[go: up one dir, main page]

RU2620536C1 - Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys - Google Patents

Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2620536C1
RU2620536C1 RU2015152643A RU2015152643A RU2620536C1 RU 2620536 C1 RU2620536 C1 RU 2620536C1 RU 2015152643 A RU2015152643 A RU 2015152643A RU 2015152643 A RU2015152643 A RU 2015152643A RU 2620536 C1 RU2620536 C1 RU 2620536C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zirconium
materials
consumable electrodes
coal tar
tar pitch
Prior art date
Application number
RU2015152643A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Сафронов
Герман Николаевич Сафронов
Ленар Рустамович Харисов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority to RU2015152643A priority Critical patent/RU2620536C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620536C1 publication Critical patent/RU2620536C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00Heating by electric discharge
    • H05B7/02Details
    • H05B7/06Electrodes
    • H05B7/07Electrodes designed to melt in use
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16Remelting metals
    • C22B9/18Electroslag remelting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16Remelting metals
    • C22B9/20Arc remelting

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: starting particulate materials milled, sieved, is compacted, compressed and fired to ensure the strength of the consumable electrode. As starting material use a dry particulate mixture of non-metallic materials in the form of zirconium oxide 79-84 wt % of coal tar pitch and 16-21 wt %.
EFFECT: invention provides a consumable electrodes without using expensive metal charge materials.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области переплавки металлов, устройствам для электрошлаковой или электродуговой переплавки металлов, а именно к способам изготовления отливок из коррозионно-стойких сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов.The invention relates to the field of metal smelting, devices for electroslag or electric arc smelting of metals, and in particular to methods for manufacturing castings from corrosion-resistant alloys used as structural materials.

В частности, к таковым можно отнести циркониевые сплавы, которые сочетают исключительно высокую коррозионную стойкость по отношению к минеральным и органическим кислотам, а также сильнощелочным растворам, что в сочетании с высокой механической прочностью позволяет применять цирконий для изготовления химического оборудования: насосов, вентилей, теплообменников, фильтров, труб и другого оборудования со снижением стоимости и усовершенствованием методов производства.In particular, these include zirconium alloys, which combine extremely high corrosion resistance with respect to mineral and organic acids, as well as strongly alkaline solutions, which in combination with high mechanical strength allows the use of zirconium for the manufacture of chemical equipment: pumps, valves, heat exchangers, filters, pipes and other equipment with reduced costs and improved production methods.

Может быть использовано для изготовления отливок из циркониевых сплавов в вакуумных гарнисажных печах с расходуемым электродом методом дуговой плавки.It can be used for the manufacture of castings from zirconium alloys in vacuum skull ovens with a consumable electrode by the method of arc melting.

Известен способ производства отливок из высокореакционных металлов и сплавов, в том числе циркониевых, в вакуумных гарнисажных печах с расходуемым электродом методом дуговой плавки [1]. В вакуумную камеру помещают медный водоохлаждаемый тигель, расходуемый электрод и литейные формы. Расходуемый электрод представляет собой шихтовой слиток сплава заданного состава. После вакуумирования печи зажигают электрическую дугу между электродом и дном тигля, прогревают тигель и электрод на малой мощности. При повышении мощности до рабочих ее значений происходит плавление расходуемого электрода, расплавленный металл постепенно заполняет тигель. По мере оплавления расходуемого электрода он автоматически опускается вниз. В связи с высокой теплопроводностью медного водоохлаждаемого тигля на его стенках образуется слой затвердевшего расплава толщиной 10…15 мм, который является гарнисажной футеровкой.A known method for the production of castings from highly reactive metals and alloys, including zirconium, in vacuum skull-type furnaces with a consumable electrode by the method of arc melting [1]. A water-cooled copper crucible, a consumable electrode, and molds are placed in a vacuum chamber. The consumable electrode is a charge ingot of an alloy of a given composition. After evacuation of the furnace, an electric arc is ignited between the electrode and the bottom of the crucible, and the crucible and electrode are heated at low power. When the power increases to its working values, the consumable electrode melts, the molten metal gradually fills the crucible. As the consumable electrode melts, it automatically lowers down. Due to the high thermal conductivity of the copper water-cooled crucible, a layer of hardened melt with a thickness of 10 ... 15 mm is formed on its walls, which is a skull lining.

Недостатком [1] является необходимость предварительного изготовления расходуемых электродов из губчатых металлических шихтовых материалов методами литейного производства и обработки металлов давлением. Поэтому широкое применение данной группы сплавов ограничено высокой стоимостью металлических шихтовых материалов, обусловленной многоступенчатой и дорогостоящей операцией обогащения, химической переработки и рафинирования исходных рудных материалов.The disadvantage [1] is the need for pre-fabrication of consumable electrodes from sponge metal charge materials by methods of foundry and metal forming. Therefore, the widespread use of this group of alloys is limited by the high cost of metal charge materials, due to the multi-stage and expensive operation of beneficiation, chemical processing and refining of initial ore materials.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является способ получения расходуемых электродов из металлической стружки [2], который заключается в применении расходуемых электродов, изготовленных из металлической стружки заданного состава сплава. Способ включает дробление и очистку стружки, вакуумно-термическую дегазацию при 550-650°С, выдержку от 1 до 2 часов. Стружечные брикеты прессуют и загружают с зазором в изложницу, которую перед заливкой одноименным сплавом нагревают до 400-450°С.The closest to the essence of the claimed invention, the prototype is a method for producing consumable electrodes from metal chips [2], which consists in the use of consumable electrodes made of metal chips of a given alloy composition. The method includes crushing and cleaning chips, thermal vacuum degassing at 550-650 ° C, exposure from 1 to 2 hours. Chip briquettes are pressed and loaded with a gap into the mold, which is heated to 400-450 ° C before pouring with the same alloy.

Недостатком прототипа [2] является использование в качестве шихты металлического материала в виде стружки, а также дорогостоящей заливки, служащей связующим стружечного брикета.The disadvantage of the prototype [2] is the use as a charge of a metal material in the form of chips, as well as costly casting, which serves as a binder of a chip briquette.

Целью предлагаемого изобретения является получение расходуемого электрода без использования дорогостоящих металлических шихтовых материалов.The aim of the invention is to obtain a consumable electrode without the use of expensive metal charge materials.

Цели достигают тем, что в качестве исходных компонентов используется неметаллические материалы в виде оксида циркония и каменноугольного пека.The goals are achieved in that non-metallic materials in the form of zirconium oxide and coal tar pitch are used as starting components.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем. В качестве шихтового материала используется рудный материал - оксид циркония. В качестве восстановителя используется углеродсодержащее сырье, например каменноугольный пек. Его предварительно размалывают в шаровой мельнице, перетирают на бегунах, просушивают в сушильных барабанах, просеивают через сито 0,5 мм. Затем пек смешивают с оксидом циркония. Смесь обрабатывают на вальцах, затем размалывают в шаровых мельницах, просеивают через сито. Из полученного порошка на гидравлических прессах прессуют электроды в форме цилиндров и обжигают в электрических печах сопротивления при температуре 1480°С. Затем электроды устанавливают в плавильно-заливочный агрегат и зажигают электрическую дугу.The invention can be carried out, for example, in the following way. As the charge material used ore material - zirconium oxide. As a reducing agent, carbon-containing raw materials, such as coal tar pitch, are used. It is preliminarily ground in a ball mill, ground in runners, dried in drying drums, sieved through a 0.5 mm sieve. Then the pitch is mixed with zirconium oxide. The mixture is processed on rollers, then ground in ball mills, sieved through a sieve. Electrodes in the form of cylinders are pressed from the obtained powder on hydraulic presses and burned in electric resistance furnaces at a temperature of 1480 ° C. Then the electrodes are installed in the melting and casting unit and an electric arc is ignited.

Восстановление диоксида циркония углеродом происходит по реакции:The reduction of zirconia with carbon occurs by the reaction:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ZrO2 - диоксид циркония;where ZrO 2 - zirconium dioxide;

C - углерод;C is carbon;

Zr - цирконий;Zr is zirconium;

СO - оксид углерода (II).CO - carbon monoxide (II).

При температурах горения дуги (не менее 3000°С) единственно возможными продуктами реакции являются цирконий и оксид углерода, поэтому уравнение представляет реакцию, протекающую в твердой фазе. В зоне реакции должна поддерживаться глубокая степень вакуумирования для удаления газообразного оксида углерода с целью смещения равновесия реакции в сторону конечных продуктов, а также для защиты жидкого металла от загрязнения растворимыми примесями.At arc burning temperatures (at least 3000 ° C), the only possible reaction products are zirconium and carbon monoxide; therefore, the equation represents a reaction proceeding in a solid phase. In the reaction zone, a deep degree of evacuation must be maintained to remove gaseous carbon monoxide in order to shift the reaction equilibrium towards the final products, as well as to protect the liquid metal from contamination with soluble impurities.

На чертеже приведена Таблица, где представлены экспериментальные данные, а именно результаты исследований, где был определен состав смеси, который обеспечивает получение металлического циркония.The drawing shows a table where the experimental data are presented, namely the research results, where the composition of the mixture was determined, which ensures the production of metal zirconium.

Из данных таблицы очевидно, что если содержание каменноугольного пека в составе композиции менее 16% и более 21% выход металлического циркония в процессе плавки резко снижается, поэтому оптимальным содержанием каменноугольного пека в составе композиции находится в пределах от 16% до 21% и оксида циркония от 79% до 84% (масс).It is obvious from the table that if the content of coal tar pitch in the composition is less than 16% and more than 21%, the yield of metal zirconium during smelting decreases sharply, therefore, the optimal content of coal tar pitch in the composition is in the range from 16% to 21% and zirconium oxide from 79% to 84% (mass).

Таким образом, предлагаемый состав расходуемого электрода позволяет получать металлический цирконий без использования дорогостоящего губчатого металлического циркония. Полученный металл при необходимости можно дошихтовать и без дополнительных металлургических операций использовать в качестве литейного сплава для получения фасонных отливок.Thus, the proposed composition of the consumable electrode allows to obtain metallic zirconium without the use of expensive sponge metallic zirconium. If necessary, the obtained metal can be shipped and used without additional metallurgical operations as a casting alloy for producing shaped castings.

Приведенные примеры применения предлагаемого изобретения показывают его полезность для области переплавки металлов, устройствам для электрошлаковой или электродуговой переплавки металлов, а именно к способам изготовления отливок из коррозионно-стойких сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов.The examples of application of the present invention show its usefulness in the field of metal smelting, devices for electroslag or electric arc smelting of metals, and in particular to methods for manufacturing castings from corrosion-resistant alloys used as structural materials.

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.The present invention satisfies the criteria of novelty, since when determining the level of technology, no means have been found that have characteristics that are identical (that is, matching the functions performed by them and the form in which these signs are performed) to all the signs listed in the claims, including the purpose of the application.

Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.The present invention has an inventive step, because it has not been identified technical solutions having features that match the distinguishing features of this invention, and not known the influence of distinctive features on the specified technical result.

Заявленное техническое решение можно реализовать без использования дорогостоящих металлических шихтовых материалов путем смешения неметаллических материалов в виде оксида циркония и каменноугольного пека и изготовления из них расходуемых электродов.The claimed technical solution can be implemented without the use of expensive metal charge materials by mixing non-metallic materials in the form of zirconium oxide and coal tar pitch and the manufacture of consumable electrodes from them.

Источники информацииInformation sources

1. Литейные сплавы и плавка: учеб. / А.П. Трухов, А.И. Маляров. - М: ИЦ Академия, 2004. - 336 с.1. Foundry alloys and smelting: textbook. / A.P. Trukhov, A.I. Malyarov. - M: IC Academy, 2004 .-- 336 p.

2. Патент РФ №2197548, опубликовано: 27.01.2003.2. RF patent No. 2197548, published: 01/27/2003.

Claims (2)

Способ получения расходуемых электродов для изготовления отливок из циркониевых сплавов, включающий размалывание, просеивание, уплотнение, прессование исходных дисперсных материалов и обжиг с обеспечением прочности расходуемого электрода, отличающийся тем, что в качестве исходных дисперсных материалов используют неметаллические материалы в виде оксида циркония и каменноугольного пека при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%:A method of producing consumable electrodes for the manufacture of castings from zirconium alloys, including grinding, sieving, compaction, pressing of the initial dispersed materials and firing to ensure the strength of the consumable electrode, characterized in that non-metallic materials in the form of zirconium oxide and coal tar pitch are used as the initial dispersed materials the following ratio of components of dry weight, wt.%: Оксид цирконияZirconium oxide 79-8479-84 Каменноугольный пекCoal tar pitch 16-2116-21
RU2015152643A 2015-12-08 2015-12-08 Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys RU2620536C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152643A RU2620536C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152643A RU2620536C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620536C1 true RU2620536C1 (en) 2017-05-26

Family

ID=58882622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015152643A RU2620536C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620536C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2565249B1 (en) * 1984-05-29 1988-10-07 Toho Titanium Co Ltd CONSUMABLE ELECTRODE FOR THE PRODUCTION OF NB-TI ALLOY
RU99116358A (en) * 1996-12-27 2001-07-10 Алабама Пауэр Компани ELECTRODE FOR ARC ELECTRIC FURNACE, ELECTRIC FURNACE WITH ISOLATED ELECTRODES AND METHOD FOR PRODUCING MELTED METALS
RU2197548C2 (en) * 2001-03-28 2003-01-27 Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" Method of consumable electrode production from metal chips
RU2383636C2 (en) * 2003-12-31 2010-03-10 Дженерал Электрик Компани Installation for producing or refining metals and methods related to this installation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2565249B1 (en) * 1984-05-29 1988-10-07 Toho Titanium Co Ltd CONSUMABLE ELECTRODE FOR THE PRODUCTION OF NB-TI ALLOY
RU99116358A (en) * 1996-12-27 2001-07-10 Алабама Пауэр Компани ELECTRODE FOR ARC ELECTRIC FURNACE, ELECTRIC FURNACE WITH ISOLATED ELECTRODES AND METHOD FOR PRODUCING MELTED METALS
RU2197548C2 (en) * 2001-03-28 2003-01-27 Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" Method of consumable electrode production from metal chips
RU2383636C2 (en) * 2003-12-31 2010-03-10 Дженерал Электрик Компани Installation for producing or refining metals and methods related to this installation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113088752B (en) A kind of preparation method of beryllium copper master alloy
CN113088753B (en) Method for preparing beryllium-copper master alloy by adopting vacuum consumable arc melting
CA1252634A (en) Process of making silicon, iron and ferroalloys
CN105859305B (en) A kind of hydration-resisting, the dry oxidation calcium crucible preparation method of anti-thermal shock
JP2012140318A (en) Method for reusing used carbon-containing refractory
CN102492863B (en) Arc melting method of tungsten alloy with high tungsten content
RU2620536C1 (en) Method of obtaining consumable electrodes for manufacturing castings from zirconium alloys
Naiker The development and advantages of Xstrata’s Premus Process
JP2024013030A (en) Method for producing recycled refractory raw materials and method for producing refractories
Kemper et al. EAF carbothermic co-reduction of alumina and silica for the direct production of Al-Si master alloy
KR20080112818A (en) How to recover valuable metals from steelmaking by-products
RU2197548C2 (en) Method of consumable electrode production from metal chips
RU2828073C1 (en) Method of producing cast iron grinding bodies
CN110582584B (en) Processing of advanced ceramics made from recycled industrial steel waste
RU2718479C1 (en) Refractory products manufacturing method
RU2219450C1 (en) Bed refractory charge for iron-melting gas cupola
CN104630497A (en) Melting technology of casting pure copper
Vorob’ev Carborundum-bearing carbon reducing agents in silicon and silicon-ferroalloy production
Anameric et al. A laboratory study relating to the production and properties of pig iron nuggets
RU2821446C1 (en) Method of processing of clinker of waelz process dusts of electric arc steel melting
CN109988928A (en) A kind of silicon material and preparation method prepared with photovoltaic cutting waste material
JP5887210B2 (en) Binder for molding briquette containing metal oxide for use in steel reduction and melting process and method for producing the same
KR101311954B1 (en) Process for producing ore agglomerates with carbonaceous material incorporated therein
RU2479623C1 (en) Method to produce oxide-fuel briquettes
RU2407811C1 (en) Procedure for re-melting copper scrap and production of brass and bronze and furnace for implementation of this procedure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171209