RU2335553C2 - Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением - Google Patents
Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335553C2 RU2335553C2 RU2005115108/02A RU2005115108A RU2335553C2 RU 2335553 C2 RU2335553 C2 RU 2335553C2 RU 2005115108/02 A RU2005115108/02 A RU 2005115108/02A RU 2005115108 A RU2005115108 A RU 2005115108A RU 2335553 C2 RU2335553 C2 RU 2335553C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- consumable electrode
- titanium
- melting
- filler
- slag
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims abstract description 4
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000756 V alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- ARZRWOQKELGYTN-UHFFFAOYSA-N [V].[Mn] Chemical compound [V].[Mn] ARZRWOQKELGYTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- HIMLGVIQSDVUJQ-UHFFFAOYSA-N aluminum vanadium Chemical compound [Al].[V] HIMLGVIQSDVUJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции расходуемого электрода, используемого при электрошлаковом переплаве титаносодержащей шихты. Расходуемый электрод содержит в качестве титансодержащего наполнителя смесь шлака с содержанием окислов титана не менее 78 мас.%, полученного плавлением ильменита в электропечи, восстановителя и связующего агента, причем отношение площади поперечного сечения стальной оболочки к площади поперечного сечения наполнителя в расходуемом электроде составляет не более 0,024, плотность упаковки смеси наполнителя в стальной оболочке составляет не менее 2,7 т/м3. Изобретение обеспечивает снижение себестоимости единицы веса продукта, упрощает технологию изготовления электрода, устраняет возможность загрязнения кислородом воздуха ферросплава при плавлении расходуемого электрода. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции расходуемого электрода, применяемого при электрошлаковом переплаве шихты, содержащей соединения титана, для получения высокотитанового ферросплава.
Воздействие электрической дуги на материал основательно изучается учеными стран мира последние 60 лет. Трудами школы Е.О.Патона электросварка как метод скрепления различных токопроводящих материалов с помощью электрической дуги изучена глубоко и получила широкое промышленное применение. Одним из ответвлений электродугового плавления металлов и сплавов является электрошлаковый переплав, который своей основной целью ставит рафинирование основного плавящегося материала от вредных примесей под слоем образующегося шлака. Передача материалу при плавлении высоких уровней энергии, с одной стороны, ускоряет идущие при этом процессы восстановления и массопереноса, а с другой стороны - требует жесткого контроля и управления режимами плавления материала для снижения уровня угара основного компонента плавления. Поэтому поиск оптимальных режимов ведения электрошлакового плавления, совершенствование конструктивных элементов электрошлаковых установок, изучение влияния исследуемых параметров процесса на уровень физико-технологических свойств получаемого продукта в каждом конкретном электрошлаковом переплаве конкретного материала является решающим фактором, существенно обеспечивающим его промышленную применимость и экономическую привлекательность.
Высокая потребность машиностроения в сравнительно дешевом конструкционном материале, каким является легированная сталь, сосредоточила поиск учеными новых методов получения таких легирующих компонентов, как ферротитан, получение которых традиционными методами из-за дороговизны и дефицитности исходного сырья для Украины нерентабельно. Привлекательность технологий электродугового плавления, таких как электрошлаковое плавление (ЭШП), позволила исследователям использовать достоинства ЭШП (высокую концентрацию тепловой энергии электродуги в сравнительно небольшом объеме материала, дешевизну, простоту и промышленную разработанность оборудования для ЭШП) - для получения требуемых легирующих компонентов с последующим применением их в производстве специальных видов сталей.
Из уровня техники известен патент RU №2030467, С1, публ. 01.03.1995 на «Способ электрошлакового переплава металла», согласно которому слитки металла производятся электрошлаковым плавлением полых расходуемых электродов с соотношением их наружного диаметра к внутреннему, равным 1,3-4,0, при котором подъем порции шлака внутрь полости расходуемого электрода происходит за счет создания в этой полости давления ниже атмосферного на величину ΔР=(0,3-1,3)ρ g D, где ρ - плотность образующегося при плавлении шлака, кг/м3, g - ускорение свободного падения, м/с2, D - диаметр полости электрода, м. В соответствии с сутью данного изобретения полый расходуемый электрод в виде отработавших свой ресурс, например, стальных толстостенных (с толщиной стенки равной от 30% величины их внутреннего диаметра до 400% этой величины) труб плавится под слоем образующегося шлака. При этом задачей данного изобретения является проведение процесса плавки без дополнительного подъема мощности электрической дуги. Решение задачи осуществляется подведением требуемой дополнительной тепловой энергии к расходуемому электроду путем контролируемого поднятия уровня шлака внутрь полости трубы за счет снижения давления в этой полости. Указанное действие (существенное снижение давления внутри трубы) с точки зрения термодинамического обеспечения хода процесса требуется только тогда, когда толщина стенки трубы (расходуемого полого электрода) становится выше 100% ее внутреннего диаметра.
К недостаткам данного изобретения следует отнести то, что в нем переплав в слитки ведется только расходуемых электродов в виде труб, то есть - имеющих внутреннюю полость. Кроме того, для обеспечения хода электрошлакового переплава (создание разрежения внутри расходуемого электрода) требуются дополнительные конструктивные элементы установки электрошлакового переплава - электрокомпрессор и клапанное устройство, которые увеличивают абсолютную стоимость килограмма получаемого слитка такого металла как за счет стоимости самих дополнительных устройств, так и за счет повышения потребления внешней электроэнергии на их работу.
Из уровня техники известен «Способ электрошлакового переплава» по Авторскому свидетельству СССР №904332, А1, поданному 25.06.1980, публ. 20.01.2000, согласно которому плавление металла из расходуемого электрода проводят в водоохлаждаемом кристаллизаторе путем подачи на расходуемый электрод кроме рабочего тока также импульсного разрядного тока с напряжением 20-50 кВ. При этом для повышения эффективности обработки и повышения качества переплавляемого металла плавление ведут попеременно подаваемыми чередующимися круто возрастающими полого спадающими и полого возрастающими круто спадающими импульсами разрядного тока с максимальной амплитудой тока в импульсе 5-50 кА и частотой импульсов 0,5-500 Гц с отношением времени крутого возрастания (убывания) импульса к общему времени разряда его 1/20-1/10.
Главным недостатком этого изобретения является необходимость использования специального мощного генератора импульсного разрядного тока, который должен подаваться на расходуемый плавящийся электрод одновременно с рабочим током электрической дуги. При этом подача импульсного тока должна осуществляться по сложным, чередующимся во времени и величинам режимам (законам) с «плавающими» абсолютными значениями силы и напряжения, что существенно повышает стоимость килограмма переплавляемого металла по данному изобретению.
Из уровня техники известно Авторское свидетельство СССР №1037435, А, публ. 23.08.1983, Бюл. 31 на «Способ упрочнения расходуемого электрода», согласно которому расходуемый электрод, например, диаметром 16 мм из шихты, содержащей 20 мас.% лигатуры Al-V, 20 мас.% стружки титанового сплава ВТ 1-0, остальное титановая губка ТГ-100, подвергался прессованию отдельными порциями при давлении 18 т, а затем подвергался упрочнению путем пропускания импульсов тока, например, от зарядной батареи, на участках с повышенным сопротивлением.
К недостаткам данного изобретения следует отнести сложность технологии получения расходуемого электрода, дороговизну получаемого изделия, поскольку используемая технология требует дополнительного электрически мощного оборудования, проведения повторных упрочняющих обработок импульсным током отдельных участков электрода до достижения у них (участков) требуемого для последующего переплава низкого сопротивления. Кроме того, получаемый состав расходуемого электрода имеет низкое содержание титана из-за использования в качестве шихтовых материалов алюминиево-ванадиевой лигатуры и значительного количества титановой губки.
Также из уровня техники известна заявка РФ №2002117454, А, публ. 20.03.2004 на «Способ получения сплавов», согласно варианту которого исходный материал, например, в виде стружки и мелкодисперсного лома титана марок ВТ 1-0 (ВТ 1-00) в количестве 70 мас.% от общей массы ферротитана марки Фти70 помещают в корпус контейнера под крышку из листового стального проката марки 08КП, вес которых равен 30 мас.% общей массы ферротитана указанной марки, прокаливают указанную массу исходных компонентов, прессуют и плавят.
В связи с тем что используемые в качестве исходного материала отходы чистого титана (в виде лома и стружки) имеют высокое сродство к кислороду, сырье для получения высокотитанового ферросплава существенно окислено с поверхности, а прокаливание перед плавлением обеспечивает удаление влаги только до 85 мас.%. В процессе подготовки титанового сырья к плавлению требуется введение дополнительной операции по завальцовыванию стенок контейнера с прессованными отходами титанового производства и соответственно использование специального прессового оборудования для осуществления данной дополнительной операции. Кроме того, из-за использования в качестве исходного сырья отходов титанового производства стоимость единицы веса получаемого ферротитана существенно возрастает, а форма сырья (стружка и лом) при производстве большого количества слитков ферротитана требует наличия крупного производства титана в непосредственной близости от производства высокотитанового ферросплава.
Из уровня техники известен патент США №27532626 А, публ. 03.07.1956 на «Способ уплотнения и спекания расходуемых электродов из отходов производства титана», в соответствии с которым расходуемый электрод для электродугового переплава получают из отходов производства титана, например, из смеси дробленой титановой губки, металлического титанового лома, прутков, обрезков листа, с или без дополнительных легирующих элементов, которую уплотняют в титановой оплетке или в стальной трубе. Полученную заготовку незначительно вакуумируют, закрывают стальную трубу с титановым наполнителем пробками, которые приваривают к концам стальной трубы, и формуют в требуемое сечение: круг, квадрат, прямоугольник или многоугольник, например, ковкой или прокаткой и нагревают до температур 926-1065°С для уплотнения и спекания отходов производства титана в стальной трубе в единую сборку в виде расходуемого электрода. Высокотитановый ферросплав с содержанием титана 40-80 мас.% и до 0,55 мас.% углерода получают из изготовленного по вышеизложенной технологии расходуемого электрода плавлением в электродуговых установках в водоохлаждаемом кристаллизаторе при атмосфере аргона, неона или гелия.
В связи с тем что в качестве исходного сырья для изготовления расходуемого электрода используются отходы производства титана (прутки, обрезки проката и дробленая титановая губка), стоимость исходного наполнителя существенно высока. Расход электроэнергии на передел электрода с титановой губкой из-за высокой ее температуры плавления повышен по сравнению с требуемой энергией на плавление титана. Технология изготовления расходуемого электрода сложна и требует выполнения дополнительных операций по вакуумированию заготовки, завариванию пробок в трубе с наполнителем, спеканию наполнителя в единую сборку, то есть дополнительного расхода электроэнергии и использования вакуумной техники. Таким образом, стоимость 1 кг получаемого ферротитана существенно высока.
Наиболее близким из уровня техники является патент RU 2013457 C1, C22B 9/18, 30.05.1994) [1], в котором расходуемый электрод, используемый для получения высокотитанового сплава электрошлаковым переплавом, содержит в качестве наполнителя предварительно уплотненный титансодержащий материал, заключенный в стальную оболочку.
В основу заявленного изобретения поставлена задача создания расходуемого электрода для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением, снижение себестоимости единицы веса продукта, упрощение технологии изготовления расходуемого электрода, устранение возможности загрязнения кислородом воздуха ферросплава при плавлении расходуемого электрода путем совершенствования технологии его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением, содержащий в качестве наполнителя предварительно уплотненный титансодержащий материал, заключенный в стальную оболочку с поперечным сечением в виде круга, прямоугольника или многоугольника, как титансодержащий материал наполнителя используется смесь продукта плавления ильменита в электропечи, восстановителя и связующего, а отношение площади поперечного сечения стальной оболочки к площади поперечного сечения наполнителя в расходуемом электроде составляет не более 0,024, при этом плотность упаковки смеси наполнителя в стальной оболочке составляет не менее 2,7 т/м3.
Другая задача данного изобретения решается тем, что уплотнение смеси наполнителя расходуемого электрода осуществляют прессованием.
Еще одна задача изобретения решается тем, что продукт плавления ильменита в электропечи содержит не менее 79,5 мас.% оксида титана, а как восстановитель используется алюминиевый порошок.
Одним из вариантов решения поставленной задачи изобретения является то, что количество связующего материала в наполнителе содержится не более 6 мас.% от массы смеси.
Используемые в промышленности технологии получения ферротитана описаны в уровне техники и имеют ряд существенных недостатков, которые делают их не перспективными для цели получения дешевого продукта в массовом производстве. Например, магнийтермическая технология требует большого расхода электроэнергии; технология переработки отходов производства титановых изделий (прокатного листа, прутков различного диаметра, слитков титана) сложна, нуждается в ряде дополнительных энергоемких операций, специальном оборудовании, развитой промышленной базе получения и передела титана и, следовательно, также экономически мало привлекательна. Наиболее перспективна технология электрошлакового переплава титансодержащего сырья, при этом для ее (технологии ЭШП) востребованности необходимо использовать относительно дешевое, недефицитное сырье и простые подготовительные операции получения готового высокотитанового ферросплава.
В качестве исходного сырья, которое может быть эффективно использовано в последующем переделе, применяется шлак, содержащий до 80-95 мас.% TiO2, который получается на 1 стадии технологии передела ильменита в ферротитан, описанной в патенте Украины №59720 А, публ. 15.09.2003 г. Шлак с высоким содержанием ТО2 дробят, смешивают с алюминиевым порошком и связывающим агентом, усредняя смесь по составу. Полученную смесь загружают в стальную оболочку требуемого поперечного сечения и уплотняют до образования устойчивого контакта между частицами, получая расходуемый электрод. В тигель печи помещают защитный флюс, погружают в него расходуемый электрод до достижения контакта с подом и подают электрический ток для образования электрической дуги между расходуемым электродом и подом печи. Образовавшаяся электрическая дуга оплавляет нижний торец расходуемого электрода, и расплавленный ферротитан стекает на под печи до полного расплавления расходуемого электрода. Полученный в результате электрошлакового плавления ферротитан сливают в изложницу и после его остывания освобождают от шлака.
Процесс изготовления расходуемого электрода и образования ферротитана при электрошлаковом переплаве будет рассмотрен далее с приведением иллюстраций на Фиг.1-3 данного изобретения.
Фиг.1 - общий вид расходуемого электрода для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением.
Фиг.2 - разрез по А-А конструкции расходуемого электрода, представленного на Фиг.1.
Фиг.3 - плавление расходуемого электрода в тигле печи ЭШП с образованием слоя расплавленного высокотитанового ферросплава.
Исходный материал, служащий наполнителем расходуемого электрода для ЭШП в ферротитан, готовят по следующей технологии. На первой стадии технологии получают титановый шлак с высоким содержанием оксида титана и минимальным содержанием оксидов железа. В электропечи расплавляют чугунный или стальной лом. После расплавления лома из печи удаляют образовавшийся в результате плавки шлак и на поверхность жидкой металлической ванны отдельными порциями загружают смесь, состоящую из ильменитовой руды и углеродсодержащего восстановителя (например, графитового боя). Для ошлакования содержащейся в ильменитовой руде пустой породы в состав смеси добавляют известь. В процессе расплавления смеси происходит восстановление содержащихся в руде оксидов железа. Восстановленное железо переходит в металлический расплав, что приводит к повышению концентрации оксида титана в образовавшемся шлаке.
В соответствии с теоретическими реакциями восстановления железа из его оксидов, которые содержатся в исходном материале, расчетным путем выбирают вес компонентов шихты и ее общее количество. Ильменитовая руда содержит, в мас.%: 60,00 TiO2; 31,70 Fe2O3; 1,10 Al2О3; 2,84 SiO2; 2,34 S; 0,28 P; 0,43 V2O5; 0,56 MnO. Степень восстановления железа из его оксида составляет 80-85%. Обогащенный оксидом титана шлак, с содержанием не менее 78 мас.% TiO2, после завершения восстановительного периода плавления смеси сливают в изложницы. Полученный шлак содержит в оптимально составе: 79,5 мас.% TiO2, 7,8 мас.% Fe2O3, остальное - примеси оксидов алюминия, кремния, ванадия марганца, а также сера и фосфор.
Смесь, используемая в качестве наполнителя расходуемого электрода, готовится из дробленного до крупности не более 800 мкм шлака с высоким содержанием TiO2, алюминиевого порошка крупностью не менее 800 мкм и с содержанием алюминия до 85 мас.% и связывающего агента. Алюминиевый порошок является восстановителем оксидов титана и железа, поэтому содержание его в наполнителе соответствует расчетному теоретическому содержанию для восстановления указанных оксидов по известным теоретическим реакциям восстановления расходуемых веществ. Количество связующего агента не должно превышать 3-6 мас.% в смеси.
Готовый наполнитель загружается в стальную оболочку, например в виде цилиндра, образуя расходуемый электрод 1 для ЭШП, как показано на Фиг.1. Позиция 2 указанного чертежа является стальной оболочкой, позицией 3 обозначен наполнитель расходуемого электрода 1. Вид А-А Фиг.2 представляет собой круглое сечение расходуемого электрода, где номера позиций соответствуют аналогичным номерам вышеуказанных элементов конструкции расходуемого электрода.
В процессе определения технологических характеристик расходуемого электрода были проведены многочисленные эксперименты, в результате которых установлено, что оптимальное отношение площади стальной оболочки к площади наполнителя должно быть не более 0,024.
Данные экспериментов также определили оптимальное значение плотности упаковки смеси наполнителя в стальной оболочке, которое должно составлять не менее 2,7 т/м3.
Плавление расходуемого электрода осуществлялось следующим образом. Получение высокотитанового ферросплава проводили в лабораторной электропечи постоянного тока с основной футеровкой со следующими техническими характеристиками:
1. Вместимость лабораторной дуговой печи постоянного тока, кг - 20;
2. Номинальная величина тока, А - 800-850;
3. Номинальное напряжение, В - 35-40.
На под плавильного тигля 2 лабораторной электропечи постоянного тока, представленной на Фиг.3, загружают защитный флюс 3 состава 50 мас.% оксида алюминия и 50 мас.% оксида кальция. Расходуемый электрод 1 опускают через защитный флюс 3 на под печи 5 до контакта его с подом печи 5. Через расходуемый электрод 1 и под печи 5 пропускают электрический ток с образованием электрической дуги между ними. Параметры процесса - величина тока и напряжение - контролируются с помощью автоматического регулятора. В указанном автоматическом регуляторе дросселем снимается напряжение с «низкой стороны трансформатора» (входное напряжение), которое является пропорциональным силе тока и напряжению дуги (выходное напряжение). Индуцируемый в дросселе ток подается на усилитель. При равенстве напряжения, снимаемого с «низкой стороны трансформатора», заданному усилителем напряжению, механизм перемещения расходуемого электрода не «срабатывает». В случае различия значений указанных выше напряжений получаемый ток усиливается и подается на исполнительный механизм для подъема или опускания расходуемого электрода.
В результате выделения тепла в флюсе 3, при прохождении через него электрического тока, а также выделяющегося тепла экзотермических реакций восстановления компонентов наполнителя происходит расплавление флюса и погруженного в него торца расходуемого электрода 1.
В процессе плавления расходуемого электрода 1 - восстановленные и расплавленные титан и железо, проходя через слой расплавленного флюса и образующегося вторичного шлака, скапливаются на поду тигля 2, образуя расплав высокотитанового ферросплава 4. Плавление расходуемого электрода 1 производится до полного перехода его компонентов в расплав ферротитана 4. После расплавления расходуемого электрода 1 печь отключают, а расплав ферросплава 4 и жидкий шлак 3 сливают в изложницу, где при остывании происходит кристаллизация ферросплава 4. После полного остывания расплава в изложнице проводят разделение слитка феротитана и шлака. При необходимости слитки ферротитана расплавляются в индукционной печи для усреднения получаемого продукта по химическому составу. Конечный продукт - ферротитан по своему химическому составу содержит, мас.%: 68,00-78,70 титана, 19,30-30,00 железа, до 1,98 примесей, содержащих 0,50 алюминия, 0,18 кремния, 0,85 марганца, 0,42 ванадия и 0,03 серы.
Для подтверждения промышленной применимости заявленного изобретения был проведен ряд опытных электрошлаковых плавок расходуемого электрода заявленной конструкции, по 3 на каждый режим с целью усреднения полученных результатов. Данные технических характеристик получения высокотитанового ферросплава и сравнительного химического состава продукта по заявленному изобретению представлены в таблицах 1, 2.
| Таблица 1. | ||||||
| Сравнительные технические характеристики получения высокотитанового ферросплава по заявляемому изобретению. | ||||||
| № образца по порядку |
Технические характеристики расходуемого электрода и электрического режима плавления | |||||
| Высота, мм |
Толщина стальной оболочки, мм | Вес наполнителя, кГ | Плотность наполнителя после уплотнения, т/м3 | Величина тока, А | Напряжение, в | |
| 1. | 1400 | 2,0 | 70 | 1,80 | 1500-1650 | 30-45 |
| 2. | 950 | 1,5 | 136 | 2,75 | 1500-1650 | 30-45 |
| 3. | 800 | 1,0 | 126 | 3,05 | 1500-1650 | 30-45 |
| Таблица 2. | ||||||||
| Сравнительный химический состав и качество получаемого высокотитанового ферросплава по заявляемому изобретению. | ||||||||
| № образца по порядку |
Химический состав высокотитанового ферросплава, мас.% | Качество получаемого продукта | ||||||
| Ti | Fe | Al | Si | Mn | V | S | ||
| 1 | 45,00 | 52,72 | 1,00 | 0,10 | 0,75 | 0,40 | 0,03 | товарный слиток |
| 2 | 53,27 | 43,00 | 1,50 | 1,00 | 0,80 | 0,40 | 0,03 | товарный слиток |
| 3 | 72,00 | 25,63 | 0,80 | 0,19 | 0,85 | 0,50 | 0,03 | товарный слиток |
Стоимость получаемого килограмма ферротитана, полученного электрошлаковым плавлением расходуемого электрода, на 20% ниже стоимости килограмма ферротитана по технологии, описанной в патенте Украины №59720, А и на 8% меньше стоимости ферротитана, получаемого магнийтермическим методом. Электрошлаковое плавление расходуемого электрода под слоем защитного флюса препятствует проникновению кислорода из воздуха в расплавляемый ферротитан, а технология изготовления расходуемого электрода состоит из трех операций: приготовление смеси титаносодержащего наполнителя, загрузка его в стальную оболочку и уплотнение наполнителя в оболочке прессованием.
Представленное описание не ограничивает заявляемое изобретение во всех возможных его модификациях, усовершенствованиях и эквивалентах, которые не выходят за рамки заявленной формулы, а служит изложением и уточнением конкретных воплощений изобретения.
Claims (5)
1. Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением, содержащий предварительно уплотненный титансодержащий наполнитель, заключенный в стальную оболочку, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего наполнителя используют смесь шлака с содержанием окислов титана не менее 78 мас.%, полученного плавлением ильменита в электропечи, восстановителя и связующего агента, причем отношение площади поперечного сечения стальной оболочки к площади поперечного сечения наполнителя в расходуемом электроде составляет не более 0,024, плотность упаковки смеси наполнителя в стальной оболочке составляет не менее 2,7 т/м3.
2. Расходуемый электрод по п.1, отличающийся тем, что он содержит стальную оболочку с поперечным сечением в виде круга, овала, прямоугольника или многоугольника.
3. Расходуемый электрод по п.1, отличающийся тем, что уплотнение титансодержащего наполнителя, помещенного в расходуемый электрод, осуществляют прессованием до обеспечения надежного электрического контакта между частицами наполнителя.
4. Расходуемый электрод по п.1, отличающийся тем, что шлак, полученный плавлением ильменита в электропечи, содержит окислы титана не менее 79,5 мас.%, а в качестве восстановителя - алюминиевый порошок.
5. Расходуемый электрод по п.1, отличающийся тем, что шлак, полученный плавлением ильменита в электропечи, содержит 79,5 мас.% TiO2, 7,8 мас.% Fe2О3, остальное - примеси оксидов алюминия, кремния, ванадия, марганца, серы и фосфора, при этом в смеси титансодержащего наполнителя содержится не более 6 мас.% связующего агента.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200503962A UA77118C2 (en) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | Consumption electrode for obtaining high titanium ferro alloy by electroslag melting |
| UAA200503962 | 2005-04-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005115108A RU2005115108A (ru) | 2006-11-27 |
| RU2335553C2 true RU2335553C2 (ru) | 2008-10-10 |
Family
ID=37505615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005115108/02A RU2335553C2 (ru) | 2005-04-25 | 2005-05-19 | Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2335553C2 (ru) |
| UA (1) | UA77118C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2691828C1 (ru) * | 2018-10-30 | 2019-06-18 | Ао "Зеленодольский Завод Имени А.М. Горького" | Способ получения расходуемых электродов титанового сплава для отливки деталей оборудования, работающего в агрессивных средах под высоким давлением |
| RU2694178C1 (ru) * | 2018-07-20 | 2019-07-09 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Способ легирования титана углеродными нанотрубками при камерном электрошлаковом переплаве (КЭШП) |
| RU2702880C2 (ru) * | 2014-10-08 | 2019-10-11 | Ниппон Стил Корпорейшн | Титансодержащая структура и титановый продукт |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA83331C2 (ru) * | 2007-10-11 | 2008-06-25 | Сергей Николаевич Чепель | Установка для получения ферротитана путем электодуговой плавки рутила под слоем защитного флюса |
| CN105063367B (zh) * | 2015-07-23 | 2017-08-25 | 宝钛集团有限公司 | 一种熔炼用电极的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2753262A (en) * | 1952-06-27 | 1956-07-03 | Allegheny Ludlum Steel | Process of compacting and sintering titanium metal scrap |
| RU2013457C1 (ru) * | 1991-01-31 | 1994-05-30 | Институт электросварки им.Е.О.Патона АН Украины | Способ получения слитков из стружки |
| RU2197548C2 (ru) * | 2001-03-28 | 2003-01-27 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Способ получения расходуемых электродов из металлической стружки |
| UA59720A (ru) * | 2002-11-25 | 2003-09-15 | Сергій Миколайович Чепель | Способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита |
-
2005
- 2005-04-25 UA UAA200503962A patent/UA77118C2/uk unknown
- 2005-05-19 RU RU2005115108/02A patent/RU2335553C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2753262A (en) * | 1952-06-27 | 1956-07-03 | Allegheny Ludlum Steel | Process of compacting and sintering titanium metal scrap |
| RU2013457C1 (ru) * | 1991-01-31 | 1994-05-30 | Институт электросварки им.Е.О.Патона АН Украины | Способ получения слитков из стружки |
| RU2197548C2 (ru) * | 2001-03-28 | 2003-01-27 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Способ получения расходуемых электродов из металлической стружки |
| UA59720A (ru) * | 2002-11-25 | 2003-09-15 | Сергій Миколайович Чепель | Способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702880C2 (ru) * | 2014-10-08 | 2019-10-11 | Ниппон Стил Корпорейшн | Титансодержащая структура и титановый продукт |
| US10988832B2 (en) | 2014-10-08 | 2021-04-27 | Nippon Steel Corporation | Titanium-containing structure and titanium product |
| RU2694178C1 (ru) * | 2018-07-20 | 2019-07-09 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Способ легирования титана углеродными нанотрубками при камерном электрошлаковом переплаве (КЭШП) |
| RU2691828C1 (ru) * | 2018-10-30 | 2019-06-18 | Ао "Зеленодольский Завод Имени А.М. Горького" | Способ получения расходуемых электродов титанового сплава для отливки деталей оборудования, работающего в агрессивных средах под высоким давлением |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005115108A (ru) | 2006-11-27 |
| UA77118C2 (en) | 2006-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11280013B2 (en) | System and method for extraction and refining of titanium | |
| JP3699123B2 (ja) | 鋳物用鉄の製造方法 | |
| US20220389529A1 (en) | Direct current electric arc furnace | |
| JP5027682B2 (ja) | 高融点金属インゴットの製造方法 | |
| WO1997000978A1 (en) | Process for the manufacture of a high carbon cobalt-chromium-molybdenum alloy | |
| RU2335553C2 (ru) | Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением | |
| RU2398908C2 (ru) | Установка для получения ферротитана путем электродугового плавления титансодержащего материала под слоем защитного флюса | |
| Paton et al. | Arc slag remelting for high strength steel & various alloys | |
| CN104195356B (zh) | 一种铸造纯铍锭用铍珠熔炼提纯方法 | |
| RU2335564C2 (ru) | Высокотитановый ферросплав, получаемый двухстадийным восстановлением из ильменита | |
| CN110629103B (zh) | 一种真空脱气稀土钢的生产方法及所用装置 | |
| RU2329322C2 (ru) | Способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита | |
| JP7379998B2 (ja) | 誘導炉 | |
| WO2023026854A1 (ja) | 電気炉、有価金属の製造方法 | |
| RU2102516C1 (ru) | Способ получения ферротитана | |
| CN116623025B (zh) | 一种碳氢辅助电铝热还原-真空精炼制备低成本钛合金的方法 | |
| RU2153023C1 (ru) | Способ переработки минерального сырья, содержащего марганец, с извлечением металлов | |
| Koohestani et al. | Influence of geometric shape of sponge iron used in induction furnace on metallurgical properties of produced steel | |
| WO2023027567A1 (en) | Method and apparatus for producing a ferrotitanium alloy having high content of titanium | |
| Basu et al. | Use of Electro-Slag refining for Novel in-situ Alloying Process in steel | |
| Mimura et al. | Recent developments in plasma metal processing | |
| Schlegel | Steelmaking | |
| Trigub et al. | Producing of high-quality nickel ingots-slabs by electron beam melting | |
| WO2016077685A1 (en) | A method for the manufacture of an efficient steel deoxidizer aluminum matrix composite material | |
| HK40073297A (en) | Direct current electric arc furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120520 |