RU2426804C1 - Furnace for melting and refining of reaction metals and alloys - Google Patents
Furnace for melting and refining of reaction metals and alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2426804C1 RU2426804C1 RU2009141870/02A RU2009141870A RU2426804C1 RU 2426804 C1 RU2426804 C1 RU 2426804C1 RU 2009141870/02 A RU2009141870/02 A RU 2009141870/02A RU 2009141870 A RU2009141870 A RU 2009141870A RU 2426804 C1 RU2426804 C1 RU 2426804C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- melting
- cold
- alloys
- transparent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (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, применяемых в аэрокосмической технике.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, used in aerospace engineering.
В промышленных масштабах титановые сплавы для аэрокосмической техники производят двойным вакуумным дуговым переплавом (ВДП), тройным ВДП, либо методами электронно-лучевой плавки (ЭЛП)+ВДП, плазменно-дуговой плавки в кристаллизатор (ПДП)+ВДП, гарнисажной плавки способом гарнисаж - расходуемый электрод (ГРЭ)+ВДП и ограниченно используются индукционная плавка (ИП) в холодных секционных тиглях.On an industrial scale, titanium alloys for aerospace engineering are produced by double vacuum arc remelting (VDF), triple VDF, or by electron beam melting (ELP) + VDF, plasma arc melting into a crystallizer (PDP) + VDP, skull-melting using skull-consumable method electrode (GRE) + VDP and induction melting (IP) is used to a limited extent in cold sectional crucibles.
Обязательным условием при производстве данных сплавов является отсутствие тугоплавких включений, образовавшихся из кусочков шихты, имеющих более высокую плотность и/или 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 при ее вовлечении в технологический процесс). Несмотря на тщательную подготовку и контроль качества шихтовых материалов, при нарушении нормального технологического процесса такие кусочки могут оказаться в шихте.A prerequisite in the production of these alloys is the absence of refractory inclusions formed from pieces of a mixture having a higher density and / or 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 the chip when it is involved in the technological process). 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.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили печи ВДП [1, стр.152]. Слитки, выплавленные в этих печах, особенно методами двойного или тройного переплава, отличаются высокой плотностью и хорошим качеством поверхности.To date, the most widespread are VDP furnaces [1, p. 152]. The ingots smelted in these furnaces, especially by double or triple remelting methods, are characterized by high density and good surface quality.
Недостатком печи ВДП является то, что в кристаллизаторе совмещены зоны расплавления и затвердевания металла. При относительно небольшой глубине ванны расплава, которая перемещается по высоте в процессе плавки, содержащиеся тугоплавкие частицы, имея большую плотность и температуру плавления, не успевают перейти в жидкую фазу и вмерзают в тело слитка.The disadvantage of the furnace VDP is that in the mold combined zone of melting and solidification of the metal. With a relatively small depth of the melt bath, which moves in height during the melting process, the refractory particles contained, having a high density and melting point, do not have time to go into the liquid phase and freeze into the body of the ingot.
К категории печей ВДП относится гарнисажная печь с расходуемым электродом (ГРЭ). Недостаток такой печи является то, что для получения необходимой плотности слитка и качества поверхности требуется дополнительная плавка полученного слитка методом ВДП в кристаллизаторе.The category of VDP furnaces includes a skull furnace with a consumable electrode (GRE). The disadvantage of such a furnace is that in order to obtain the necessary density of the ingot and surface quality, additional melting of the obtained ingot by the VDP method in the mold is required.
Известна индукционная вакуумная печь с холодным тиглем, содержащая индуктор, выполненный из секций холодный тигель и вакуум-камеру, с механизмом вытягивания слитка [2]. Печь позволяет получить качественные гомогенные сплавы. Недостаток печи - отсутствие возможности рафинирования от включений низкой и высокой плотности, ограничения по диаметру выплавляемых слитков, связанные с технико-экономическими показателями процесса индукционного переплава, по этой причине изготовление крупногабаритных слитков нерентабельно.Known induction vacuum furnace with a cold crucible containing an inductor made of sections of a cold crucible and a vacuum chamber, with a mechanism for drawing an ingot [2]. The furnace allows to obtain high-quality homogeneous alloys. The disadvantage of the furnace is the lack of the possibility of refining from inclusions of low and high density, restrictions on the diameter of the smelted ingots, associated with technical and economic indicators of the induction remelting process, for this reason the manufacture of large-sized ingots is unprofitable.
Для исключения попадания твердых включений в выплавляемые сплавы реакционных металлов, например Ti и Zr, достаточно широко используются печи с холодным подом и независимыми источниками нагрева, в которых зона плавки и кристаллизации размещены отдельно. При этом твердые включения вследствие более высокой плотности опускаются на дно ванны расплава и вмерзают в гарнисаж. К ним относятся электронно-лучевые плавки (ЭЛЛ) и плазменно-дугового переплава (ПДП) [1, стр.172-184].To exclude the ingress of solid inclusions in the melted alloys of reaction metals, for example, Ti and Zr, cold hearth furnaces and independent heat sources are widely used, in which the melting and crystallization zones are located separately. In this case, solid inclusions, due to their higher density, sink to the bottom of the molten bath and freeze into the skull. These include electron beam melting (ELL) and plasma arc remelting (RPS) [1, pp. 172-184].
Известны печи ЭЛП с холодным подом для получения слитков титановых сплавов. Недостаток - избирательное испарение компонентов, имеющих большую, чем у основы сплава, упругость паров, поэтому сортамент сплавов весьма ограничен.Known cold hearth EBP furnaces for producing ingots of titanium alloys. The disadvantage is the selective evaporation of components having greater vapor pressure than that of the alloy base, so the range of alloys is very limited.
Известны печи ПДП с холодным подом, содержащие корпус с расположенными в нем шихтовыми бункерами, кристаллизатором с механизмом вытяжки слитка. Данные печи из-за ограничения объема жидкой ванны, как на поде, так и в кристаллизаторе не позволяют за один переплав получить достаточно однородный слиток (требуется дополнительный переплав).Known furnace PDE with a cold hearth, containing a housing with charge bins located in it, a mold with an ingot extraction mechanism. These furnaces, due to the limitation of the volume of the liquid bath, both on the hearth and in the mold, do not allow a sufficiently uniform ingot to be obtained for one remelting (additional remelting is required).
Известна вакуумная плавильная печь с холодным подом, включающая загрузочное устройство для загрузки шихты, рабочую камеру, в которой установлены независимые источники нагрева [3] - прототип. Эксплуатация подобной печи (в качестве независимых источников нагрева используются плазматроны) показывает, что агрегат позволяет получать слитки-заготовки, предназначенные для последующего переплава без ограничения по сортаменту, однако полученные слитки уступают по качеству поверхности слиткам ЭЛЛ и индукционной печи в силу особенности обогрева зеркала ванны в кристаллизаторе и сливном носке плазменной дугой. До настоящего времени не удалось разработать технологию ПДП, обеспечивающую получение промышленных слитков (700-850 мм) с удовлетворительной для деформации поверхностью.Known vacuum melting furnace with a cold hearth, including a loading device for loading the charge, a working chamber in which independent heat sources are installed [3] - prototype. The operation of such a furnace (plasmatrons are used as independent heating sources) shows that the unit allows to obtain ingots-billets intended for subsequent remelting without restriction by assortment, however, the obtained ingots are inferior in surface quality to ELL and induction furnace due to the peculiarity of heating the bath mirror in a mold and a drain toe by a plasma arc. Up to now, it has not been possible to develop a PDP technology that provides industrial ingots (700-850 mm) with a surface that is satisfactory for deformation.
Задачи, на решение которых направлено данное изобретение, - повышение качества выплавляемых высокореакционных металлов и сплавов, снижение себестоимости продукции, увеличение производительности печи, повышение стабильности ее работы.The tasks to which this invention is directed are improving the quality of smelted highly reactive metals and alloys, reducing the cost of production, increasing the productivity of the furnace, increasing the stability of its operation.
Техническим результатом изобретения является создание печи для переплава и рафинирования высокореакционных металлов и сплавов, в которой оптимально сочетаются достоинства печей с холодным подом и индукционных печей, что позволяет получить за один переплав слитки, удовлетворяющие требованиям аэрокосмической техники.The technical result of the invention is the creation of a furnace for remelting and refining highly reactive metals and alloys, which optimally combines the advantages of cold hearth furnaces and induction furnaces, which makes it possible to obtain ingots that satisfy the requirements of aerospace engineering for one remelting.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что печь для плавки и рафинирования реакционных металлов и сплавов содержит рабочую камеру, загрузочные устройства для шихты, независимые источники нагрева, плавильный холодный под с холодным сливным носком и кристаллизатором, кристаллизатор выполнен проходным и прозрачным для электромагнитного поля с частотой 0,1-5 МГц, создаваемого индуктором, расположенным на кристаллизаторе.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that the furnace for melting and refining reaction metals and alloys contains a working chamber, charging devices for the charge, independent heat sources, a cold melter with a cold drain tip and a crystallizer, the mold is transparent and transparent to the electromagnetic field with a frequency of 0.1-5 MHz, created by an inductor located on the mold.
Для исключения предпосылок намерзания расплава в районе сливного носка сливной носок дополнительно оснащен индуктором и выполнен прозрачным для электромагнитного поля с частотой 0,1-5 Мгц.To eliminate the prerequisites for the freezing of the melt in the area of the drain sock, the drain sock is additionally equipped with an inductor and is transparent for the electromagnetic field with a frequency of 0.1-5 MHz.
На чертеже представлена схема печи для плавки и рафинирования реакционных металлов и сплавов.The drawing shows a diagram of a furnace for melting and refining reaction metals and alloys.
Печь включает рабочую камеру 1, загрузочное устройство 2, холодный плавильный под 3, с холодным сливным носком 4 с индуктором (индуктор не показан), независимые источники нагрева 5 (в примере плазматроны), проходной секционный кристаллизатор 6, с наружной поверхности которого размещен индуктор 7, кристаллизатор оборудован механизмом вытяжки 8.The furnace includes a
Печь работает следующим образом.The furnace operates as follows.
В рабочей камере 1 создают атмосферу инертного газа, посредством загрузочного устройства 2 на плавильный под 3 подают шихту, включают плазматроны 5, печь выводят на стабильный тепловой режим и производят плавку. В процессе плавки на холодном поде 3 образуется гарнисаж 9, на котором формируется ванна расплава 10, включения более высокой плотности по сравнению с расплавом осаждаются на дно ванны и вмерзают в гарнисаж, низкой плотности - растворяются на поде, рафинированный от твердых частиц расплав через сливной носок 4 стекает в проходной секционный кристаллизатор 6. Индуктор 7 создает магнитное поля частотой 0,1-5 МГц, это наиболее экономичный режим для поддержания расплава в жидком состоянии и его интенсивного перемешивания, что гарантирует отличное усреднение химического состава сплава. Посредством механизма вытяжки 8 формируется слиток 11 с поверхностью высокого качества. Для исключения намораживания расплава в районе носка установлен индуктор, создающий магнитное поле с частотой 0,1-5 МГц, при этом носок выполнен прозрачным для электромагнитного поля.An inert gas atmosphere is created in the working
Преимуществами печи для плавки и рафинирования по сравнению с известными печами являются:The advantages of the furnace for smelting and refining in comparison with the known furnaces are:
1. По сравнению с печами ВДП не требуется изготовление прессованного электрода для первого переплава, исключается загрязнение металла твердыми включениями.1. Compared with VDP furnaces, the manufacture of a pressed electrode for the first remelting is not required; metal contamination by solid inclusions is excluded.
2. По сравнению с печами ИП кардинально снижается расход электроэнергии, т.к. индукционный нагрев осуществляется только для поддержания необходимой температуры расплава в тигле.2. Compared with IP furnaces, the power consumption is drastically reduced, as Induction heating is carried out only to maintain the required temperature of the melt in the crucible.
3. Обеспечение возможности производства высококачественных слитков титановых сплавов за один плавильный цикл.3. Ensuring the possibility of producing high-quality ingots of titanium alloys in one melting cycle.
Источники информацииInformation sources
1. Плавка и литье титановых сплавов. Под ред. Александрова В.К. - М.: Металлургия, 1994.1. Melting and casting of titanium alloys. Ed. Alexandrova V.K. - M.: Metallurgy, 1994.
2. Патент РФ №2096713, МПК F27D 11/06, опубл. 20.11.1997.2. RF patent No. 2096713, IPC
3. Патент РФ №2228962, МПК С22В 9/21, опубл. 20.05.2004.3. RF patent No. 2228962, IPC С22В 9/21, publ. 05/20/2004.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141870/02A RU2426804C1 (en) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | Furnace for melting and refining of reaction metals and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141870/02A RU2426804C1 (en) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | Furnace for melting and refining of reaction metals and alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009141870A RU2009141870A (en) | 2011-05-20 |
| RU2426804C1 true RU2426804C1 (en) | 2011-08-20 |
Family
ID=44733426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009141870/02A RU2426804C1 (en) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | Furnace for melting and refining of reaction metals and alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2426804C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107870116B (en) * | 2016-09-27 | 2024-02-09 | 核工业北京地质研究院 | Gas extraction device in Ar-Ar definite-year test by mineral stage heating method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2805660C2 (en) * | 1978-02-10 | 1982-05-19 | Semen Moiseevič Moskva Bejzerov | Furnace for vacuum arc melting of reactive metals |
| RU2096713C1 (en) * | 1996-02-01 | 1997-11-20 | Губченко Александр Павлович | Vacuum induction furnace with cold crucible |
| RU2228962C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-05-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Vacuum melting furnace with cold hearth |
-
2009
- 2009-11-12 RU RU2009141870/02A patent/RU2426804C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2805660C2 (en) * | 1978-02-10 | 1982-05-19 | Semen Moiseevič Moskva Bejzerov | Furnace for vacuum arc melting of reactive metals |
| RU2096713C1 (en) * | 1996-02-01 | 1997-11-20 | Губченко Александр Павлович | Vacuum induction furnace with cold crucible |
| RU2228962C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-05-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Vacuum melting furnace with cold hearth |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009141870A (en) | 2011-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA93651C2 (en) | Electroslag system for refinement or producing of metal and method for refinement and method for producing of metal | |
| Reitz et al. | Recycling of gamma titanium aluminide scrap from investment casting operations | |
| JPH04314836A (en) | Method and equipment for manufacturing alloy composed mainly of titanium and aluminum | |
| EP0526159A1 (en) | Method for melting titanium aluminide alloys | |
| Choudhury et al. | Electron beam melting and refining of metals and alloys | |
| RU2263721C2 (en) | Method for producing of ingots | |
| JP5048222B2 (en) | Method for producing long ingots of active refractory metal alloys | |
| RU2426804C1 (en) | Furnace for melting and refining of reaction metals and alloys | |
| Zhouhua et al. | Vacuum Metallurgy | |
| JP2011173172A (en) | Method for producing long cast block of active high melting point metal alloy | |
| RU2487181C1 (en) | Method for electroslag remelting of metal-containing wastes | |
| RU2360014C2 (en) | Vacuum arc-refining skull furnace | |
| Mladenov et al. | Experimental and theoretical studies of electron beam melting and refining | |
| Vutova et al. | Electron-beam melting and reuse of metallic materials | |
| US7753986B2 (en) | Titanium processing with electric induction energy | |
| RU2762460C1 (en) | Method for producing special copper ingots | |
| RU2209842C2 (en) | Metal melting and pouring method | |
| RU2630157C2 (en) | Method to produce electrodes of alloys based on titanium aluminide | |
| RU2381990C1 (en) | Method of vacuum cleaning of silicon | |
| RU2715822C1 (en) | Method for electroslag remelting of metal-containing wastes | |
| CN115786777B (en) | Cobalt-carbon intermediate alloy and preparation method thereof | |
| RU2288287C2 (en) | Vacuum electric-arc scull furnace | |
| RU2228962C2 (en) | Vacuum melting furnace with cold hearth | |
| RU2770807C1 (en) | Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys | |
| RU2792515C1 (en) | Method for smelting nickel-titanium alloys |