способ получения монолитных слитков-электродов

Формула изобретения

Способ получения монолитных слитков-электродов из тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, включающий первый переплав прессованного расходуемого электрода с формированием слитка-электрода, состоящего из цилиндрической части и хвостовика, промежуточные переплавы литых электродов с последующей механической обработкой их хвостовиков и второй переплав в вакуумной дуговой печи, отличающийся тем, что первый переплав прессованного электрода и формирование слитка, состоящего из цилиндрической части и конического хвостовика в донной части, производят в вакуумной дуговой печи с водоохлаждаемым кристаллизатором с поддоном, имеющим центральное коническое углубление, при этом начальную стадию расплавления над поддоном кристаллизатора осуществляют горением дуги в кольцевом секторе вокруг центрального углубления в два этапа, причем первый этап проводят при токе 4÷10 кА в течение 15÷40 мин, а второй этап проводят при токе 10÷25 кА в течение 2÷10 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при вакуумном дуговом переплаве слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов.

Известен способ получения слитков двойным переплавом, включающий приварку прессованного расходуемого электрода к переходнику или огарку, плавление электрода на медный поддон, выгрузку слитка, подготовку слитка первого переплава к следующему переплаву, приварку его к огарку, плавление на медный поддон, выгрузку слитка второго переплава (В.И.Добаткин и др. Слитки титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1966, с.51-52).

Недостатками способа являются наличие зоны приварки электрода, характеризующейся химической неоднородностью с основным металлом и являющейся источником загрязнений выплавляемого слитка, а также наличие натеков на боковых и торцевых поверхностях электрода, огарка, переходника во время плавления и скопление конденсата, корольков затвердевшего металла с образованием наростов.

Известен способ получения слитков, включающий первый переплав прессованного расходуемого электрода и промежуточные переплавы литых электродов на оборотный огарок, состоящий из хвостовика и переходной части и установленный в поддоне кристаллизатора, с последующим переплавом финитного расходуемого электрода в слиток (Патент РФ № 2213791, 2003 г.).

Недостатками способа являются значительная трудоемкость механической обработки при ступенчатой обточке оборотного огарка, а также сложность в подборе сплава заготовки огарка, монолитно сплавляемого с получаемым слитком-электродом.

Известен способ получения слитков, включающий получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, состоящего из цилиндрической части и хвостовика (Патент РФ № 2263721, 2003 г.) - прототип.

Недостатком способа является невозможность использования его при переплаве электродов в вакуумных дуговых печах.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа получения в кристаллизаторах вакуумных дуговых печей монолитных электродов с однородными по химическому составу и бездефектными хвостовиками на донной части.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является возможность использования в процессе получения монолитных слитков-электродов вакуумных дуговых печей, являющихся наиболее распространенным типом оборудования в производстве слитков из высокореакционных металлов и сплавов, повышение производительности вакуумных дуговых печей за счет исключения операций приварки электрода к огарку, а также уменьшение трудоемкости механической обработки оборотного огарка.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения монолитных слитков-электродов из тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, включающем первый переплав прессованного расходуемого электрода с формированием слитка-электрода, состоящего из цилиндрической части и хвостовика, промежуточные переплавы литых электродов с последующей механической обработкой их хвостовиков и второй переплав в вакуумной дуговой печи, первый переплав прессованного электрода и формирование слитка, состоящего из цилиндрической части и конического хвостовика в донной части, производят в вакуумной дуговой печи с водоохлаждаемым кристаллизатором с поддоном, имеющим центральное коническое углубление. Начальную стадию расплавления электрода над поддоном кристаллизатора осуществляют горением дуги в кольцевом секторе вокруг центрального углубления в два этапа, причем первый этап проводят при токе 4÷10 кА в течение 15÷40 минут, а второй этап проводят при токе 10÷25 кА в течение 2÷10 минут.

Сущность способа заключается в следующем.

Способ применяют при выплавке слитков двойным и более переплавом. Первый переплав прессованного расходуемого электрода проводят в вакуумной дуговой печи, кристаллизатор которой имеет поддон с коническим углублением. Форма и размеры проектируемого конического углубления в поддоне должны быть достаточны для получения чистовых размеров державки хвостовика механической обработкой. Во избежание поджогов и подплавлений рабочей поверхности медного поддона электрической дугой и насыщения донной части выплавляемого слитка медью начальную стадию расплавления электрода над поддоном кристаллизатора осуществляют в два этапа. После возникновения электрической дуги проводят первый этап расплавления электрода при величине минимально устойчивого тока, которая составляет 4÷10 кА. С целью предварительного разогрева расходуемого электрода плавку на этой величине тока ведут в течение 15÷40 минут. Далее величину тока равномерно повышают и проводят второй этап плавки в интервале значений тока 10÷25 кА в течение 2÷10 минут для покрытия и защиты поверхности поддона расплавом. Затем плавку ведут в известном режиме. На первом и втором этапах начальной стадии дуга горит между поддоном и электродом в кольцевом секторе вокруг центрального углубления поддона, а с появлением первых порций расплава дуга перемещается непосредственно на расплав, перетекающий в углубление. После проведения первого переплава и выгрузки полученного литого электрода из печи проводят чистовую обточку державки его хвостовика механическим способом. При необходимости изготовления слитка тройным (или более) переплавом таким же образом проводят и второй (или промежуточный) переплав. Финишный переплав проводят в кристаллизатор, имеющий плоский поддон.

Плавление прессованного или литого расходуемого электрода на поддон кристаллизатора с коническим углублением позволяет получить монолитный слиток-электрод, состоящий из цилиндрической части и конического хвостовика в донной части слитка. Получение монолитного слитка-электрода обеспечивает отсутствие в расходуемом электроде дефектного металла сварной зоны и предотвращает загрязнение выплавляемого слитка посторонними неоднородными включениями.

Способ поясняется чертежом, где показана начальная стадия расплавления расходуемого электрода 1 над центральным коническим углублением 2 поддона 3 в кристаллизаторе 4 с формированием хвостовой части 5 выплавляемого слитка-электрода 6.

Промышленную применимость предлагаемого способа подтверждает следующий пример конкретного выполнения изобретения.

Пример. Предложенный способ был опробован при выплавке слитков двойного переплава из сплава 6A14V в вакуумной дуговой печи ДТВ 8,7 - 10. Первый переплав прессованных электродов производили в кристаллизаторе диаметром 690 мм. С возникновением дуги на начальной стадии нагрева производили расплавление электрода над поддоном кристаллизатора в течение 20 минут при токе 5-7 кА, а затем ток повысили до 25 кА и вели плавку в течение 2 минут, после чего продолжали плавку по известной технологии. В результате выплавки получили слиток-электрод диаметром 672 мм, массой 4 тонны и с конусным выступом по форме хвостовой части огарка на донной части. Полученный слиток-электрод установили на токарный станок и произвели чистовую обработку державки хвостовой части. Далее слиток-электрод закрепили на электрододержателе печи для второго финишного переплава, произвели плавку в кристаллизаторе диаметром 770 мм. Плавка шла в нормальном режиме, отклонений не зафиксировано. Полученный слиток был механический обработан на диаметр 740 мм и проконтролирован методом ультразвукового контроля. В процессе ультразвукового контроля слитка дефектов не выявлено. Качество полученных слитков и изготовленных из них полуфабрикатов полностью удовлетворяет требованиям действующих технических условий.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным, обеспечивает возможность использования вакуумных дуговых печей в производстве монолитных слитков-электродов, позволяет исключить трудоемкие операции приварки огарка и уменьшить трудоемкость механической обработки оборотного огарка.