Способ получения слитков вакуумной дуговой гарнисажной плавкой

 

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано при получении высококачественных слитков из металлов и сплавов, в том числе специального назначения, вакуумной дуговой гарнисажной плавкой. Способ включает: присоединение расходуемого электрода к державке, закрепленной на штоке механизма перемещения электрода, зажигание дуги, сплавление расходуемого электрода в тигель с гарнисажем с недоплавлением части расходуемого электрода. Производят сплавление расходуемого электрода до длины недоплавленной части, равной не менее 5 см, и не менее чем через 6 мин после окончания разливки опускают державку с недоплавленной частью расходуемого электрода в тигель, зажигают дугу между недоплавленной частью расходуемого электрода и дном гарнисажа тигля. Сплавляют недоплавленную часть расходуемого электрода на дно гарнисажа. Способ позволяет повысить выход в годное за счет предотвращения брака из-за падения части расходуемого электрода в расплав и снизить трудозатраты на переработку отходов, восстановление и изготовление державок расходуемого электрода за счет увеличения срока их службы.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано при получении высококачественных слитков из металлов и сплавов, в том числе особо ответственного назначения, путем вакуумной дуговой гарнисажной плавки (ВДГП).

Известен способ вакуумной дуговой плавки титановых сплавов особо ответственного назначения [1], при котором приваренный к закрепленной на штоке механизма перемещения электрода державке (огарку) расходуемый электрод сплавляют не полностью, предотвращая таким образом попадание материала державки в слиток и возможность падения части расходуемого электрода в кристаллизатор при некачественной приварке электрода к державке, а недоплавленную часть сплавляют в специальный короткий кристаллизатор, устанавливаемый на печь после снятия с нее рабочего комплекта. Недостатком данного способа является снижение технико-экономических показателей процесса, так как для сплавления недоплавленной части расходуемого электрода приходится проводить дополнительную вакуумную дуговую плавку, а получение из коротких слитков полноценного качественного слитка связано со значительными трудозатратами, а иногда и вообще невозможно.

Известен способ вакуумной дуговой плавки [2[, при которой расходуемый электрод крепится к штоку механизма перемещения электрода механическим способом с помощью муфты с цанговым или клиновым зажимом. Недостатком данного способа является необходимость токарной обработки хвостовой части расходуемого электрода, а также образование отходов в виде недоплавленных частей расходуемых электродов и стружки, использование которых при производстве сплавов особо ответственного назначения без трудоемкой предварительной подготовки недопустимо.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ВДГП металлов и сплавов, включающий сплавление расходуемого электрода в тигель с гарнисажем и разливку расплава в изложницу, при котором осуществляют приварку расходуемого электрода к державке, закрепленной на штоке механизма перемещения электрода, с помощью электрической дуги [3] - прототип. Недостатком данного способа является невозможность гарантирования качественной приварки, приводящая в ряде случаев к отрыву части расходуемого электрода от державки и падению его в находящийся в тигле расплав, особенно при проведении плавки на больших мощностях и при приближении оплавляемого торца расходуемого электрода к зоне приварки, из-за чего приходится прекращать плавку, оставляя недоплавленной часть расходуемого электрода, что снижает технико-экономические показатели процесса и срок службы державки, которая дополнительно расходуется при механическом отделении ее от недоплавленной части электрода для приварки следующего электрода.

Образующиеся в этом случае недоплавленные части расходуемых электродов непригодны к использованию при последующих плавках без дополнительных трудозатрат, особенно при производстве сплавов особо ответственного назначения, из-за загрязнения их вредными примесями при отделении державки.

Технической задачей, решаемой с помощью данного изобретения, является разработка способа ВДГП металлов и сплавов, обеспечивающего повышение технико-экономических показателей процесса за счет исключения отрыва части расходуемого электрода и ее падения в тигель при плавке, использование материала недоплавленной части расходуемого электрода и увеличение срока службы державок расходуемых электродов без увеличения трудозатрат и использования дополнительного оборудования.

Решение поставленной задачи достигают тем, что оставляют недоплавленной часть расходуемого электрода длиной не менее 5 см и не менее чем через 6 мин после окончания разливки опускают державку с недоплавленной частью расходуемого электрода в тигель, зажигают дугу между недоплавленной частью расходуемого электрода и дном находящегося в тигле гарнисажа и сплавляют недоплавленную часть расходуемого электрода на дно гарнисажа.

Проведение ВДГП сплавов на основе ниобия показывает, что при длине недоплавленной части расходуемого электрода менее 5 см в 7% случаев происходит отрыв части расходуемого электрода и падение ее в расплав, находящийся в тигле, приводящий к браку всей плавки, тогда как если оставить несплавленную часть расходуемого электрода длиной не менее 5 см, случаев ее отрыва от державки не происходит. Также экспериментально установлено, что при времени выдержки перед началом сплавления недоплавленной части расходуемого электрода менее 6 мин происходит прилипание недоплавленной части расходуемого электрода к дну гарнисажа в момент зажигания дуги, что исключает возможность его сплавления.

Примером осуществления предлагаемого способа является ВДГП сплава НТ-50 (Nb-48% Ti), используемого при производстве сверхпроводников, в вакуумной дуговой гарнисажной печи 1ДРВГ- 025ПЦ, при котором расходуемый электрод ⊘ 200 мм, длиной 500 мм и массой 92 кг приваривали к державке из того же сплава ⊘ 80 мм и длиной 280 мм, закрепленной на штоке механизма перемещения электрода с помощью резьбового соединения, сплавляли в тигель ⊘ 350 · 360 мм с гарнисажем, на мощности 600 кВт и разливали в изложницу, оставляя недоплавленной часть расходуемого электрода длиной 5,7 см. Через 6,2 мин после окончания разливки опускали державку с недоплавленной частью расходуемого электрода в тигель, замыкали ее на дно гарнисажа, зажигали дугу и проводили сплавление 99% массы недоплавленной части расходуемого электрода в гарнисаж на мощности 100 кВт в течение 2,5 мин, при этом державка становилась полностью пригодной к последующей приварке без дополнительной механической обработки. Металл недоплавленной части расходуемого электрода, сплавленный в гарнисаж, увеличивает толщину его донной части, предохраняет дно тигля от прожога и размывается при последующей ВДГП. В результате удалось повысить выход в годное при получении высококачественных слитков сплава НТ-50 на 11% и увеличить срок службы державок в 1,7 раз.

Приведенные результаты свидетельствуют о решении поставленной технической задачи и получении нового технического результата: создании способа повышения технико-экономических показателей процесса получения высококачественных слитков из металлов и сплавов методом ВДГП.

Предложенный способ может найти применение в промышленном производстве высококачественных металлов и сплавов особо ответственного назначения, в том числе для производства сверхпроводников.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. "Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов" под ред. В.И.Добаткина, М., "Металлургия", 1978 г., с. 273.

2. "Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального назначения" под редакций А.Д. Свенчанского, 2-е изд. М., "Энергоиздат", 1981 г., с. 217.

3. "Вакуумные гарнисажные печи", А.А. Неуструев, Г.Л. Ходорковский, М., "Металлургия", 1967 г., с. 74 - прототип.

Формула изобретения

Способ получения слитков вакуумной дуговой гарнисажной плавкой, при котором расходуемый электрод присоединяют к державке, закрепленной на штоке механизма перемещения электрода, зажигают дугу, сплавляют расходуемый электрод в тигель с гарнисажем с недоплавлением части расходуемого электрода, поворачивают тигель, разливают расплав в изложницу и возвращают тигель в исходное положение, отличающийся тем, что сплавление расходуемого электрода производят до длины недоплавленной части, равной не менее 5 см, и не менее чем через 6 мин после окончания разливки опускают державку с недоплавленной частью расходуемого электрода в тигель, зажигают дугу между недоплавленной частью расходуемого электрода и дном гарнисажа тигля и сплавляют недоплавленную часть расходуемого электрода на дно гарнисажа.