивый диффузный разряд. Перед напуском аргона снижали напряжение ниже критического, чтобы исключить возникновение аномального разряда, и за 10 минут, со скоростью 3 мм рт.ст./мин поднимали давление аргона до 30 мм рт.ст. При давлении 30 мм рт.ст. поднимали ток и напряжение на дуге до рабочих значений 32 кА и 35 В и вели процесс плавления с возможностью визуального наблюдения. На окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины (ВУР) скорректировали величину дугового зазора для исключения возникновения аномального разряда при низком давлении аргона, откачали аргон до давления 4 мм рт.ст. и осуществляли режим ВУР при напряжении 27-25В. После окончания режима ВУР и охлаждения слиток выгрузили из печи. Качество поверхности слитка соответствовало установленным требованиям, слиток был сдан без обработки боковой поверхности.The furnace was evacuated to a pressure of ~ 40 mmHg, the arc was ignited at a voltage of 30 V and a current of 8 kA, and the arc gap was adjusted within 12 minutes, forming a stable diffuse discharge. Before the argon inlet, the voltage was reduced below critical to prevent the occurrence of an abnormal discharge, and in 10 minutes, at a speed of 3 mm Hg / min, the argon pressure was raised to 30 mm Hg. At a pressure of 30 mm Hg raised the current and voltage on the arc to operating values of 32 kA and 35 V and conducted the melting process with the possibility of visual observation. At the final stage of melting, before switching to the mode of shrinkage shell removal (SUR), the arc gap was adjusted to exclude the occurrence of an abnormal discharge at low argon pressure, and argon was pumped out to a pressure of 4 mm Hg. and carried out the VUR mode at a voltage of 27-25V. After the end of the WUR mode and cooling, the ingot was unloaded from the furnace. The surface quality of the ingot corresponded to the established requirements, the ingot was commissioned without processing the side surface.

Предлагаемый способ позволяет реализовать устойчивый режим горения дуги, который обеспечивается:The proposed method allows to implement a stable mode of arc burning, which is provided by:

- возбуждением дугового разряда в вакууме и формированием диффузного режима горения дуги,- excitation of an arc discharge in a vacuum and the formation of a diffuse mode of arc burning,

- удержанием этого вида разряда при напуске аргона с заданной скоростью роста давления,- retention of this type of discharge during argon inlet with a given pressure growth rate,

- исключением возникновения аномальных видов разряда (например, тлеющего) путем корректирования длины дугового зазора перед напуском аргона.- the exception of the occurrence of anomalous types of discharge (for example, smoldering) by adjusting the length of the arc gap before the argon inlet.

Предлагаемый способ повышает выход годного металла за счет улучшения проплава боковой поверхности слитков, снижает затраты при выплавке слитков в инертной атмосфере за счет использования одного вида защитного газа и уменьшения его удельного расхода за счет снижения рабочего давления в печи. Кроме того, предлагаемый способ повышает взрывобезопасность процесса плавления за счет обеспечения устойчивого режима горения дуги.The proposed method increases the yield of metal by improving the melt of the side surface of the ingots, reduces the cost of smelting the ingots in an inert atmosphere by using one type of protective gas and reducing its specific consumption by reducing the operating pressure in the furnace. In addition, the proposed method increases the explosion safety of the melting process by ensuring a stable mode of arc burning.

Claims

A method of smelting ingots, including evacuating the furnace, igniting the arc in vacuum, feeding argon to the working pressure and maintaining the melting process at this pressure, ending the melting process, removing the shrink shell, characterized in that after ignition of the arc in vacuum for 10-15 min form a stable diffuse mode of arc burning, adjust the length of the arc gap to the minimum at which a stable arc discharge is maintained, fill the furnace with argon to a working pressure at a speed of 2-4 mm Hg / min, and at an eye radiationless melting step before proceeding to derive shrinkage cavity mode to avoid occurrence of abnormal discharge is reduced argon pressure in the furnace to 2.5-5.0 mm Hg and lead the mode of removal of the shrink shell at this pressure.