[go: up one dir, main page]

WO2014209172A1 - Способ индукционной плавки и устройство для его осуществления (варианты) - Google Patents

Способ индукционной плавки и устройство для его осуществления (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2014209172A1
WO2014209172A1 PCT/RU2014/000459 RU2014000459W WO2014209172A1 WO 2014209172 A1 WO2014209172 A1 WO 2014209172A1 RU 2014000459 W RU2014000459 W RU 2014000459W WO 2014209172 A1 WO2014209172 A1 WO 2014209172A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mold
inductor
melt
charge
possibility
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2014/000459
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Анатолий Евгеньевич ВОЛКОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP14817293.5A priority Critical patent/EP3015805A4/en
Publication of WO2014209172A1 publication Critical patent/WO2014209172A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/02—Use of electric or magnetic effects
    • 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
    • C22B9/14—Refining in the solid state
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/06—Induction heating, i.e. in which the material being heated, or its container or elements embodied therein, form the secondary of a transformer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0006—Electric heating elements or system
    • F27D2099/0015—Induction heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to the field of foundry and can be used for casting, restoration and refining of any metals, including refractory and chemically active.
  • a known method of stamping and pulsed processing of molten metal [RU 2194595, 2000], in which the melt is produced in the melted workpiece, the melt is then moved to the stamp, and the stamp, in turn, moves towards the workpiece until it comes into contact, after which the gas is exposed to the melt pressure, pressure pressing and forging through the punch.
  • Device for implementation of the above method consists of a melting chamber, in which a remelted metal billet is placed, when heated by a heater, which is used as an inductor or plasma torch, electron beam gun, electric arc, electrical resistance, etc. means, a molten bath is formed. When the melt reaches the lower part of the workpiece, it is poured into a stamp, which is at some distance below the workpiece.
  • the moment of penetration of the workpiece is fixed by the sensor.
  • the metal melt is affected by gas pressure entering the upper melting chamber, low-frequency and high-frequency vibrations from vibrating devices, electromagnetic fields due to inductors, and in addition, by pressing due to punches, and also by forging due to strikers.
  • the lower chamber makes a push and pull from the upper chamber due to the pneumatic cylinders.
  • the known method and device for its implementation allow you to process any metals, including refractory and chemically active, and also allows you to produce parts in one transition.
  • the closest technical solution adopted as a prototype is a method for producing ingots in a sectional mold and a device for its implementation [M. L. Zhadkevich et al. - Article in the scientific and technical journal “Titan” N ° l (18) 2006, p. 24 ⁇ -28], in which the melt is produced by melting with an inductor.
  • the inductor is located around the sectional mold, which is a "cold” crucible.
  • the charge is charged through the tray into the crucible, it is melted, and an ingot is formed in the zone of the sliding mold, which is pulled down.
  • a device for implementing the above method consists of a "cold” crucible, beveled mold, exhaust device of the ingot, inductor, tray, through which the charge is fed.
  • the known method provides the possibility of remelting contaminated with impurities and obtaining a homogeneous chemical composition in ingots and has found application for remelting ingots of especially contaminated titanium sponges.
  • the disadvantage of this method is that the metal is cleaned only from harmful volatile impurities. Non-volatile impurities remain in the melt.
  • the main disadvantage of this method is the high energy consumption due to the use of a "cold" crucible, which additionally complicates the design and manufacture of the device.
  • the basis of the invention is the task of increasing the efficiency of use and expanding the technical capabilities of the induction melting method.
  • a method of induction melting of metals which involves melting the mixture to obtain a melt bath in the inductor above the mold by exposure to a magnetic field, followed by draining the melt bath into the mold, and in contrast to the known method, the charge is fed into the inductor by moving it from the mold or by filling it directly into the inductor, the mold and the inductor are placed with a gap relative to each other with the formation between the lower plane bone of the inductor and the upper mold plane of the inclined slit, through which the melt bath is drained into the mold by means of a drain element.
  • the inventive method uses an asymmetric inductor, i.e. with a beveled lower plane, which allows you to form an inclined slot from the side of the side surface of the mold, i.e. the upper plane of the latter is made with a bevel parallel to the bevel of the lower plane of the inductor, while the inductor and the mold are located relative to each other with a gap.
  • the lateral surface of the molten bath until it is drained is held by an electromagnetic field inside the inductor.
  • the melt does not pour out of the mold through the gap until the height of the melt bath reaches the maximum possible value based on their strength of the applied magnetic field.
  • the melt is drained down through a gap made in the form of an inclined slit, which acts as a trough, thereby reducing the depth of the melt bath.
  • the melt height is again formed such that the melt through the inclined slot through the drain element enters the mold.
  • the inventive method allows not only the purification of the melts, but also to provide a process for the recovery of metals from various compounds with simultaneous purification of the obtained metal melt from the products of the reduction reaction.
  • the induction melting device comprises a mold, an inductor configured to apply a magnetic field, a charge, a melt bath, a mold, while in contrast to the known device, the mold and inductor are placed with a gap relative to each other, the upper plane of the mold and the lower the inductor plane is slanted relative to the horizontal level, the upper plane of the mold and the lower plane of the inductor form an inclined slit, a drain element is made in the place where the melt is drained from the mold, directing the melt into the mold, the mold is equipped with a movable tray made with the possibility of moving the charge from the mold into the inductor.
  • the device for induction melting contains a mold, an inductor configured to apply a magnetic field, a charge, a melt bath, a mold, while in contrast to the known device, the mold and inductor are placed with a gap relative to each other, the upper plane of the mold and the lower plane the inductor is made with a bevel relative to the horizontal level, the upper plane of the mold and the lower plane of the inductor form an inclined slit, in the place of discharge of the melt from the crystallizate Ora made a drain element, directing the melt into the mold, the mold is made with a dead bottom, and a loading tray is installed above the inductor for feeding the charge into the inductor.
  • the gap between the planes of the inductor and the mold, forming an inclined slit, during installation can be adjusted by changing the distance and angle of inclination between the planes.
  • the drain element is made, for example, in the form of a drain nose.
  • the mold can be made in the form of a cylinder with a vertical axis, which can rotate or in the form of a tray that can produce oblique-translational movements, between the mold and the mold an intermediate tank can be installed in which the melt can be heated by independent melting sources.
  • Example 1 induction melting of metal using the device according to option one.
  • Figure 1 shows a diagram of the induction remelting of the metal of the claimed method, which is illustrated by the sequence of all stages presented in Fig. 1.1 - FIG. 1.7, using the device according to option one.
  • Figure 1.1 shows the preparatory stage of the induction remelting of the metal using the device according to embodiment one, where the mixture 2 is poured into the crystallizer 1.
  • the mixture 2 can be used, including in the form of a pre-ground fraction or in the form of pieces or a mixture thereof.
  • an inductor 3 which is made with a bevel in its lower plane.
  • the mold 1 from this bevel is at a certain distance, i.e. with a gap.
  • the upper plane of the mold 1 is beveled parallel to the lower plane of the inductor 3.
  • the lower plane of the inductor 3 and the upper plane of the mold 1 form an inclined slit 13, allowing the melt bath 7 to be drained through the side plane of the mold 1 by means of a drain element 4.
  • the charge 2 in the mold 1 is held by a movable tray, made in the form of a piston 5.
  • Figure 1.2 shows the stage of the onset of melting of the metal due to the influence of the magnetic field 6 and the lifting of the charge 2 by the piston 5 inside the inductor 3, where the molten bath 7 is formed.
  • Figure 1.3 shows the stage of a set of bath melt of maximum depth, when the magnetic field is able to hold it in the zone of the inductor 3.
  • Figure 1.4 shows the stage when the melt bath 7 flows down the drain element 4 in the form of a jet 8 into the mold 9, where an ingot is formed 10.
  • On the surface of the bath of melt 7 in the inductor 3 are kept light impurities 11, and heavy impurities 12 are collected at the bottom of the bath.
  • Figure 1.5 shows the stage when the molten bath 7 fills the next last mold 9.
  • Figure 1.6 shows the stage of completion of the discharge of the bath of the melt 7, the remainder 14 of the metal in the form of its melt with heavy and light insoluble impurities is held on the piston 5.
  • Figure 1.7 shows the stage of crystallization of the metal residue 14 after a smooth shutdown of the magnetic field 6 of the inductor 3. After crystallization of the metal residue 14, frozen heavy and light impurities are kept in it. After a sufficient amount of accumulated metal residues 14, they can be remelted in the same furnace to more fully recover the purified metal.
  • ingots 10 After melting the charge 2, a certain number of ingots 10 is formed, which can go to deformation or these ingots can be welded into an electrode for subsequent remelting in vacuum arc furnaces.
  • in vacuum arc furnaces it is possible to melt the mixture and ligatures into ingots of various configurations.
  • Example 2 induction melting of metal using the device according to option two.
  • Figure 2 shows a diagram of a variation of the proposed method of induction remelting of metal using the device according to option two.
  • the mold 1 is made in the form of a tank with a blank bottom.
  • the mold 1 is at a certain distance from this bevel.
  • the upper plane of the mold 1 is beveled parallel to the lower plane of the inductor 3.
  • the lower plane of the inductor 3 and the upper plane of the mold 1 form an inclined slit 13, allowing the melt bath 7 to be drained through the lateral plane of the mold 1 through the drain element 4.
  • the pre-ground charge 2 is fed into the inductor 3 along the loading tray, made in the form of a guide 15.
  • the charge 2 is melted by the magnetic field 6, forming a melt pool 7, where light impurities 11 accumulate at the top, and heavy impurities 12 collect at the bottom. 4, the molten bath 7 flows into the mold 9, where it is formed into an ingot 10.
  • the method is carried out analogously to example 1.
  • An additional advantage of this example compared to example 1 is that the implementation of the method does not require the use of a long mold 1 with a piston 5, therefore, the device according to option two is more compact. However, unlike example 1, for the implementation of example 2 requires the mandatory grinding of the mixture 2 to fill it in the inductor 3.
  • Example 3 induction melting of metal using a device according to embodiment one, in which a coarse charge is fed into the inductor at the same time by means of a moving mold tray and, in addition, a coarse charge is fed through a loading chute.
  • Fig. 3 shows a diagram where, from the mold 1, by means of a movable tray made in the form of a piston 5, the lump mixture 16 is fed into the inductor 3, where it is melted by the magnetic field 6. At the same time, the lump mixture 2 is filled from above into the inductor 3 using the loading tray, made in the form of a guide 15.
  • melt bath 7 is formed, where light impurities 11 accumulate at the top and heavy ones remain below impurities 12.
  • the implementation of the melting method according to this example combines the advantages of the method according to example 1, allowing large melting pieces of the charge, including remelting of the electrode or ingot, the dimensions of which allow them to fit in the mold. This can significantly reduce the basic costs of titanium enterprises, which are associated with the mechanical grinding of waste for their involvement in re-smelting.
  • Another advantage of the method of the present example is the ability to top up a small batch charge, which can serve as a ligature. This scheme is most effective in the smelting of various alloys, as well as in the case of correction of the chemical composition of the electrodes or ingots.
  • the method of this example allows you to melt semi-electrodes intended for the manufacture of the electrode.
  • This scheme is convenient in that it is possible to organize the production of high-quality electrodes by melting, bypassing the pressing process. In this case, the problem of uniform distribution of all alloying elements over the volume of the ingot is solved.
  • VDP vacuum-arc remelting
  • Fig.4 To improve the quality of the metal or to clean particularly dirty metal requires more intensive cleaning, shown in Fig.4.
  • This example is similar to example 1, but the mold 9 is made rotating around its own axis. The rotation of the mold 9 allows you to more effectively separate harmful light and heavy impurities from the main melt. After the formation of the ingot 10, its surface is grinded, while impurities are mechanically removed from the surface of the ingot 10. The pattern of formation of the ingot 10 is shown conditionally with the estimated zone of harmful light and heavy impurities -A.
  • the method can also be implemented with an additional increase in the ingot 10 of the degree of alignment of the chemical composition.
  • the electrode is smelted from the obtained ingots 10, which are mixed intermittently in the mold 1.
  • a melt bath 7 is formed under the influence of the magnetic field 6, which, through the drain element 4, enters the mold 9 installed horizontally with the ability to make inclined movements along the axis and diameter. This further increases the degree of mixing of the melt in the electrode, which enters the subsequent remelting.
  • the molten metal received in the mold 9 will not only be cleaned, but also well averaged over the chemical composition.
  • Pressed electrodes which are currently supplied to the VDP remelting, are, as a rule, not cleaned of impurities and their chemical composition is not aligned over the entire volume of the electrode.
  • Figure 5 shows the discharge of the bath of the melt 7 from the mold 1, which is installed with an inclination, and the mold 9 is made in the form of a sliding mold, the axis of which is located at an angle ⁇ .
  • the axis of the mold 1 is made at an angle a to the axis of the inductor 3.
  • the method according to this example is carried out analogously to example 1 and can further facilitate the loading of the mold and simplify the discharge of the melt bath 7.
  • the axis of the mold 1 is at right angles to the axis of the inductor 3.
  • the method according to this example is carried out analogously to example 1 and allows for the compact placement of the device in the workshop space and equip it with a lock chamber (not shown in Fig.6) to ensure continuous work.
  • Fig. 7 the axis of the mold 1 is at right angles to the axis of the inductor 3, an intermediate melt tank 17 is additionally installed, which is additionally heated by an independent heating source 18.
  • the method of this example is carried out analogously to example 1 and allows additional cleaning of the formed melt.
  • the inventive method and device for its manufacture are characterized by the manufacture of an asymmetric inductor and a mold, the inductor in the lower plane is at a certain distance from each other and these planes are beveled at a certain angle relative to the horizontal level, when they are located one above the other, the lateral discharge of the formed melt bath through inclined slit.
  • the inventive method of "beveled" discharge molten metal allows for the cleaning of the obtained melt from insoluble light and heavy impurities that fall to the bottom of the molten bath or float to its surface.
  • inventive method of "beveled" discharge and device options for its implementation allow the process of metal recovery from various compounds to be simultaneously purified from the metal reaction products from the reduction reaction, to speed up the reduction reaction or to melt refractory metals, it is possible to use additional heating of the bath melt by independent heat sources (electron beam, plasma, microwaves, etc.).
  • the use of the claimed invention, for example, for the titanium industry, can be of great practical importance, including almost completely eliminating the main metal losses in waste, increasing the volume of suitable metal and significantly improving the quality of alloys.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Предлагаемое изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья, восстановления и очистки любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные. Заявляемый способ индукционной плавки металлов и устройство для его осуществления включает загрузку шихту (2) в кристаллизатор (1), выполненный со скосом его верхней плоскости. Над кристаллизатором (1) с зазором установлен индуктор (3), который выполнен со скосом его нижней плоскости. Нагрев шихты ведут посредством магнитного поля (6), могут использоваться дополнительные источники нагрева. Верхняя плоскость кристаллизатора (1) скошена параллельно нижней плоскости индуктора (3), образуя наклонную щель (13), обеспечивающую возможность прохождения струи (8) расплава через сливной элемент (4) в изложницу (9). Шихта (2) в кристаллизаторе (1) удерживается подвижным поддоном, выполненным в виде поршня (5), который перемещает шихту внутрь индуктора (3). Кристаллизатор (1) может быть выполнен с глухим дном, а шихта (2) подается через загрузочный лоток (15) непосредственно в полость индуктора (3).

Description

СПОСОБ ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагаемое изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья, восстановления и очистки любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В науке и технике широко известны способы и устройства индукционной плавки. Индукционная плавка приобрела исключительно широкое распространение, как по числу действующих установок, так и по разнообразию технологических применений в самых различных областях техники.
Так, например, еще в 1953 году был описан метод вертикальной бестигельной зонной плавки или, иначе, метод плавающей зоны, при котором кольцевой нагреватель или индуктор создает расплавленную зону, которая удерживается на месте силами поверхностного натяжения. Этот метод широко применяется при получении и обработке кремния и часто используется в лабораторных исследованиях тугоплавких металлов, полупроводниковых материалов и различных неорганических соединений [Л.В. Журавлёва - Электроматериаловедение. Учебное пособие для начального профессионального образования, - М.: Издательский центр "Академия", 2006,с.138-139].
Известен способ штамповки и импульсной обработки жидкого металла [RU 2194595, 2000], в котором получение расплава производится в проплавляемой заготовке, расплав затем перемещается в штамп, а штамп в свою очередь, движется навстречу к заготовке до полного соприкосновения, после этого на расплав воздействуют газовым давлением, давлением прессования и ковки через пуансон. Устройство для осуществления вышеуказанного способа состоит из камеры плавления, в которой размещена переплавляемая металлическая заготовка, при нагревании которой за счет нагревателя, в качестве которого используют индуктор или плазмотрон, электронно- лучевую пушку, электродугу, электросопротивление и т. п. средства, образуется ванна расплава. По достижении расплавом нижней части заготовки, он выливается в штамп, который находится на некотором расстоянии ниже заготовки. Момент проплавления заготовки фиксируется датчиком. На расплав металла воздействуют газовым давлением, поступающим в верхнюю камеру плавления, низкочастотными и высокочастотными колебаниями от вибрационных устройств, электромагнитными полями за счет индукторов, а кроме того, прессованием за счет пуансонов, а также ковкой за счет бойков. Нижняя камера производит поджим и отжатие от верхней камеры за счет пневмоцилиндров.
Известный способ и устройство для его осуществления позволяют обрабатывать любые металлы, включая тугоплавкие и химически активные, а также позволяет производить детали за один переход.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ получения слитков в секционном кристаллизаторе и устройство для его осуществления [М. Л. Жадкевич и др. - Статья в научно-техническом журнале «Титан» N°l (18) 2006, с. 24^-28], в котором получение расплава производится за счёт плавления индуктором. Индуктор расположен вокруг секционного кристаллизатора, который представляет из себя "холодный" тигель. По лотку в тигель производится засыпка шихты, ее плавление и в зоне скользящего кристаллизатора формируется слиток, который вытягивается вниз. Металл плавится в «холодном» тигле, опираясь на днище, при этом боковая поверхность ванны расплава удерживается электромагнитным полем. Устройство для осуществления вышеуказанного способа состоит из «холодного» тигля, скошенного кристаллизатора, вытяжного устройства слитка, индуктора, лотка, по которому подаётся шихта.
Известный способ обеспечивает возможность переплава, загрязненного примесями и получение однородного химического состава в слитках и нашёл применение для переплава в слитки особо загрязненной титановой губки.
Недостатком способа является то, что очистка металла производится только от вредных летучих примесей. Нелетучие примеси остаются в расплаве. Главный недостаток способа высокое потребление энергии за счёт применения «холодного» тигля, который дополнительно усложняет конструкцию и изготовление устройства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения эффективности использования и расширение технических возможностей метода индукционной плавки.
Решать поставленную задачу предлагается тем, что заявляется способ индукционной плавки металлов, который включает плавление шихты с получением ванны расплава в индукторе над кристаллизатором путем воздействия магнитного поля, с последующим сливом ванны расплава в изложницу, при этом в отличие от известного способа, шихту подают внутрь индуктора путем ее перемещения из кристаллизатора или путем ее засыпки непосредственно в индуктор, кристаллизатор и индуктор размещают с зазором друг относительно друга с образованием между нижней плоскостью индуктора и верхней плоскости кристаллизатора наклонной щели, через которую посредством сливного элемента осуществляют слив ванны расплава в изложницу.
Для ускорения реакции восстановления или для плавления тугоплавких металлов, возможно применять дополнительный подогрев ванны расплава независимыми источниками нагрева (электронным лучом, плазмой, микроволнами и т.д.). В заявляемом способе используется ассиметричный индуктор, т.е. со скошенной нижней плоскостью, что позволяет сформировать наклонную щель со стороны боковой поверхности кристаллизатора, т.е. верхняя плоскость последнего выполнена со скосом, параллельным скосу нижней плоскости индуктора, при этом индуктор и кристаллизатор расположены друг относительно с зазором. Боковую поверхность ванны расплава до его слива удерживают электромагнитным полем внутри индуктора. Расплав не выливается из кристаллизатора через зазор до момента, когда высота ванны расплава достигает максимально возможной величины исходя их силы приложенного магнитного поля. Когда силы магнитного поля становится недостаточно для удерживания ванны расплава внутри индуктора, расплав сливают вниз через зазор, выполненный в виде наклонной щели, который выполняет функцию желоба, уменьшая тем самым глубину ванны расплава. Далее при подаче шихты в зону индуктора снова образуется такая высота расплава, которая позволяет расплаву через наклонную щель посредством сливного элемента поступить в изложницу. Осуществление скошенного слива из кристаллизатора, т.е. слив ванны расплава через наклонную щель со стороны боковой поверхности кристаллизатора, обеспечивает эффективную очистку полученного расплава от нерастворимых лёгких и тяжёлых примесей, которые опускаются на дно ванны или всплывают на её поверхность и не попадают в изложницу при формировании слитка. Заявляемый способ позволяет осуществить не только очистку расплавов, но и обеспечить процесс восстановления металлов из различных соединений с одновременной очисткой полученного расплава металла от продуктов реакции восстановления.
Устройство для индукционной плавки по варианту один содержит кристаллизатор, индуктор, выполненный с возможностью приложения магнитного поля, шихту, ванну расплава, изложницу, при этом в отличие от известного устройства, кристаллизатор и индуктор размещены с зазором друг относительно друга, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора выполнены со скосом относительно горизонтального уровня, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора образуют наклонную щель, в месте слива расплава из кристаллизатора выполнен сливной элемент, направляющий расплав в изложницу, кристаллизатор снабжён подвижным поддоном, выполненным с возможностью перемещения шихты из кристаллизатора внутрь индуктора.
Устройство для индукционной плавки по варианту два содержит кристаллизатор, индуктор, выполненный с возможностью приложения магнитного поля, шихту, ванну расплава, изложницу, при этом в отличие от известного устройства, кристаллизатор и индуктор размещены с зазором друг относительно друга, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора выполнены со скосом относительно горизонтального уровня, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора образуют наклонную щель, в месте слива расплава из кристаллизатора выполнен сливной элемент, направляющий расплав в изложницу, кристаллизатор выполнен с глухим дном, а над индуктором установлен загрузочный лоток для подачи шихты внутрь индуктора.
Зазор между плоскостями индуктора и кристаллизатора, образующие наклонную щель, в процессе установки может регулироваться путем изменения расстояния и угла наклона между плоскостями. Сливной элемент выполнен, например, в виде сливного носика. Изложница может быть выполнена в виде цилиндра с вертикальной осью, который может вращаться или в виде лотка, который может производить наклонно- поступательные движения, между кристаллизатором и изложницей может быть установлена промежуточная ёмкость, в которой расплав может подогреваться независимыми источниками плавления.
Заявляемый способ комбинированной плавки и устройство для его осуществления связаны между собой единым изобретательским замыслом. ЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемый способ и устройство (варианты) описывается ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
Пример 1 индукционная плавка металла с использованием устройства по варианту один.
На Фиг.1 изображена схема индукционного переплава металла заявляемым способом, который иллюстрируется последовательностью всех стадий, представленных на Фиг. 1.1 - Фиг. 1.7, с использованием устройства по варианту один.
На Фиг.1.1 изображена подготовительная стадия индукционного переплава металла с использованием устройства по варианту один, где в кристаллизатор 1 засыпают шихту 2. Шихту 2 можно использовать, в том числе, в виде предварительно измельченной фракции или в виде кусков или их смесь. Выше кристаллизатора 1 и соосно ему установлен индуктор 3, который выполнен со скосом его нижней плоскости. Кристаллизатор 1 от этого скоса находится на некотором расстоянии, т.е. с зазором. Верхняя плоскость кристаллизатора 1 скошена параллельно нижней плоскости индуктора 3. Нижняя плоскость индуктора 3 и верхняя плоскость кристаллизатора 1 образуют наклонную щель 13, обеспечивающую возможность слива ванны расплава 7 через боковую плоскость кристаллизатора 1 посредством сливного элемента 4. Шихта 2 в кристаллизаторе 1 удерживается подвижным поддоном, выполненным в виде поршня 5.
На Фиг.1.2 показано стадия начала плавления металла за счет воздействия магнитного поля 6 и подъема шихты 2 поршнем 5 внутрь индуктора 3, где образуется ванна расплава 7.
На Фиг.1.3 показан стадия набора ванной расплава максимальной глубины, когда магнитное поле способно его удержать в зоне индуктора 3.
На Фиг.1.4 показана стадия, когда ванна расплава 7 по сливному элементу 4 стекает в виде струи 8 в изложницу 9, где формируется слиток 10. На поверхности ванны расплава 7 в индукторе 3 удерживаются легкие примеси 11, а на дне ванны собираются тяжелые примеси 12.
На Фиг.1.5 показана стадия, когда ванна расплава 7 заполняет очередную последнюю изложницу 9.
На Фиг.1.6 показана стадия окончания слива ванны расплава 7, на поршне 5 удерживается остаток 14 металла в виде его расплава с тяжелыми и легкими нерастворимыми примесями.
На Фиг.1.7 показана стадия кристаллизации остатка 14 металла после плавного выключения магнитного поля 6 индуктора 3. После кристаллизации остатка 14 металла в нем удерживаются вмерзшие тяжелые и легкие примеси. После достаточного количества накопленных остатков 14 металла они могут переплавляться на этой же печи для более полного извлечения очищенного металла.
После плавления шихты 2 образуется определенное количество слитков 10, которые могут идти на деформацию или эти слитки могут быть сварены в электрод для последующего переплава на вакуумно-дуговых печах. Например, на титановых производствах возможен переплав шихты и лигатуры в слитки различной конфигурации.
Пример 2 индукционная плавка металла с использованием устройства по варианту два.
На Фиг.2 изображена схема разновидности заявляемого способа индукционного переплава металла с использованием устройства по варианту два. Кристаллизатор 1 выполнен в виде емкости с глухим дном. Выше кристаллизатора 1 и соосно ему установлен индуктор 3, который выполнен со скосом его нижней плоскости. Кристаллизатор 1 от этого скоса находится на некотором расстоянии. Верхняя плоскость кристаллизатора 1 скошена параллельно нижней плоскости индуктора 3. Нижняя плоскость индуктора 3 и верхняя плоскость кристаллизатора 1 образуют наклонную щель 13, обеспечивающую возможность слива ванны расплава 7 через боковую плоскость кристаллизатора 1 через сливной элемент 4. Предварительно измельченную шихту 2 подают внутрь индуктора 3 по загрузочному лотку, выполненному в виде направляющей 15. Шихта 2 плавится магнитным полем 6, образуя ванну расплава 7, где наверху скапливаются легкие примеси 11, а внизу собираются тяжелые примеси 12. По сливному элементу 4 ванна расплава 7 стекает в изложницу 9, где формируется в слиток 10. Способ осуществляется аналогично примеру 1.
Дополнительным достоинством данного примера по сравнению с примером 1, является то, что осуществление способа не требует использование длинного кристаллизатора 1 с поршнем 5, поэтому устройство по варианту два более компактно. Вместе с тем, в отличие от примера 1, для осуществления примера 2 требуется обязательное измельчение шихты 2 для её засыпки в индуктор 3.
Пример 3 проведение индукционной плавки металла с использованием устройства по варианту один, в котором внутрь индуктора одновременно подают крупнокусковую шихту посредством подвижного поддона кристаллизатора и дополнительно мелкокусковую шихту посредством загрузочного лотка. На Фиг.З изображена схема, где из кристаллизатора 1, посредством подвижного поддона, выполненного в виде поршня 5, крупнокусковая шихта 16 подается внутрь индуктора 3, где плавится магнитным полем 6. Одновременно сверху в индуктор 3 засыпается мелкокусковая шихта 2 с использованием загрузочного лотка, выполненного в виде направляющей 15. Из шихты 2, поступающей в индуктор 3 сверху и шихты 16, поступающей в индуктор 3 снизу в зону плавления магнитным полем 6, образуется ванна расплава 7, где вверху скапливаются легкие примеси 11, а внизу остаются тяжелые примеси 12. Ванна расплава 7, стекая по сливному элементу 4 в изложницу 9, образует слиток 10.
Осуществление способа плавления по данному примеру сочетает в себе достоинства способа по примеру 1, позволяя переплавлять крупные куски шихты, включая переплав электрода или слитка, габариты которого позволяют им поместиться в кристаллизаторе. Это существенно может снизить основные затраты на титановых предприятиях, которые связаны с механическим измельчением отходов для их вовлечения в повторный переплав. Так же преимуществом способа по настоящему примеру является возможность подсыпки сверху мелкокусковой шихты, в качестве которой может служить лигатура. Данная схема наиболее эффективна при выплавке различных сплавов, а так же в случае исправления химического состава электродов или слитков.
Способ по настоящему примеру позволяет выплавлять полуэлектроды, предназначенные для изготовления электрода. Эта схема удобна тем, что возможно организовать производство высококачественных электродов методом плавления, минуя процесс прессования. При этом решается задача равномерного распределения всех легирующих элементов по объему слитка.
Так, например, из дробленой титановой губки возможно выплавить полуэлектрод из технически чистого титана, где ванна расплава 7 поступает в горизонтальную изложницу 9, выполненную по форме будущего электрода. Заявляемый способ позволяет изготовить другой полуэлектрод из вторичных отходов и лигатуры. Горизонтальная заливка, выгодно отличается от вертикальной заливки тем, что позволяет послойно распределить различный по химическому составу металл, вдоль электрода. При этом после сборки электрода из двух половин, любое поперечное сечение электрода вдоль его оси, будет содержать равное количество легирующих элементов. Поэтому последующий вакуумно-дуговой переплав (ВДП) возможно реализовать с наименьшими энергозатратами и за наименьшее время, выравнивая лигатуру по всему объему слитка. На сегодня в прессованных электродах, лигатура вдоль оси распределена неравномерно, поэтому для ее равномерного распределения в слитке требуется два или три переплава ВДП. Выплавка полуэлектродов экономически выгодна для производства, так как позволяет экономить на изложницах и последующей сварке, так как полуэлектроды возможно приваривать друг к другу только в некоторых точках.
Пример 4 проведения индукционной плавки металла с использованием устройства по варианту один с вращающейся изложницей.
Для повышения качества металла или для очистки особо грязного металла требуется более интенсивная очистка, изображенная на Фиг.4. Данный пример аналогичен примеру 1, но изложница 9 выполнена вращающейся вокруг собственной оси. Вращение изложницы 9 позволяет более эффективно отделить от основного расплава вредные легкие и тяжелые примеси. После образования слитка 10 его поверхность обтачивается, при этом примеси механически удаляются с поверхности слитка 10. Схема образования слитка 10 показана условно с предполагаемой зоной вредных легких и тяжелых примесей -А.
Способ может быть реализован также с дополнительным повышением в слитке 10 степени выравнивания химического состава. Для этого выплавка электрода осуществляется из полученных слитков 10, которые вперемешку укладываются в кристаллизатор 1. При сплавлении этих слитков 10 в индукторе 3 под действием магнитного поля 6 образуется ванна расплава 7, которая через сливной элемент 4 поступает в изложницу 9, установленную горизонтально с возможностью совершать наклонные перемещения по оси и по диаметру. Это дополнительно увеличивает степень перемешивания расплава в электроде, который поступая на последующий переплав. Расплав металла, поступивший в изложницу 9, будет не только очищен, но и хорошо усреднён по химическому составу. Прессованные электроды, которые в настоящее время поступают на переплав ВДП, как правило, не очищены от примесей и их химический состав не выровнен по всему объему электрода. Пример 5 проведения индукционной плавки металла с использованием устройства по варианту один, где ось кристаллизатора выполнена под углом к оси индуктора, что схематично изображено на Фиг. 5 и Фиг. 6 и Фиг.7.
На Фиг.5 изображен слив ванны расплава 7 из кристаллизатора 1, который установлен с наклоном, а изложница 9 выполнена в виде скользящего кристаллизатора, ось которого располагается под углом δ. Ось кристаллизатора 1 выполнена под углом а к оси индуктора 3. Способ по данному примеру осуществляется аналогично примеру 1 и позволяет дополнительно облегчить загрузку кристаллизатора и упростить слив ванны расплава 7.
На Фиг.6 ось кристаллизатора 1 находится под прямым углом к оси индуктора 3. Способ по данному примеру осуществляется аналогично примеру 1 и позволяет обеспечить возможность компактного размещения устройства в цеховом пространстве и снабдить его шлюзовой камерой (на Фиг.6 не показано) для обеспечения непрерывной работы.
На Фиг.7 ось кристаллизатора 1 находится под прямым углом к оси индуктора 3, дополнительно установлена промежуточная емкость 17 для расплава, который дополнительно подогревают независимым источником нагрева 18. Способ по данному примеру осуществляется аналогично примеру 1 и позволяет осуществить дополнительную очистку образовавшегося расплава.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемый способ и устройство для его изготовления характеризуются изготовлением несимметричного индуктора и кристаллизатора, индуктор в нижней плоскости находится на определённом расстоянии друг от друга и эти плоскости скошены на определённый угол относительно горизонтального уровня, при их расположении друг над другом обеспечивается возможность бокового слива образующейся ванны расплава через наклонную щель. Заявляемый способ «скошенного» слива расплава металла позволяет обеспечить очистку полученного расплава от нерастворимых лёгких и тяжёлых примесей, которые падают на дно ванны расплава или всплывают на её поверхность. Более того, заявляемый способ «скошенного» слива и варианты устройства для его осуществления позволяют осуществить процесс восстановления металлов из различных соединений с одновременной очисткой полученного расплава металла от продуктов реакции восстановления, для ускорения реакции восстановления или для плавления тугоплавких металлов, возможно, применять дополнительный подогрев ванны расплава независимыми источниками нагрева (электронным лучом, плазмой, микроволнами и т.д.).
Использование заявляемого изобретения, например, для титановой промышленности, может иметь большое практическое значение, в том числе практически полностью позволяет устранить основные потери металла в отходы, увеличить объёмы годного металла и позволяет значительно повысить качество сплавов.
Опытная установка «скошенного» слива была построена фирмой «НПФ «Рутений» (Россия) и фирмой «Linn High Therm GmbH» (Германия), на которой была осуществлена плавка и очистка титана, подтвердив заявленный технический результат.

Claims

Формула изобретения
1. Способ индукционной плавки металлов путем плавления шихты с получением ванны расплава под воздействием магнитного поля в индукторе, установленным над кристаллизатором, с последующим сливом ванны расплава в изложницу, отличающийся тем, что шихту подают внутрь индуктора, кристаллизатор и индуктор размещают с зазором друг относительно друга с образованием между нижней плоскостью индуктора и верхней плоскости кристаллизатора наклонной щели, через которую посредством сливного элемента осуществляют слив ванны расплава в изложницу.
2. Способ по п.1., отличающийся тем, что шихту подают внутрь индуктора за счет перемещения шихты из кристаллизатора путем движения дна кристаллизатора в направлении индуктора.
3. Способ по п.1., отличающийся тем, что шихту подают внутрь индуктора путем ее засыпки непосредственно в индуктор.
4. Устройство для индукционной плавки, содержащее кристаллизатор, индуктор, выполненный с возможностью приложения магнитного поля, шихту, ванну расплава, изложницу, отличающееся тем, что кристаллизатор и индуктор размещены с зазором друг относительно друга, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора выполнены со скосом относительно горизонтального уровня, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора образуют наклонную щель, в месте слива расплава из кристаллизатора выполнен сливной элемент, который направляет струю расплава в изложницу, кристаллизатор снабжён подвижным поддоном, вьшолненным с возможностью перемещения шихты из кристаллизатора внутрь индуктора.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что над индуктором размещён загрузочный лоток для подачи шихты внутрь индуктора.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что изложница выполнена в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг собственной оси.
7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что изложница выполнена в виде лотка с возможностью наклонно-поступательного движения.
8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что между кристаллизатором и изложницей установлена промежуточная ёмкость с возможностью ее
5 подогрева независимыми источниками плавления.
9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что наклонная щель выполнена с возможностью регулировки зазора между плоскостями индуктора и кристаллизатора и угла наклона между плоскостями.
10. Устройство для индукционной плавки, содержащее кристаллизатор, Ю индуктор, выполненный с возможностью приложения магнитного поля, шихту, ванну расплава, изложницу, отличающееся тем, что кристаллизатор и индуктор размещены с зазором друг относительно друга, верхняя плоскость кристаллизатора и нижняя плоскость индуктора выполнены со скосом относительно горизонтального уровня, верхняя плоскость кристаллизатора и
15 нижняя плоскость индуктора образуют наклонную щель, в месте слива расплава из кристаллизатора выполнен сливной элемент, который направляет струю расплава в изложницу, кристаллизатор выполнен с глухим дном, а над индуктором установлен загрузочный лоток для подачи шихты внутрь индуктора.
20 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что изложница выполнена в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг собственной оси.
12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что изложница выполнена в виде лотка с возможностью наклонно-поступательного движения.
13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что между кристаллизатором 25 и изложницей установлена промежуточная ёмкость с возможностью ее подогрева независимыми источниками плавления.
14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что наклонная щель выполнена с возможностью регулировки зазора между плоскостями индуктора и кристаллизатора и угла наклона между плоскостями.
30
PCT/RU2014/000459 2013-06-27 2014-06-26 Способ индукционной плавки и устройство для его осуществления (варианты) Ceased WO2014209172A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14817293.5A EP3015805A4 (en) 2013-06-27 2014-06-26 INDUCTION FUSION PROCESS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE SAME (VARIANTS)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013129566 2013-06-27
RU2013129566/02A RU2013129566A (ru) 2013-06-27 2013-06-27 Способ и устройство индукционной несимметричной плавки (инп)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014209172A1 true WO2014209172A1 (ru) 2014-12-31

Family

ID=52142364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000459 Ceased WO2014209172A1 (ru) 2013-06-27 2014-06-26 Способ индукционной плавки и устройство для его осуществления (варианты)

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3015805A4 (ru)
RU (1) RU2013129566A (ru)
WO (1) WO2014209172A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2203495A5 (ru) * 1972-10-11 1974-05-10 Nat Res Inst Metals
FR2688580A1 (fr) * 1992-03-13 1993-09-17 Leybold Durferrit Gmbh Four a induction pour la fusion et la coulee de matieres en atmosphere non reactive.
RU2194595C2 (ru) 2000-03-10 2002-12-20 Волков Анатолий Евгеньевич Способ штамповки и импульсной обработки жидкого металла - "импульсной объемной штамповки"
RU2333440C2 (ru) * 2006-07-10 2008-09-10 Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") Электроплавильный агрегат

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3775091A (en) * 1969-02-27 1973-11-27 Interior Induction melting of metals in cold, self-lined crucibles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2203495A5 (ru) * 1972-10-11 1974-05-10 Nat Res Inst Metals
FR2688580A1 (fr) * 1992-03-13 1993-09-17 Leybold Durferrit Gmbh Four a induction pour la fusion et la coulee de matieres en atmosphere non reactive.
RU2194595C2 (ru) 2000-03-10 2002-12-20 Волков Анатолий Евгеньевич Способ штамповки и импульсной обработки жидкого металла - "импульсной объемной штамповки"
RU2333440C2 (ru) * 2006-07-10 2008-09-10 Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") Электроплавильный агрегат

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L.V. ZHURAVLEVA: "Electric Material Science. Basic vocational education manual", 2006, THE ACADEMY PUBLISHING CENTER, pages: 138 - 139
M. L. ZHADKEVICH, TITANIUM SCIENTIFIC AND TECHNICAL MAGAZINE, vol. 1, no. 18, 2006, pages 24 - 28
See also references of EP3015805A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3015805A4 (en) 2016-10-12
RU2013129566A (ru) 2015-01-10
EP3015805A1 (en) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104032151B (zh) 一种tc4钛合金铸锭的eb冷床炉熔炼方法
RU2014101974A (ru) Плазменный способ и аппарат для извлечения драгоценных металлов
CN107267788B (zh) 一种电子束精炼与冷源吸杂结合制备高纯镍基高温合金的方法
WO2010068140A1 (ru) Способ и устройство электронно- лучевой или плазменной плавки из кристаллизатора в кристаллизатор
US6368375B1 (en) Processing of electroslag refined metal
JP5144999B2 (ja) 材料の精製方法
JP5027682B2 (ja) 高融点金属インゴットの製造方法
CN107385244B (zh) 一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法
RU2346221C1 (ru) Способ вакуумно-плазменной плавки металлов и сплавов в гарнисажной печи и устройство для его осуществления
RU2360014C2 (ru) Вакуумная дуговая гарнисажная печь
US20050173847A1 (en) Method and apparatus for perimeter cleaning in cold hearth refining
WO2014209172A1 (ru) Способ индукционной плавки и устройство для его осуществления (варианты)
RU2209841C2 (ru) Способ литья металла
WO2005084850A1 (en) Method and apparatus for perimeter cleaning in cold hearth refining
RU2762460C1 (ru) Способ получения слитков особочистой меди
RU2335553C2 (ru) Расходуемый электрод для получения высокотитанового ферросплава электрошлаковым плавлением
RU2770807C1 (ru) Способ получения заготовки из низколегированных сплавов на медной основе
RU2715822C1 (ru) Способ электрошлакового переплава металлосодержащих отходов
RU2286398C2 (ru) Способ литья металла с использованием гарнисажа в качестве расходуемого электрода
US20080178705A1 (en) Group IVB Metal Processing with Electric Induction Energy
RU2660784C2 (ru) Устройство для плавки в вакууме тугоплавких и химически активных металлов
RU2753847C1 (ru) Способ и устройство для производства металлического слитка
RU2239757C1 (ru) Вакуумная дуговая плавильно-заливочная установка
CN112210673A (zh) 一种电子束表面热解去除高温合金中夹杂物的方法
RU2598020C2 (ru) Способ и устройство для производства слоистых слитков

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14817293

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014817293

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014817293

Country of ref document: EP