Способ выплавки слитков

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков титановых сплавов. В способе после зажигания дуги в вакууме в течение 10-15 минут формируют устойчивый диффузный режим горения дуги, корректируют длину дугового зазора до минимального, при котором поддерживается устойчивый дуговой разряд, наполняют печь аргоном до рабочего давления со скоростью 2-4 мм рт.ст./мин, а на окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины для исключения возникновения аномального разряда снижают давление аргона в печи до 2,5-5,0 мм рт.ст. и ведут режим выведения усадочной раковины при этом давлении. Изобретение позволяет повысить выход годного металла за счет улучшения качества выплавляемых слитков и взрывобезопасность процесса, а также снизить затраты на выплавку слитков.

 

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков титановых сплавов.

Известен способ выплавки слитков титановых сплавов, содержащих марганец или иные летучие компоненты, включающий вакуумирование печи, зажигание дуги в вакууме или в атмосфере аргона при давлении 30-60 мм рт.ст., повышение давления аргона до рабочего 80-170 мм рт.ст., ведение процесса плавления при этом давлении, а окончание процесса плавления - выведение усадочной раковины - проводят в вакууме или в атмосфере гелия. (Добаткин В.И., Аношкин Н.Ф. и др. Слитки титановых сплавов. М.: Металлургия, 1966, с.82-87) - прототип.

Недостатком этого способа является высокая взрывоопасность процесса плавки, связанная с нестабильным горением дуги в атмосфере аргона при давлении 80-170 мм рт.ст., которое сопровождается разбрызгиванием металла, колебанием напряжения на дуге, потерей видимости из-за взмучивания конденсата конвективными потоками газа, а также необходимостью вакуумирования печи для замены аргона на гелий.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение выхода годного металла, качества выплавляемых слитков и снижение взрывоопасности процесса плавки.

Известно, что весовая скорость плавления в атмосфере аргона растет с повышением давления, достигает максимума при давлении 20-40 мм рт.ст., а далее с ростом давления скорость плавления снижается. Однако известные технологические параметры процесса плавления не позволяют работать при давлении менее 40 мм рт.ст. из-за нестабильного горения дуги и возможности возникновения ионизации или, что еще хуже, тлеющего разряда. Последний нежелательный вид разряда реализуется при достижении критических значений напряжения на дуге и давления в печи.

Процесс плавления завершается выведением усадочной раковины. Как правило, его выполняют либо в вакууме, либо в атмосфере гелия. В обоих случаях требуется быстрое вакуумирование печи до давления не выше 10^-2 мм рт.ст. и, в случае применения гелия, напуск до давления 5-10 мм рт.ст.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение выхода годного металла за счет улучшения качества выплавляемых слитков, повышение взрывобезопасности процесса плавки, а также снижение затрат на выплавку слитков.

Поставленная задача решается тем, что в способе выплавки слитков, включающем вакуумирование печи, зажигание дуги в вакууме, подачу в печь аргона до рабочего давления и ведение процесса плавления при этом давлении, окончание процесса плавления и выведение усадочной раковины, согласно изобретению после зажигания дуги в вакууме в течение 10-15 минут формируют устойчивый диффузный режим горения дуги, корректируют длину дугового зазора до минимального, при котором поддерживается устойчивый дуговой разряд, наполняют печь аргоном до рабочего давления со скоростью 2-4 мм рт.ст./мин, а на окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины для исключения возникновения аномального разряда снижают давление аргона в печи до 2,5-5,0 мм рт.ст. и ведут режим выведения усадочной раковины при этом давлении.

В предлагаемом способе перед переходом на режим выведения усадочной раковины корректируют длину дугового зазора с целью исключения возникновения аномального разряда при низком давлении.

Пример осуществления способа.

Проводили выплавку слитка сплава ОТ4 в вакуумной дуговой электропечи ДТВ-8,7-Г10. Диаметр переплавляемого электрода 705 мм, диаметр кристаллизатора печи 790 мм.

Печь вакуумировали до давления ˜40 мм рт.ст., зажигали дугу при напряжении 30 В и токе 8 кА и в течение 12 минут корректировали величину дугового зазора, формируя устойчивый диффузный разряд. Перед напуском аргона снижали напряжение ниже критического, чтобы исключить возникновение аномального разряда, и за 10 минут, со скоростью 3 мм рт.ст./мин поднимали давление аргона до 30 мм рт.ст. При давлении 30 мм рт.ст. поднимали ток и напряжение на дуге до рабочих значений 32 кА и 35 В и вели процесс плавления с возможностью визуального наблюдения. На окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины (ВУР) скорректировали величину дугового зазора для исключения возникновения аномального разряда при низком давлении аргона, откачали аргон до давления 4 мм рт.ст. и осуществляли режим ВУР при напряжении 27-25В. После окончания режима ВУР и охлаждения слиток выгрузили из печи. Качество поверхности слитка соответствовало установленным требованиям, слиток был сдан без обработки боковой поверхности.

Предлагаемый способ позволяет реализовать устойчивый режим горения дуги, который обеспечивается:

- возбуждением дугового разряда в вакууме и формированием диффузного режима горения дуги,

- удержанием этого вида разряда при напуске аргона с заданной скоростью роста давления,

- исключением возникновения аномальных видов разряда (например, тлеющего) путем корректирования длины дугового зазора перед напуском аргона.

Предлагаемый способ повышает выход годного металла за счет улучшения проплава боковой поверхности слитков, снижает затраты при выплавке слитков в инертной атмосфере за счет использования одного вида защитного газа и уменьшения его удельного расхода за счет снижения рабочего давления в печи. Кроме того, предлагаемый способ повышает взрывобезопасность процесса плавления за счет обеспечения устойчивого режима горения дуги.

Способ выплавки слитков, включающий вакуумирование печи, зажигание дуги в вакууме, подачу в печь аргона до рабочего давления и ведение процесса плавления при этом давлении, окончание процесса плавления, выведение усадочной раковины, отличающийся тем, что после зажигания дуги в вакууме в течение 10-15 мин формируют устойчивый диффузный режим горения дуги, корректируют длину дугового зазора до минимального, при котором поддерживается устойчивый дуговой разряд, наполняют печь аргоном до рабочего давления со скоростью 2-4 мм рт.ст./мин, а на окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины для исключения возникновения аномального разряда снижают давление аргона в печи до 2,5-5,0 мм рт.ст. и ведут режим выведения усадочной раковины при этом давлении.