RU2734220C1 - Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode - Google Patents
Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734220C1 RU2734220C1 RU2020108525A RU2020108525A RU2734220C1 RU 2734220 C1 RU2734220 C1 RU 2734220C1 RU 2020108525 A RU2020108525 A RU 2020108525A RU 2020108525 A RU2020108525 A RU 2020108525A RU 2734220 C1 RU2734220 C1 RU 2734220C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- furnace
- ingot
- chamber
- charge materials
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 50
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 82
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 74
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 40
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 34
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 4
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 3
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 3
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 3
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 tungsten-titanium-hafnium-aluminum Chemical compound 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000600 Ba alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N CuO Inorganic materials [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000946 Y alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HUDCVFFIBYXETG-UHFFFAOYSA-N [Al].[Ti].[Mo] Chemical compound [Al].[Ti].[Mo] HUDCVFFIBYXETG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- XMVAAAZAGOWVON-UHFFFAOYSA-N aluminum barium Chemical compound [Al].[Ba] XMVAAAZAGOWVON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- KNIXSICLZCCLEE-UHFFFAOYSA-N hafnium nickel Chemical compound [Ni].[Hf] KNIXSICLZCCLEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 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
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 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 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- VYQNWZOUAUKGHI-UHFFFAOYSA-N monobenzone Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1OCC1=CC=CC=C1 VYQNWZOUAUKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DEPMYWCZAIMWCR-UHFFFAOYSA-N nickel ruthenium Chemical compound [Ni].[Ru] DEPMYWCZAIMWCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IKBUJAGPKSFLPB-UHFFFAOYSA-N nickel yttrium Chemical compound [Ni].[Y] IKBUJAGPKSFLPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/20—Arc remelting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C35/00—Master alloys for iron or steel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству лигатур, для выплавки сплавов на различных основах (никель, кобальт, титан, железо и др.) в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of master alloys, for smelting alloys on various bases (nickel, cobalt, titanium, iron, etc.) in a vacuum arc furnace with a non-consumable tungsten electrode.
Целесообразность введения некоторых легирующих элементов в виде лигатур при выплавке сплавов обусловлена рядом преимуществ, включающих: улучшение усвоения легирующего тугоплавкого элемента, сокращение времени растворения и перемешивания расплава, повышение рафинирующего эффекта (для рафинирующих добавок редкоземельных и щелочноземельных элементов). Эти положительные эффекты достигаются за счет приближения плотности и температуры плавления добавки в виде лигатуры к параметрам основы сплава.The expediency of introducing some alloying elements in the form of ligatures in alloy smelting is due to a number of advantages, including: improved assimilation of the alloying refractory element, reduced time for dissolution and mixing of the melt, and increased refining effect (for refining additives of rare earth and alkaline earth elements). These positive effects are achieved due to the approximation of the density and melting temperature of the additive in the form of a master alloy to the parameters of the alloy base.
Основными показателями качества лигатур являются равномерность распределения легирующих элементов по всему объему лигатуры и чистота от газов - кислорода и азота.The main indicators of the quality of ligatures are the uniformity of distribution of alloying elements throughout the volume of the ligature and the purity of gases - oxygen and nitrogen.
Известен способ получения лигатуры никель-редкоземельный металл, включающий расплавление никеля, выдержку полученного расплава никеля и смешивание его с редкоземельным металлом, индукционное перемешивание полученного расплава, его разливку и охлаждение образующегося из расплава слитка. Никель расплавляют в вакууме в инертном тигле индукционной печи. Полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°С и выдерживают до его дегазации в плавильной камере (рабочем пространстве) под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°С и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл (RU 2556176 С1, 10.07.2015).There is a known method of producing a nickel-rare earth metal alloy, including melting nickel, holding the resulting nickel melt and mixing it with a rare earth metal, induction mixing of the resulting melt, casting it and cooling the ingot formed from the melt. Nickel is melted under vacuum in an inert crucible in an induction furnace. The resulting melt is heated to a temperature of 1500-1700 ° C and kept until degassing in a melting chamber (working space) under vacuum, after which the temperature of the nickel melt is reduced to 1400-1550 ° C and a rare earth metal is added in portions in a vacuum or inert gas atmosphere (RU 2556176 C1, 10.07.2015).
Данный способ обеспечивает равномерное перемешивание легирующих элементов по всему объему лигатуры за счет индукционного перемешивания и низкое содержание газов за счет расплавления в вакууме, однако не применим для выплавки лигатур с высокими температурами ликвидус/солидус, например, лигатур с высоким содержанием тугоплавких металлов, таких как вольфрам, рений, молибден, тантал и др. Другим недостатком данного способа является наличие неизбежных потерь металла, связанных с образованием гарнисажа на керамическом тигле и литейной оснастке (разливочных ковшах, воронках и т.д.), разбрызгиванием металла в процессе разливки, необходимостью обрезки головной части слитка с усадочной раковиной, имеющей высокую ликвационную неоднородность и загрязненной неметаллическими включениями. В связи с этим использование данного способа для производства лигатур с дорогостоящими элементами, например, драгоценными и дорогостоящими металлами рутением, рением и другими экономически нецелесообразно.This method provides uniform mixing of alloying elements throughout the volume of the master alloy due to induction mixing and low gas content due to melting in vacuum, however, it is not applicable for melting master alloys with high liquidus / solidus temperatures, for example, master alloys with a high content of refractory metals such as tungsten , rhenium, molybdenum, tantalum, etc. Another disadvantage of this method is the presence of inevitable metal losses associated with the formation of a skull on the ceramic crucible and foundry equipment (pouring ladles, funnels, etc.), metal spraying during the casting process, the need to trim the head parts of an ingot with a shrinkage cavity with high segregation heterogeneity and contaminated with non-metallic inclusions. In this regard, the use of this method for the production of ligatures with expensive elements, for example, precious and expensive metals ruthenium, rhenium and others, is not economically feasible.
Известен способ вакуумной дуговой плавки с нерасходуемым электродом, при котором с целью стабилизации распределения энергии между электродом и ванной расплава в межэлектродное пространство в процессе плавки вводят эмисионно-активное веществ. В качестве эмиссионно-активных веществ могут быть использованы металлический иттрий, кальций, церий и другие металлы и их соединения, повышающие электронную эмиссию металлов (SU 323454 А1, 10.12.1971).The known method of vacuum arc melting with a non-consumable electrode, in which, in order to stabilize the distribution of energy between the electrode and the bath of the melt, emission-active substances are introduced into the interelectrode space during the melting process. Metallic yttrium, calcium, cerium and other metals and their compounds that increase the electron emission of metals can be used as emission-active substances (SU 323454 A1, 10.12.1971).
Недостатком данного способа является загрязнение выплавляемой лигатуры остатками эмиссионно-активных веществ, вводимых в процессе плавки.The disadvantage of this method is the contamination of the melted master alloy with the remnants of emission-active substances introduced during the melting process.
Известен способ вакуумной дуговой плавки измельченного металла с использование нерасходуемого полого электрода, включающий подачу сыпучего материала через полый электрод и формирование слитка в кристаллизаторе. С целью осуществления процесса плавки в глубоком вакууме и увеличения выхода годного металла по току сыпучий материал удерживают в полости нерасходуемого электрода до установления капельного стекания его из выходного отверстия электрода в кристаллизатор, при этом в процессе плавки освобождающуюся полость электрода заполняют новыми порциями сыпучего материала. Нижнее отверстие трубчатого электрода закрывают пробкой из переплавляемого металла таким образом, чтобы между нею и электродом был надежный электрический контакт. После этого внутреннюю полость электрода заполняют измельченным металлом или порошком (SU 407956 А1, 10.12.1973).The known method of vacuum arc melting of crushed metal using a non-consumable hollow electrode, including the supply of bulk material through the hollow electrode and the formation of an ingot in the mold. In order to carry out the melting process in a high vacuum and increase the current yield of suitable metal, the bulk material is kept in the cavity of the non-consumable electrode until it drips from the outlet of the electrode into the mold, while in the process of melting the vacant electrode cavity is filled with new portions of bulk material. The lower hole of the tubular electrode is closed with a remelted metal plug so that there is a reliable electrical contact between it and the electrode. After that, the inner cavity of the electrode is filled with crushed metal or powder (SU 407956 A1, 10.12.1973).
Недостатком данного способа является необходимость использования измельченных шихтовых материалов в виде порошка. При выплавке лигатур с дорогостоящими материалами процесс предварительного распыления исходной шихты будет сопровождаться неизбежными потерями, что экономически нецелесообразно. Кроме того, необходимость получения измельченного металла удорожает процесс получения лигатуры.The disadvantage of this method is the need to use crushed charge materials in the form of a powder. When melting ligatures with expensive materials, the process of preliminary spraying of the initial charge will be accompanied by inevitable losses, which is not economically feasible. In addition, the need to obtain crushed metal increases the cost of the master alloy production process.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ изготовления лигатуры вольфрам-титан-гафний-алюминий, при котором в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом осуществляют плавку шихты, причем перед плавкой шихту помещают в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, печь закрывают и начинают откачку печи до остаточного давления 0,01÷0,05 мм рт.ст., по достижении которого в рабочее пространство печи напускают аргон до давления, равного величине атмосферного, при этом на первом этапе на дно медного водоохлаждаемого кристаллизатора помещают титан, а на него вольфрам, обладающий большой плотностью, растворяют и сплавляют титан и вольфрам в пропорции, которая соответствует содержанию этих элементов в лигатуре, с образованием единого слитка при величине тока дуги между шихтой и электродом 750÷1100 А и времени плавки 3÷10 мин, а для усреднения химического состава слитка его извлекают из кристаллизатора, переворачивают и подвергают повторному переплаву при температуре расплава на 30÷50°С выше температуры ликвидуса сплава титана и вольфрама, затем к переплавленному слитку добавляют необходимое количество алюминия и гафния, которые размещают под слитком сплава титана и вольфрама, обладающего большой плотностью, и осуществляют плавку при температуре расплава 1750÷1900°С (RU 2470084 С1, 20.12.2012).The closest analogue of the proposed method is a method for manufacturing a tungsten-titanium-hafnium-aluminum alloy, in which a charge is melted in a vacuum arc furnace with a non-consumable tungsten electrode, and before melting, the charge is placed in a copper water-cooled crystallizer, the furnace is closed and the furnace is pumped out to a residual pressure 0.01 ÷ 0.05 mm Hg, upon reaching which argon is admitted into the working space of the furnace to a pressure equal to the atmospheric pressure, while at the first stage titanium is placed on the bottom of the water-cooled copper crystallizer, and tungsten, which has a high density, is placed on it , titanium and tungsten are dissolved and alloyed in a proportion that corresponds to the content of these elements in the master alloy, with the formation of a single ingot with an arc current between the charge and the electrode of 750 ÷ 1100 A and a melting time of 3 ÷ 10 min, and to average the chemical composition of the ingot it is extracted from the crystallizer, turned over and re-melted at a rate temperature of the melt is 30 ÷ 50 ° C higher than the liquidus temperature of the titanium and tungsten alloy, then the required amount of aluminum and hafnium is added to the remelted ingot, which are placed under the ingot of titanium and tungsten alloy, which has a high density, and melted at a melt temperature of 1750 ÷ 1900 ° C (RU 2470084 C1, 20.12.2012).
Недостатками способа-прототипа являются:The disadvantages of the prototype method are:
- неприменимость данного способа для выплавки лигатур на основе легкоплавких металлов (алюминия, олова, щелочноземельных элементов и др.) в связи с величиной тока дуги при первом переплаве, ограниченной в диапазоне 750÷1100 А. Столь высокие значения тока дуги приводят к тому, что во время плавки, особенно в начале процесса при возникновении электрической дуги, в связи с перегревом медного водоохлаждаемого кристаллизатора происходит распыление (разбрызгивание) легкоплавких шихтовых материалов, которое не позволяет получать лигатуру заданного состава на основе легкоплавких металлов;- the inapplicability of this method for smelting ligatures based on low-melting metals (aluminum, tin, alkaline earth elements, etc.) due to the magnitude of the arc current during the first remelting, limited in the range 750 ÷ 1100 A. Such high values of the arc current lead to the fact that during melting, especially at the beginning of the process when an electric arc occurs, due to the overheating of the water-cooled copper crystallizer, fusible charge materials are sprayed (sprinkled), which does not allow obtaining a master alloy of a given composition based on fusible metals;
- откачка плавильной камеры печи до остаточного давления 0,01÷0,05 мм рт.ст. не обеспечивает эффективного удаления газов атмосферы (в первую очередь азота и кислорода) из рабочего пространства печи и приводит к загрязнению выплавляемой лигатуры;- pumping out the melting chamber of the furnace to a residual pressure of 0.01 ÷ 0.05 mm Hg. does not provide effective removal of atmospheric gases (primarily nitrogen and oxygen) from the working space of the furnace and leads to contamination of the melted master alloy;
- необходимость разгерметизации плавильной камеры печи для добавления второй части легирующих элементов (алюминия и гафния) приводит к напуску воздуха в рабочее пространство печи и требует повторной откачки плавильной камеры, что увеличивает продолжительность технологического процесса. Также продолжительность процесса увеличивает время охлаждения слитка после переплава вольфрама и титана для предотвращения взаимодействия раскаленного металла с газами атмосферы.- the need to depressurize the melting chamber of the furnace to add the second part of alloying elements (aluminum and hafnium) leads to the admission of air into the working space of the furnace and requires re-pumping of the melting chamber, which increases the duration of the technological process. Also, the duration of the process increases the cooling time of the ingot after the remelting of tungsten and titanium to prevent the interaction of the hot metal with atmospheric gases.
Кроме того, данный способ предусматривает плавку в определенном температурном диапазоне 1750÷1900°С, однако контроль температуры расплава в процессе плавки в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом технически реализовать известными методами весьма затруднительно. Термопара погружения будет вызывать частичную кристаллизацию слитка, поскольку является источником дополнительного теплоотвода, и нарушать процесс плавки. На показания пирометра будет влиять яркость электрической дуги. Кроме того, в связи с принципиальными особенностями способа выплавки в вакуумных дуговых печах с нерасходуемым электродом, температура расплава вблизи и на расстоянии от электрической дуги значительно отличается (по краям жидкометаллической ванны расплав затвердевает на медных стенках кристаллизатора).In addition, this method provides for melting in a certain temperature range of 1750-1900 ° C, however, the control of the melt temperature during melting in a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode is technically difficult to implement by known methods. The immersion thermocouple will cause partial crystallization of the ingot, since it is a source of additional heat removal, and disrupt the melting process. The pyrometer reading will be influenced by the brightness of the electric arc. In addition, due to the fundamental features of the method of smelting in vacuum arc furnaces with a non-consumable electrode, the temperature of the melt near and at a distance from the electric arc differs significantly (along the edges of the liquid metal bath, the melt solidifies on the copper walls of the mold).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение номенклатуры получаемых лигатур (получение лигатур различного состава, содержащих редкоземельные, щелочноземельные, тугоплавкие или драгоценные металлы), обеспечение высокой однородности (равномерного распределения содержания легирующих элементов по всему объему слитка) и низкого содержания газов - кислорода и азота. Техническим результатом также является сокращение времени, трудоемкости и энергоемкости процесса выплавки лигатур.The technical result of the proposed invention is to expand the range of the resulting ligatures (obtaining ligatures of various compositions containing rare earth, alkaline earth, refractory or precious metals), ensuring high uniformity (uniform distribution of the alloying elements content throughout the ingot) and low gas content - oxygen and nitrogen. The technical result is also a reduction in time, labor intensity and energy consumption of the master alloy smelting process.
Технический результат достигается предложенным способом изготовления лигатуры, включающим загрузку шихтовых материалов в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, размещенный в плавильной камере вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом, закрытие плавильной камеры печи, откачку воздуха и напуск инертного газа в плавильную камеру печи, первичное расплавление шихтовых материалов электрической дугой, переворачивание полученного слитка и его повторный переплав, при этом при первичном расплавлении используют шихтовые материалы, включающие все легирующие элементы, входящие в состав лигатуры, откачку воздуха из плавильной камеры печи осуществляют до остаточного давления не более 1,5⋅10-3 мм рт.ст., напуск инертного газа в плавильную камеру печи осуществляют до давления от 50 до 750 мм рт.ст., первичное расплавление шихтовых материалов и повторный переплав слитка начинают при величине тока дуги в диапазоне от 20 до 400 А, а затем увеличивают его до значений от 150 до 1250 А.The technical result is achieved by the proposed method of making a master alloy, including loading charge materials into a water-cooled copper crystallizer located in the melting chamber of a vacuum arc furnace with a non-consumable tungsten electrode, closing the melting chamber of the furnace, evacuating air and letting inert gas into the melting chamber of the furnace, primary melting of charge materials electric arc, overturning of the resulting ingot and its re-melting, while during the initial melting, charge materials are used, including all alloying elements that make up the master alloy, air is pumped out of the melting chamber of the furnace to a residual pressure of no more than 1.5⋅10 -3 mm Hg .st., the inert gas is poured into the melting chamber of the furnace up to a pressure of 50 to 750 mm Hg, the primary melting of charge materials and re-melting of the ingot begin at an arc current in the range from 20 to 400 A, and then increase it to values from 150 to 1250 A.
Напуск инертного газа в плавильную камеру печи предпочтительно осуществлять через систему очистки.The inert gas is preferably introduced into the melting chamber of the furnace through a purification system.
Повторный переплав слитка можно проводить в одну или более стадий с переворачиванием слитка между стадиями.Re-melting of the ingot can be carried out in one or more stages, with the ingot inverting between stages.
Переворачивание слитка можно проводить с помощью манипулятора либо вручную после вскрытия камеры печи.The ingot can be turned over using a manipulator or manually after opening the furnace chamber.
Расплавление осуществляется в среде инертного газа, например, аргона, напуск которого осуществляют после откачки плавильной камеры (рабочего пространства) печи до остаточного давления не более 1,5⋅10-3 мм рт.ст. для минимизации взаимодействия расплава в процессе плавки с остаточными газами, содержащимися в атмосферном воздухе (в первую очередь - кислородом и азотом) и повышения чистоты полученной лигатуры.Melting is carried out in an inert gas, for example, argon, which is puffed in after pumping out the melting chamber (working space) of the furnace to a residual pressure of no more than 1.5⋅10 -3 mm Hg. to minimize the interaction of the melt during melting with residual gases contained in the atmospheric air (primarily oxygen and nitrogen) and to increase the purity of the resulting master alloy.
Напуск инертного газа предпочтительно осуществляется через систему очистки, представляющую собой комбинацию фильтров и молекулярных сит с реагентами (например, на основе Ti, Са и CuO) для осушки и удаления примесей, в т.ч. кислорода и азота.The inert gas is preferably introduced through a purification system, which is a combination of filters and molecular sieves with reagents (for example, based on Ti, Ca and CuO) for drying and removing impurities, incl. oxygen and nitrogen.
Напуск инертного газа до давления ниже атмосферного (от 50 до 750 мм рт.ст.) обеспечивает более равномерный и плавный нагрев шихты. При большем давлении электрическая дуга является более сфокусированной, то есть плотность потока энергии выше, а нагреваемая площадь меньше, что снижает степень перемешивания компонентов лигатуры, увеличивает расход инертного газа на плавку и может привести к локальному перегреву, вскипанию расплава и/или повреждению медного кристаллизатора. Таким образом, проведение расплавления шихты в заявленном диапазоне давления обеспечивает равномерное распределение различных легирующих элементов (редкоземельные, щелочноземельные, тугоплавкие или драгоценные металлы) в расплаве и надежность способа.Adding inert gas to a pressure below atmospheric pressure (from 50 to 750 mm Hg) provides a more uniform and smooth heating of the charge. At higher pressure, the electric arc is more focused, that is, the energy flux density is higher, and the heated area is smaller, which reduces the degree of mixing of the alloy components, increases the consumption of inert gas for melting and can lead to local overheating, boiling of the melt and / or damage to the copper mold. Thus, carrying out the melting of the charge in the stated pressure range ensures a uniform distribution of various alloying elements (rare earth, alkaline earth, refractory or precious metals) in the melt and the reliability of the method.
Расплавление шихтовых материалов при начальном токе дуги 20 - 400 А с последующим увеличением до значений 200 - 1250 А обеспечивает предотвращение распыления (разбрызгивания) шихтовых материалов при возникновении электрической дуги и перегрев медного водоохлаждаемого кристаллизатора до его заполнения расплавом. Значение тока выбирают исходя из физико-химических свойств (температура плавления и кипения, способность и теплота образования соединений и т.д.) шихтовых материалов (компонентов лигатуры). Установленные диапазоны силы тока обеспечивают расширение номенклатуры получаемых лигатур и возможность получения лигатур, содержащих не только тугоплавкие, но и редкоземельные, щелочноземельные и драгоценные металлы.Melting of charge materials at an initial arc current of 20 - 400 A, followed by an increase to values of 200 - 1250 A, prevents spraying (splashing) of charge materials when an electric arc occurs and overheating of a water-cooled copper mold before it is filled with melt. The value of the current is selected based on the physicochemical properties (melting and boiling points, ability and heat of formation of compounds, etc.) of the charge materials (ligature components). The established ranges of current strength provide an expansion of the range of obtained ligatures and the possibility of obtaining ligatures containing not only refractory, but also rare earth, alkaline earth and precious metals.
В качестве шихтовых материалов могут быть использованы никель, кобальт, хром, железо, алюминий, цирконий, гафний, вольфрам, молибден, рений, ниобий, тантал, ванадий, титан, рутений, платину, палладий, иридий, золото, серебро, редкоземельные металлы, щелочноземельные металлы, олово, свинец, медь, марганец, кремний, бор в различных сочетаниях, что обеспечивает широкую номенклатуру лигатур, производимых с помощью предложенного способа.Nickel, cobalt, chromium, iron, aluminum, zirconium, hafnium, tungsten, molybdenum, rhenium, niobium, tantalum, vanadium, titanium, ruthenium, platinum, palladium, iridium, gold, silver, rare earth metals can be used as charge materials, alkaline earth metals, tin, lead, copper, manganese, silicon, boron in various combinations, which provides a wide range of ligatures produced using the proposed method.
На однородность полученного слитка лигатуры основное влияние оказывает не только первоначальное расположение шихтовых материалов, но и время протекания диффузионных процессов в расплавленном состоянии, которое зависит от количества переплавов слитка. При поочередном помещении шихтовых материалов в кристаллизатор уменьшается время нахождения в расплавленном состоянии легирующих элементов, введенных перед последним переплавом. Следовательно, снижается однородность слитка. За счет того, что, в отличие от прототипа, все шихтовые материалы помещают в кристаллизатор перед первичным расплавлением, обеспечивается увеличение продолжительности диффузионных процессов, улучшение равномерности распределения легирующих элементов в слитке и сокращение продолжительности и трудоемкости процесса производства лигатуры.The homogeneity of the obtained ligature ingot is mainly influenced not only by the initial arrangement of the charge materials, but also by the time of diffusion processes in the molten state, which depends on the number of remelts of the ingot. By alternately placing the charge materials in the crystallizer, the time spent in the molten state of the alloying elements introduced before the last remelting is reduced. Consequently, the uniformity of the ingot is reduced. Due to the fact that, in contrast to the prototype, all charge materials are placed in a crystallizer before primary melting, an increase in the duration of diffusion processes, an improvement in the uniformity of distribution of alloying elements in an ingot and a reduction in the duration and labor intensity of the master alloy production process is ensured.
Переворачивание слитка перед его повторным переплавом обеспечивает возможность прохождения диффузионных процессов в части слитка, которая находилась в контакте с медным водоохлаждаемым кристаллизатором и не была подвергнута расплавлению при предыдущем переплаве, что обеспечивает высокую однородность полученного слитка. Кроме того, переворачивание слитка может быть проведено с помощью манипулятора без нарушения герметичности камеры печи и ее повторной откачки, что дополнительно сокращает время технологического процесса производства лигатуры, обеспечивает экономию инертного газа и электроэнергии, увеличивает ресурс вакуумных насосов, а также обеспечивает высокую чистоту атмосферы плавильной камеры печи и, как следствие, высокую чистоту выплавленной лигатуры.Turning the ingot before re-melting it allows diffusion processes to take place in the part of the ingot that was in contact with the water-cooled copper mold and was not melted during the previous remelting, which ensures high homogeneity of the resulting ingot. In addition, the ingot can be turned over using a manipulator without breaking the tightness of the furnace chamber and re-pumping it, which further reduces the time of the master alloy production process, saves inert gas and electricity, increases the resource of vacuum pumps, and also ensures high purity of the atmosphere in the melting chamber. furnaces and, as a result, high purity of the melted master alloy.
За счет быстрого охлаждения на медном водоохлаждаемом кристаллизаторе полученный слиток имеет низкую ликвационную неоднородность. Равномерность распределения легирующих элементов по всему объему слитка обеспечивается за счет повторного переплава, перед которым слиток переворачивают, при этом повторный переплав может быть проведен в одну или более стадий с переворачиванием слитка между стадиями.Due to rapid cooling on a water-cooled copper mold, the resulting ingot has a low liquation inhomogeneity. The uniformity of distribution of alloying elements throughout the volume of the ingot is ensured by repeated remelting, before which the ingot is turned over, while the repeated remelting can be carried out in one or more stages with the ingot turning over between stages.
Примеры осуществления.Examples of implementation.
Пример 1.Example 1.
Предлагаемым способом осуществляли выплавку лигатуры рутений-никель (Ru65Ni) для легирования жаропрочных никелевых сплавов. Плавку проводили в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом. Масса шихты, состоящей из рутения и никеля, составляла 1 кг. После помещения шихты в водоохлаждаемый медный кристаллизатор плавильную камеру печи закрыли и откачали до давления 1,1⋅10-3 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 550 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги 200 А, далее увеличили ток до 500 А и расплавили шихту. После охлаждения плавильную камеру открыли, перевернули полученный слиток, закрыли плавильную камеру и откачали до давления 1,1⋅10-3 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 550 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 200 А, далее увеличили ток до 500 А и расплавили шихту. Далее по такому же режиму провели еще два переплава полученного слитка.The proposed method carried out the smelting of ruthenium-nickel alloy (Ru 65 Ni) for alloying heat-resistant nickel alloys. Melting was carried out in a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode. The mass of the charge consisting of ruthenium and nickel was 1 kg. After placing the charge in a water-cooled copper crystallizer, the melting chamber of the furnace was closed and pumped out to a pressure of 1.1⋅10 -3 mm Hg, an inert gas argon was let into the working space of the furnace to a pressure of 550 mm Hg, and melting was started at a current arc 200 A, then increased the current to 500 A and melted the charge. After cooling, the melting chamber was opened, the resulting ingot was turned over, the melting chamber was closed and pumped out to a pressure of 1.1 110 -3 mm Hg, an inert gas argon was let into the working space of the furnace to a pressure of 550 mm Hg, melting was started at the arc current was 200 A, then the current was increased to 500 A and the charge was melted. Further, in the same mode, two more remelting of the obtained ingot was carried out.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.Samples were taken from five different places of the obtained ingot and the chemical composition of the resulting master alloy was determined.
Содержание основных легирующих элементов в лигатуре определяли методом волно-дисперсионной ренгенофлуоресцентной спектрометрии, содержание кислорода - инфракрасным методом, содержание азота - кондуктометрическим методом. Химический состав проб представлен в таблице 1.The content of the main alloying elements in the master alloy was determined by wave-dispersive X-ray fluorescence spectrometry, the oxygen content - by the infrared method, and the nitrogen content - by the conductometric method. The chemical composition of the samples is shown in Table 1.
Из таблицы 1 видно, что в изготовленном по предложенному способу слитке лигатуры отклонение от расчетного состава не превышает 1,3% масс., а содержание газов кислорода и азота не более 0,012 и 0,0006% масс. соответственно.Table 1 shows that in the alloy ingot made according to the proposed method, the deviation from the calculated composition does not exceed 1.3% by weight, and the content of oxygen and nitrogen gases is not more than 0.012 and 0.0006% by weight. respectively.
Пример 2.Example 2.
Предлагаемым способом осуществляли выплавку лигатуры гафний-никель (NiHf90) для легирования жаропрочных никелевых сплавов. Плавку проводили в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом. Масса шихты, состоящей из гафния и никеля составляла 1,4 кг. По е помещения шихты в водоохлаждаемый медный кристаллизатор плавильную камеру печи закрыли и откачали до давления 5,0⋅10-4 мм рт.ст., напустили инертный газ гелий в рабочее пространство печи до давления 50 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги 400 А, далее увеличили ток до 1250 А и расплавили шихту. После охлаждения плавильную камеру не открывали, полученный слиток перевернули с помощью манипулятора вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом, начали плавку при величине тока дуги 400 А, далее увеличили ток до 1250 А и расплавили шихту. Далее по такому же режиму провели еще три переплава полученного слитка.The proposed method was used to melt the hafnium-nickel alloy (NiHf 90 ) for alloying heat-resistant nickel alloys. Melting was carried out in a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode. The mass of the charge consisting of hafnium and nickel was 1.4 kg. After placing the charge in a water-cooled copper crystallizer, the melting chamber of the furnace was closed and pumped out to a pressure of 5.0⋅10 -4 mm Hg, an inert gas helium was let into the working space of the furnace to a pressure of 50 mm Hg, melting began at a value arc current 400 A, then increased the current to 1250 A and melted the charge. After cooling, the melting chamber was not opened, the resulting ingot was turned over using a manipulator of a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode, melting was started at an arc current of 400 A, then the current was increased to 1250 A, and the charge was melted. Then three more remelts of the obtained ingots were carried out in the same mode.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.Samples were taken from five different places of the obtained ingot and the chemical composition of the resulting master alloy was determined.
Содержание основных легирующих элементов в лигатуре определяли методом волно-дисперсионной ренгенофлуоресцентной спектрометрии, содержание кислорода - инфракрасным методом, содержание азота - кондуктометрическим методом. Химический состав проб представлен в таблице 2.The content of the main alloying elements in the master alloy was determined by wave-dispersive X-ray fluorescence spectrometry, the oxygen content - by the infrared method, and the nitrogen content - by the conductometric method. The chemical composition of the samples is shown in Table 2.
Из таблицы 1 видно, что в изготовленном по предложенному способу слитке лигатуры отклонение от расчетного состава не превышает 1,96% масс., а содержание газов кислорода и азота не более 0,044 и 0,008% масс. соответственно.Table 1 shows that in the alloy ingot made according to the proposed method, the deviation from the calculated composition does not exceed 1.96 wt%, and the content of oxygen and nitrogen gases does not exceed 0.044 and 0.008 wt%. respectively.
Пример 3.Example 3.
Предлагаемым способом осуществляли выплавку лигатуры никель-иттрий (NiY25) для легирования жаропрочных никелевых сплавов. Плавку проводили в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом. Масса шихты, состоящей из никеля и иттрия составляла 0,8 кг. После помещения шихты в водоохлаждаемый медный кристаллизатор плавильную камеру печи закрыли и откачали до давления 3,0⋅10-4 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 600 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 100 А, далее увеличили ток до 400 А и расплавили шихту. После охлаждения плавильную камеру открыли, перевернули полученный слиток, закрыли плавильную камеру и откачали до давления 3,0⋅10-4 мм рт.ст., напустили аргон через систему очистки инертных газов в рабочее пространство печи до давления 600 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 100 А, далее увеличили ток до 400 А и расплавили шихту. Далее по такому же режиму провели еще два переплава полученного слитка.The proposed method was used to melt nickel-yttrium alloy (NiY 25 ) for alloying heat-resistant nickel alloys. Melting was carried out in a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode. The mass of the charge consisting of nickel and yttrium was 0.8 kg. After placing the charge in a water-cooled copper crystallizer, the melting chamber of the furnace was closed and pumped out to a pressure of 3.0⋅10 -4 mm Hg, an inert gas argon was let into the working space of the furnace to a pressure of 600 mm Hg, melting was started at a current arc at 100 A, then increased the current to 400 A and melted the charge. After cooling, the smelting chamber was opened, the resulting ingot was turned over, the smelting chamber was closed and pumped out to a pressure of 3.0⋅10 -4 mm Hg, argon was let through the inert gas purification system into the working space of the furnace to a pressure of 600 mm Hg, started melting at an arc current of 100 A, then increased the current to 400 A and melted the charge. Further, in the same mode, two more remelting of the obtained ingot was carried out.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.Samples were taken from five different places of the obtained ingot and the chemical composition of the resulting master alloy was determined.
Содержание основных легирующих элементов в лигатуре определяли методом волно-дисперсионной ренгенофлуоресцентной спектрометрии, содержание кислорода - инфракрасным методом, содержание азота - кондуктометрическим методом. Химический состав проб представлен в таблице 3.The content of the main alloying elements in the master alloy was determined by wave-dispersive X-ray fluorescence spectrometry, the oxygen content - by the infrared method, and the nitrogen content - by the conductometric method. The chemical composition of the samples is shown in Table 3.
Из таблицы 3 видно, что в изготовленном по предложенному способу слитке лигатуры отклонение от расчетного состава не превышает 1,06% масс., а содержание газов кислорода и азота не более 0,010 и 0,004% масс. соответственно.From table 3 it can be seen that in the alloy ingot made according to the proposed method, the deviation from the calculated composition does not exceed 1.06% by weight, and the content of oxygen and nitrogen gases is not more than 0.010 and 0.004% by weight. respectively.
Пример 4.Example 4.
Предлагаемым способом осуществляли выплавку лигатуры алюминий-барий (AlBa57) для легирования жаропрочных никелевых сплавов. Плавку проводили в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом. Масса шихты, состоящей из алюминия и бария составляла 0,4 кг. После помещения шихты в водоохлаждаемый медный кристаллизатор плавильную камеру печи закрыли и откачали до давления 1,0⋅10-4 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 750 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 20 А, далее увеличили ток до 150 А и расплавили шихту. После охлаждения плавильную камеру открыли, перевернули полученный слиток, закрыли плавильную камеру и откачали до давления 1,0⋅10-4 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 750 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 20 А, далее увеличили ток до 150 А и расплавили шихту. Последующие переплавы полученного слитка не проводили.The proposed method carried out the smelting of an aluminum-barium alloy (AlBa 57 ) for alloying heat-resistant nickel alloys. Melting was carried out in a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode. The mass of the charge consisting of aluminum and barium was 0.4 kg. After placing the charge in a water-cooled copper crystallizer, the melting chamber of the furnace was closed and pumped out to a pressure of 1.0⋅10 -4 mm Hg, an inert gas argon was let into the working space of the furnace to a pressure of 750 mm Hg, melting was started at a current arcs at 20 A, then increased the current to 150 A and melted the charge. After cooling, the smelting chamber was opened, the resulting ingot was turned over, the smelting chamber was closed and pumped out to a pressure of 1.0⋅10 -4 mm Hg, an inert gas argon was released into the working space of the furnace to a pressure of 750 mm Hg, melting was started at the arc current was 20 A, then the current was increased to 150 A and the charge was melted. Subsequent remelting of the resulting ingot was not carried out.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.Samples were taken from five different places of the obtained ingot and the chemical composition of the resulting master alloy was determined.
Содержание основных легирующих элементов в лигатуре определяли методом волно-дисперсионной ренгенофлуоресцентной спектрометрии, содержание кислорода - инфракрасным методом, содержание азота - кондуктометрическим методом. Химический состав проб представлен в таблице 4.The content of the main alloying elements in the master alloy was determined by wave-dispersive X-ray fluorescence spectrometry, the oxygen content - by the infrared method, and the nitrogen content - by the conductometric method. The chemical composition of the samples is shown in Table 4.
Из таблицы 4 видно, что в изготовленном по предложенному способу слитке лигатуры равномерность, распределения легирующего элемента ниже, чем в примерах 1-3, что связано с однократным повторным переплавом полученного слитка: максимальное отклонение от расчетного состава составляет 2,7% масс. Однако для данной лигатуры такой уровень однородности является допустимым, поэтому дополнительные переплавы не требуются с целью сокращения времени, трудоемкости и энергоемкости технологического процесса. Содержание газов в полученной лигатуре находится на весьма низком уровне для данного вида лигатуры: кислорода - не более 0,09% масс., азота - не более 0,005% масс.From table 4 it can be seen that in the alloy ingot made according to the proposed method, the uniformity, distribution of the alloying element is lower than in examples 1-3, which is associated with a single re-melting of the obtained ingot: the maximum deviation from the calculated composition is 2.7% of the mass. However, for a given master alloy, such a level of homogeneity is acceptable, therefore, additional remelting is not required in order to reduce the time, labor intensity and energy intensity of the technological process. The content of gases in the resulting ligature is at a very low level for this type of ligature: oxygen - no more than 0.09 wt%, nitrogen - no more than 0.005 wt%.
Пример 5.Example 5.
Предлагаемым способом осуществляли выплавку лигатуры алюминий-молибден-титан (AlMo50Ti7,5) для легирования титановых сплавов. Плавку проводили в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом. Масса шихты, состоящей из алюминия, молибдена и титана составляла 0,7 кг. После помещения шихты в водоохлаждаемый медный кристаллизатор плавильную камеру печи закрыли и откачали до давления 8,0⋅10-5 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 400 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 100 А, далее увеличили ток до 550 А и расплавили шихту. После охлаждения плавильную камеру открыли, перевернули полученный слиток, закрыли плавильную камеру и откачали до давления 8,0⋅10-5 мм рт.ст., напустили инертный газ аргон в рабочее пространство печи до давления 400 мм рт.ст., начали плавку при величине тока дуги в 100 А, далее увеличили ток до 550 А и расплавили шихту. Далее по такому же режиму провели еще два переплава полученного слитка.The proposed method carried out the smelting of an aluminum-molybdenum-titanium alloy (AlMo 50 Ti 7.5 ) for alloying titanium alloys. Melting was carried out in a vacuum arc furnace with a non-consumable electrode. The mass of the charge consisting of aluminum, molybdenum and titanium was 0.7 kg. After placing the charge in a water-cooled copper crystallizer, the melting chamber of the furnace was closed and pumped out to a pressure of 8.0 - 10 -5 mm Hg, an inert gas argon was let into the working space of the furnace to a pressure of 400 mm Hg, melting was started at a current arc at 100 A, then increased the current to 550 A and melted the charge. After cooling, the smelting chamber was opened, the resulting ingot was turned over, the smelting chamber was closed and pumped out to a pressure of 8.0⋅10 -5 mm Hg, an inert gas argon was let into the working space of the furnace to a pressure of 400 mm Hg, melting was started at the arc current was 100 A, then the current was increased to 550 A and the charge was melted. Further, in the same mode, two more remelting of the obtained ingot was carried out.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.Samples were taken from five different places of the obtained ingot and the chemical composition of the resulting master alloy was determined.
Содержание основных легирующих элементов в лигатуре определяли методом волно-дисперсионной ренгенофлуоресцентной спектрометрии, содержание кислорода - инфракрасным методом, содержание азота - кондуктометрическим методом. Химический состав проб представлен в таблице 5.The content of the main alloying elements in the master alloy was determined by wave-dispersive X-ray fluorescence spectrometry, the oxygen content - by the infrared method, and the nitrogen content - by the conductometric method. The chemical composition of the samples is shown in Table 5.
Из таблицы 5 видно, что в изготовленном но предложенному способу слитке лигатуры отклонение от расчетного состава не превышает 1,25% масс. Содержание газов (кислорода и азота) в полученной лигатуре находится составляет не более 0,140 и 0,032% масс. соответственно, что для данного вида лигатуры является весьма низким уровнем.From table 5 it can be seen that in the ligature ingot produced by the proposed method, the deviation from the calculated composition does not exceed 1.25% of the mass. The content of gases (oxygen and nitrogen) in the resulting master alloy is not more than 0.140 and 0.032% of the mass. accordingly, that for this type of ligature is a very low level.
Таким образом, предложенный способ производства лигатур обеспечивает получение лигатур различного состава с равномерным распределением содержания легирующих элементов по всему объему слитка и низким содержанием примесей и газов (кислорода и азота).Thus, the proposed method for the production of ligatures provides for the production of ligatures of various compositions with a uniform distribution of the content of alloying elements throughout the ingot and a low content of impurities and gases (oxygen and nitrogen).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108525A RU2734220C1 (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108525A RU2734220C1 (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734220C1 true RU2734220C1 (en) | 2020-10-13 |
Family
ID=72940429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020108525A RU2734220C1 (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734220C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2847892C1 (en) * | 2025-02-05 | 2025-10-15 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Method for producing nickel-scandium or nickel-ytrium ligatures |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2293268C1 (en) * | 2005-05-23 | 2007-02-10 | Игорь Михайлович Ячиков | Method of electric melting in ac arc furnace |
| RU2470084C1 (en) * | 2011-12-14 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Foundry alloy for casting heat-resistant titanium alloy and method of its making |
| KR20130128809A (en) * | 2012-05-18 | 2013-11-27 | 울산대학교 산학협력단 | Method of manufacturing fe-cr-al-y base alloy wire, the fe-cr-al-y base alloy wire manufactured by the same method and the alloy nanoparticles manufactured by powdering the alloy wire |
| RU2529148C1 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" | Addition alloy to produce casts from grey cast iron |
-
2020
- 2020-02-27 RU RU2020108525A patent/RU2734220C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2293268C1 (en) * | 2005-05-23 | 2007-02-10 | Игорь Михайлович Ячиков | Method of electric melting in ac arc furnace |
| RU2470084C1 (en) * | 2011-12-14 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Foundry alloy for casting heat-resistant titanium alloy and method of its making |
| KR20130128809A (en) * | 2012-05-18 | 2013-11-27 | 울산대학교 산학협력단 | Method of manufacturing fe-cr-al-y base alloy wire, the fe-cr-al-y base alloy wire manufactured by the same method and the alloy nanoparticles manufactured by powdering the alloy wire |
| RU2529148C1 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" | Addition alloy to produce casts from grey cast iron |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2847892C1 (en) * | 2025-02-05 | 2025-10-15 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Method for producing nickel-scandium or nickel-ytrium ligatures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104254416B (en) | System for atomizing metal and method for atomizing metal powder | |
| US3989091A (en) | Method for electroslag remelting of titanium or its alloys and a device for effecting same | |
| BR112017009373B1 (en) | PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ALLOYS AND ALLOYS | |
| EP0526159A1 (en) | Method for melting titanium aluminide alloys | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| JPH04314836A (en) | Method and equipment for manufacturing alloy composed mainly of titanium and aluminum | |
| RU2470084C1 (en) | Foundry alloy for casting heat-resistant titanium alloy and method of its making | |
| JP5064974B2 (en) | Ingot manufacturing method for TiAl-based alloy | |
| JP5048222B2 (en) | Method for producing long ingots of active refractory metal alloys | |
| CN105803257B (en) | Method for improving liquid-state fluidity of TiAl-Nb alloy | |
| RU2734220C1 (en) | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode | |
| JP4414861B2 (en) | Long ingot manufacturing method for active refractory metal-containing alloys | |
| JP2011173172A (en) | Method for producing long cast block of active high melting point metal alloy | |
| US3501291A (en) | Method for introducing lithium into high melting alloys and steels | |
| RU2392338C1 (en) | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment | |
| JP5006161B2 (en) | Ingot manufacturing method for TiAl-based alloy | |
| RU2344186C2 (en) | Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions) | |
| RU2763827C1 (en) | Method for vacuum arc remelting of ingots from manganese-alloyed titanium alloys | |
| WO2023182413A1 (en) | Method for manufacturing tial alloy casting material, tial alloy casting material, moving blade for jet engine, and turbine wheel | |
| JP4209964B2 (en) | Method for melting and casting metal vanadium and / or metal vanadium alloy | |
| RU2807237C1 (en) | Method for smelting heat-resistant copper base alloys | |
| US4726840A (en) | Method for the electroslag refining of metals, especially those having alloy components with an affinity for oxygen | |
| RU2731540C1 (en) | Method of producing chromium bronze | |
| RU2329322C2 (en) | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite | |
| RU2824970C1 (en) | Method of nickel-magnesium alloy melting in dc arc furnace with hollow electrode in argon current |