Способ получения слитков из стружки

 

Изобретение относится к области получения слитков из стружки. Сущность изобретения: осуществляют электрошлаковый переплав в кристаллизаторе расходуемого электрода, сформированного из стружки. Электрод имеет трапецеидальное поперечное сечение с кратностью параллельных сторон не менее, чем 1 : 5. Использование такого электрода способствует созданию в процессе плавки электромагнитного перемешивания за счет МГД-конвекции. В результате этого создаются условия наибольшего газовыделения и перекристаллизации металла шва. Литые слитки получаются более пластичными и с высоким уровнем эксплуатационной надежности. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к переработке отходов цветной металлургии, а именно утилизации стружки цветных металлов. Может найти широкое применение в машиностроении, энергетике, сельхозмашиностроении и др. отраслях народного хозяйства, изготавливающих путем механической обработки детали, отдельные элементы и узлы из алюминия, титана, меди и др. цветных металлов. Преимущественно может быть использован в автомобильном и тракторостроительной отрасли.

При механической обработке цветных металлов образуется большое количество металлической стружки. Утилизация отходов вторичных цветных металлов является актуальной задачей, позволяющей возвратить в оборот до 30% дорогостоящих металлов, таких, например, как титан и др.

Известно облагораживающее воздействие на металлическую ванну ее обработки (продувки) газовой смесью (Ar - O₂). Положительные результаты обеспечиваются за счет высокой скорости продувки металлической ванны газом, в результате чего интенсифицируется перемешивание шлака и металла, и возможности при этом достичь высокой степени рафинирования [1] . Однако данный способ повышения качества жидкого металла весьма ограничен применительно к литью цветных металлов вследствие высокого средства к кислороду (например, литье титана и др. ) Кроме того процесс энергоемкий и требует значительных производственных площадей.

В качестве прототипа взят способ электрошлакового переплава стружки, который включает формирование расходуемого электрода из стружки и его переплав в кристаллизаторе [2] . Основным недостатком указанного способа является неравномерное распределение тепловой мощности по всему объему металлической ванны и значительный перерасход электрической энергии на единицу выплавляемого металла. Неравномерное распределение тепловой мощности, максимум в центральной части, приводит к ухудшению поверхности слитка и требует последующей механической обработки. Помимо этого снижается рафинирующая способность применяемых шлаков. Особенно это относится к переплаву стружки из цветных металлов, в частности из алюминия. На торце электрода возможно подплавление стружки и перекрытие выходного отверстия электрода, что прерывает процесс переплава. Недостаточно надежная работа узла-толкателя способствует появлению в слитке твердых нерасплавленных частиц и шлаковых включений.

С целью устранения указанных недостатков рекомендуется принципиально новый способ получения слитков из стружки, сущность которого заключается в металлургической переработке (электрошлаковом переплаве) стружки цветных металлов за счет использования асимметричного электрода, создающего МГД-конвекцию. Электрод в сечении имеет минимальный и максимальный размеры, соответствующие кратности параллельных сторон не менее 1: 5.

Цель изобретения - повышение качества слитков.

При переплаве стружки цветных металлов электрод создает в шлаковой ванне посредством воздействия на нее электромагнитных сил fе горизонтальные электровихревые течения с МГД-воздействием на структуру выплавляемого слитка. Электроды изготавливают из стружки цветных металлов и осуществляют их последующее расплавление в условиях рафинирующей обработки всего объема жидкого металла.

Изготовление электрода из стружки различных металлов предусматривает создание электропроводной основы электрода и скрепление ее проводником электрического тока первого либо второго рода. Основу создают путем пропитки стружки указанными материалами. Химический состав стружки идентичен получаемому слитку. При этом в зависимости от температуры плавления стружки пропитку производят металлическими либо неметаллическими материалами. В качестве формирующих электрод приспособлений могут быть использованы водоохлаждаемые и металлические устройства. В некоторых случаях электроды, изготовленные из металла, по химическому составу идентичные переплавляемой стружке, могут быть использованы совместно с основой.

П р и м е р. Конструкция электрода включает водоохлаждаемую изложницу; основу электрода (металлическую стружку); материал пропитки (проводник тока первого либо второго рода); место электрического и металлического контакта.

Рекомендуемым способом могут быть изготовлены электроды из алюминиевой и титановой стружки, при этом в случае изготовления электрода из алюминиевой стружки возможны ее пропитка как жидким алюминием, так и шлаковым расплавом, который используется при электрошлаковом переплаве алюминия. Принимая во внимание высокую температуру плавления титана, целесообразно титановую стружку пропитывать шлаковым расплавом на основе галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов. Для подтверждения целесообразности изготовления электрода рекомендуемым способом была осуществлена плавка электрода, изготовленного из алюминиевой стружки. Пропитка была произведена раствором, состоящим из следующих компонентов: KCl-LiCl-AlF₃-LiF-BaCl₂. Геометрические размеры электрода: длина 1500 мм, диаметр 45 мм. Параметры режима переплава были следующие: величина тока 6 кА; напряжение 32 В. Были выполнены две контрольные плавки с использованием электродов, полученных пропиткой жидким металлом и шлаковым расплавом.

Механические характеристики полученных слитков приведены в таблице.

Как видно из таблицы, способ изготовления электрода из стружки цветных металлов позволяет получать слитки удовлетворительного качества.

В технической литературе не обнаружено аналогичных решений по изготовлению электродов из отходов цветных металлов. Следовательно, рекомендуемое решение обладает существенной новизной. В связи с отсутствием данных по другим способам изготовления электродов из стружки экономический эффект не подсчитывался.

При использовании рекомендуемого способа изготовления электрода при переработке отходов цветных металлов выявлены следующие преимущества: резкое снижение затрат на переработку вторичных ресурсов; повышение качества литого металла при переплаве электрода с использованием электрошлакового процесса; возможность организации участка передела отходов на каждом предприятии; улучшение условий труда.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ СТРУЖКИ, включающий электрошлаковый переплав в кристаллизаторе расходуемого электрода, сформированного из стружки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества слитка, переплавляют предварительно сформированный из стружки электрод трапецеидального сечения, в котором кратность размеров верхнего и нижнего оснований составляет не менее 1 : 5.

РИСУНКИ

Рисунок 1