RU2734220C1 - Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом - Google Patents
Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом 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
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом. Способ изготовления лигатуры, включающий 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 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 в диапазоне 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 в диапазоне от 150 до 1250 А. Обеспечивается расширение номенклатуры получаемых лигатур высокой однородности и низкого содержания газов - кислорода и азота. 3 з.п. ф-лы, 5 табл., 5 пр.
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.
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.
Основными показателями качества лигатур являются равномерность распределения легирующих элементов по всему объему лигатуры и чистота от газов - кислорода и азота.
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).
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.
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).
Недостатком данного способа является загрязнение выплавляемой лигатуры остатками эмиссионно-активных веществ, вводимых в процессе плавки.
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).
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.
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).
Недостатками способа-прототипа являются:
- 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;
- 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;
- 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.
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).
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.
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.
Напуск инертного газа в плавильную камеру печи предпочтительно осуществлять через систему очистки.
Повторный переплав слитка можно проводить в одну или более стадий с переворачиванием слитка между стадиями.
Переворачивание слитка можно проводить с помощью манипулятора либо вручную после вскрытия камеры печи.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Примеры осуществления.
Пример 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.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.
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.
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.
Пример 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.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.
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.
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.
Пример 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.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.
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.
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.
Пример 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.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.
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.
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.
Пример 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.
Из пяти разных мест полученного слитка отобрали пробы и определили химический состав полученной лигатуры.
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.
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.
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).
Claims (4)
1. Способ изготовления лигатуры, включающий 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, отличающийся тем, что 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 в диапазоне 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 в диапазоне от 150 до 1250 А.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что напуск инертного газа в плавильную камеру печи осуществляют через систему очистки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повторный переплав слитка проводят в одну или более стадий с переворачиванием слитка между стадиями.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переворачивание слитка проводят с помощью манипулятора либо вручную после вскрытия камеры печи.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108525A RU2734220C1 (ru) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108525A RU2734220C1 (ru) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734220C1 true RU2734220C1 (ru) | 2020-10-13 |
Family
ID=72940429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020108525A RU2734220C1 (ru) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734220C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2847892C1 (ru) * | 2025-02-05 | 2025-10-15 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Способ изготовления лигатур никель-скандий или никель-иттрий |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2293268C1 (ru) * | 2005-05-23 | 2007-02-10 | Игорь Михайлович Ячиков | Способ электроплавки в дуговой печи постоянного тока |
| RU2470084C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Лигатура для выплавки жаропрочного титанового сплава и способ ее изготовления |
| KR20130128809A (ko) * | 2012-05-18 | 2013-11-27 | 울산대학교 산학협력단 | ＦｅＣｒＡｌＹ계 합금 와이어의 제조방법, 이에 의해 제조된 ＦｅＣｒＡｌＹ계 합금 와이어 및 이를 이용하여 제조된 합금 나노분말 |
| RU2529148C1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" | Лигатура для производства отливок из серого чугуна |
-
2020
- 2020-02-27 RU RU2020108525A patent/RU2734220C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2293268C1 (ru) * | 2005-05-23 | 2007-02-10 | Игорь Михайлович Ячиков | Способ электроплавки в дуговой печи постоянного тока |
| RU2470084C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Лигатура для выплавки жаропрочного титанового сплава и способ ее изготовления |
| KR20130128809A (ko) * | 2012-05-18 | 2013-11-27 | 울산대학교 산학협력단 | ＦｅＣｒＡｌＹ계 합금 와이어의 제조방법, 이에 의해 제조된 ＦｅＣｒＡｌＹ계 합금 와이어 및 이를 이용하여 제조된 합금 나노분말 |
| RU2529148C1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" | Лигатура для производства отливок из серого чугуна |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2847892C1 (ru) * | 2025-02-05 | 2025-10-15 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Способ изготовления лигатур никель-скандий или никель-иттрий |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104254416B (zh) | 用于金属雾化的系统和用于雾化金属粉末的方法 | |
| US3989091A (en) | Method for electroslag remelting of titanium or its alloys and a device for effecting same | |
| BR112017009373B1 (pt) | Processos para produção de ligas, e, ligas | |
| EP0526159A1 (en) | Method for melting titanium aluminide alloys | |
| RU2618038C2 (ru) | Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобия | |
| RU2470084C1 (ru) | Лигатура для выплавки жаропрочного титанового сплава и способ ее изготовления | |
| JP5064974B2 (ja) | ＴｉＡｌ基合金の鋳塊製造方法 | |
| JP5048222B2 (ja) | 活性高融点金属合金の長尺鋳塊製造法 | |
| CN105803257B (zh) | 一种提高TiAl‑Nb合金液态流动性的方法 | |
| RU2734220C1 (ru) | Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом | |
| JP4414861B2 (ja) | 活性高融点金属含有合金の長尺鋳塊製造法 | |
| JP2011173172A (ja) | 活性高融点金属合金の長尺鋳塊製造法 | |
| US3501291A (en) | Method for introducing lithium into high melting alloys and steels | |
| RU2392338C1 (ru) | Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе | |
| JP5006161B2 (ja) | ＴｉＡｌ基合金の鋳塊製造方法 | |
| RU2344186C2 (ru) | Способ производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля (варианты) | |
| RU2763827C1 (ru) | Способ вакуумного дугового переплава слитков из титановых сплавов, легированных марганцем | |
| WO2023182413A1 (ja) | ＴｉＡｌ合金鋳造材の製造方法、ＴｉＡｌ合金鋳造材、ジェットエンジン用動翼およびタービンホイール | |
| JP4209964B2 (ja) | 金属バナジウム又は／及び金属バナジウム合金の溶解方法並びに鋳造方法 | |
| RU2807237C1 (ru) | Способ выплавки жаропрочных сплавов на медной основе | |
| US4726840A (en) | Method for the electroslag refining of metals, especially those having alloy components with an affinity for oxygen | |
| RU2731540C1 (ru) | Способ получения хромовой бронзы | |
| RU2329322C2 (ru) | Способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита | |
| RU2824970C1 (ru) | Способ выплавки лигатуры никель-магний в дуговой печи постоянного тока с полым электродом в токе аргона | |
| RU2362651C1 (ru) | Способ получения слитков и литых изделий из интерметаллических сплавов |