Способ переплава расходуемой заготовки

 

OnИС НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >874759 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 051079 (21) 2825804/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 231081. Бюллетень МВ 39 (53)м Кл З

С 21 С 5/56

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 669.182..7,(088.8) Дата опубликования описания 23.1081 (72) Авторы изобретения

Ю.В.Латаш, И.В.Шейко, Г.М.Григоренко, Ю.Д..Яворск*ий

A À. Кочетов, В.N. Баглай и Г.A. Высоциий - - СЖ.9 @

6,4",ъу т,,,д

f/ ô.у

Ордена Ленина и. ордена Трудового Красного 3 мени

Институт электросварки им. Е. О. Патона ййВД ;17Ц, AH Украинской CCP =-- 3 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПЕРЕПЛАВА РАСХОДУЕМОЙ ЗАГОТОВКИ

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано чля производства высококачественных слитков из алюминиевых сплавов, титана и сплавов с широким интервалом кристаллизации.

В современной электрометаллургии широкое применение для выплавки, высококачественных металлов и сплавов получила индукционная плавка,в открытых и вакуумных печах (1j;

Однако серьезным недостатком этого метода плавки является наличие контакта жидкого металла со стенкой 15 тигля.из огнеупорного материала, ко-. торый приводит к загрязнению металла вредными примесями.

Кроме того формирование слитка происходит в изложнице, что приводит 20 к развитию осевой пористости и образованию усадочной раковины в слитке и значительно снижает качество и выход годного металла.

Известен также метод индукционной 25 плавки в секционном охлаждаемом тигле, заключающийся в том, .что вместо тигля из огнеупорного материала используются охлаждаемый тигель иэ меди, выполненный из отдельных сек- 39 ций, что делает его прозрачным для электромагнитного поля, создаваемого индуктором (2).

Нри индукционной плавке в секционном охлаждаемом тигле нет контакта жидкого металла с огнеупорными мате- . риалами. Поэтому выплавленный металл менее загрязнен. Однако для получения слитков. жидкий металл сливают в изложницы. Полученные таким „образом слитки имеют все недостатки, характерные для обычных методов литья.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффЕкту к изобретению является способ переплава расходуемой заготовки, включающей наведение и,нагрев ванны жидкого металла в электромагнитном поле индуктора и формирование слитка в сек- ционном охлаждаемом кристаллизаторе.

Этот метод индукционного перепла.ва не требует разливки металла в изложницы и позволяет выплавлять слитки с хорошим качеством поверхности, исключить образование трещин в слитке, а также предотвращает образование усадочной раковины в головной части слитка. Все это позволяет повысить технико-экономические показа874759 тели индукционного переплава и увеличить выход годного металла (3) .

Однако как показал опыт индукционного переплава расходуемых металлических заготовок, недостатком указан.ного метода является сравнительно низкое использование энергии электро магнитного поля, создаваемого индуктором, который размещен снаружи секционного кристаллизатора.

В процессе переплава нижний конец расходуемой металлической заготовки вводят в верхнюю область электромагнитного поля интуктора, а нижняя об- ласть поля индуктора обеспечивает обогрев металлической ванны. При этом: расходуемая заготовка не касается ванны жидкого металла и поэтому в заготовке и ванне раздельно происходит выделение тепловой. энергии. Значительная доля тепловой энергий, которая выделяется в заготовке и ванне 20 теряется излучением и за счет конвекции,. поскольку общая излучаЮщая поверхность заготовки и ванны большая.

Цель изобретения — интенсификация плавления расходуемой заготовки, управление перегревом ванны жидкого металла и повышение качества металЛа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем наведение и нагрев ванны жидкого металла в электромагнитном поле индуктора и формирование слитка в секционном охлаждаемом кристаллизаторе, что плавление расходуемой металлической заготовки осуществляют путем погружения ее нйжнего конца в металлическую ванну на глубину 0,1-2,0 диаметра заготовки и но мере ее плавления перемещают по направлению к ванне жидкого металла, при этом 40 скорость перемещения устанавливают из соотношения:

Velar. - пк3«- Vcn где Ч п„ - скорость перемещения расхбдуемой заготовки, мм/мин, Ч„„ „- линейная скорость плавления заготовки, мм/мин, Vz< - линейная скорость наплавления слитка, мм/мин., gp

Сущность способа переплава расходуемой заготовки заключается в следующем.

Секционный охлаждаемый кристаллизатор закрывают снизу охлаждаемым поддоном и устанавливают индуктор, размещенный снаружи кристаллизатора в нижнем крайнем положении. Расходуемую металлическую заготовку заводят в кристаллизатор и устанавливают таким образом, чтобы нижний торец рас- 60 ходуемой заготовки находится в плос-. кости нижнего витка индуктора..

От высокочастотного источника электрического тока подают питание на индуктор и начинают нагревать pac- . / ходуемую заготовку. После прогрева заготовки она начинает плавиться и жидкий металл поступает на поддон, где формируется ванна жидкого металла. В образовавшуюся металлическую ванну погружают нижний конец расходуемой заготовки на глубину 0,1-2,0 диаметра заготовки и включают привод перемещения индуктора. Погруженный в металлическую ванну конец расходу:емой заготовки плавится за счет тепла, выделяемого в нем при взаимодействии с электромагнитным полем индуктора и теплопередачи от ванны жидкого металла.

Но мере оплавления расходуемой заготовки ее подают в направлении ванны жидкого металла. при этом ско рость подачи заготовки устанавливают .равной V V - V

Э«. рл. 3gr. сл.

Скорость наплавлейия слитка соответствует скорости движения индуктора относительно кристаллизатора.

После полного расплавления расходуемой заготовки перемещения индуктора останавливают и постепенно уменьшая подводимую к индуктору мощность добиваются выведение усадочной раковины.

Пример. Опробован способ переплава расходуемой металлической заготовки йа установке с секцйонным кристаллизатором Ф 200 мм.

Установка пйтается от двух машинных высокочастотных генераторов мощностью 100 кВт. Частота тока, питающего индуктор установки, составляет

S000 Гц.

В качестве расходуемых заготовок в опытных плавках использовали цилиндрические слитки диаметром 130180 мм и длиной до 1000 мм из силумина, содержащего 40% кремния. Выбор силумина для опытных плавок обусловлен тем, что этот материал имеет высокую электропроводность.

И другой фактор, который учитывался при выборе материала для переплава — его теплопроводность. Теплопроводность силумина также высока.

Опытные плавки проводили следующим образом.

Секционный кристаллизатор закры вали водоохлаждаемым-медным поддоном и через открытую верхнюю горловину в кристаллизатор помещали расходуемую заготовку. Заготовку закрепляли на штоке на расстоянии 20-50 мм от поддона. Индуктор устанавливали в крайнее нижнее положение. При этом расстояние от индуктора до поддона не превышало 30 мм.

На индуктор подавали питание от высокочастотных генераторов и начинали плавку; Суммарная мощность на индукторе составляла 150 кВт. Время от момента включения питания на индуктор до полного сформирования ванны жидкого металла составляло от

874759

V „= Van.Sa . Vcn. °

17 до 25 мин. После этого включали подачу расходуемой заготовки и погружали ее нижний конец в ванну.

Глубина погружения заготовки в ванну, в зависимости от диаметра расходуемой заготовки, в опытных плавках составляла от 30 мм до 150 мм.

Установлено, что с увеличением глу бины погружения заготовки, скорость плавления ее возрастает и в то же время температура перегрева металла снижается. Благодаря .этому можно получать мелкозернистую структуГу слитка при больших скоростях переплава.

Замеры температуры по ходу плавки при неизменной электрической мощности на индуктор показали, что при 15 погружении расходуемой заготовки

4 140 мм на глубину 30 мм температура перегрева металла в ванне .составля, ет 95-105 С. При погружении этой же заготовки в металлическую ванну на Я глубину 130-150 мм температура перегрева жидкого металла снижается и составляет всего 40-50 С. ,Если диаметр расходуемых загото вок меньше, то для получения такого 25 же перегрева глубина погружения их в ванну больше. Однако погружение заготовки нерасплавившихся твердых кусков металла может привести к дефектам кристаллизации металла. Поэтому глубину погружения заготовки в ванну целесообразно ограничить двумя диаметрами заготовки.

После сформирования ванны жидкого металла и погружения расходуемой заготовки в ванну на заданную глубину включается привод перемещения индуктора и производится плавное последовательное наплавление слитка.

На опытных плавках достигнута линейная скорость наплавления слитка 40

20-25 мм/мин. В то же время при переплаве без погружения расходуемой заготовки в ванну жидкого металла,максимальная скорость наплавления слитка не превышала 15 мм/мин при той же 5 электрической мощности на индукторе.

По мере оплавления расходуемой заготовки ее перемещали в направлении ванны жидкого металла с тем, чтобы поддержать неизменной на про- gg тяжении плавки глубину погружения заготовки в ванну. При этом скорость подачи заготовки устанавливали из соотношения V a = Van зс, - Vca Так при наплавлении слитка со скоростью

20 мм/мин линейная скорость плавле: ния заготовки Ф 150 мм составляла

27 мм/мин. Тогда V> „- 27-20 мм/мин=

7 мм/мин, т.е. скорость подачи расходуемой заготовки составила 7 мм/мин.

В конце плавки, после расплавления расходуемой заготовки производили плавное снижение электрической мощности со 150 кВт до 60 кВт, за счет чего достигалось выведение усадочной раковины в головной части слитка, а затем электропитание индуктора отключалось полностью.

Поддон отсоединяли от кристаллиатора и слиток извлекали из кристаллизатора.

Полученные слитки имеют мелкозер,.нистую структуру и металл слитков менее загрязнен неметаллическими включениями.

По результатам опытных плавок установлены преимущества способа переплава расходуемой заготовки.

Скорость плавки при неизменной мощности возрастает в среднем в 1 31,6 раза за счет улучшения теплопере,-: дачи к расходуемой заготовке. Изменяя. глубину погружения заготовки в ванну, можно сравнительно просто регулиро". вать температуру перегрева жидкого металла, а,следовательно, управлять кристаллизацией металла, кроме того, уменьшается общая поверхность жидкого металла, контактирующая с возду-, хом, эа счет чего возрастает рафинирующая способность переплава. Удельный расход электроэнергии снижается в среднем на 12-19%., Формула изобретения

Способ переплава расходуемой заготовки, включающий наведение и нагрев вачны жидкого металла в электромагнитном поле индуктора и формирование слитка в секционном охлаждаемом кристаллизаторе, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации плавления расходуемой металлической заготовки, управления перегревом ванны жидкого металла и повышения качества металла, плавление расходуемой металлической заготовки осуществляют путем погружения ее нижнего конца в металлическую ванну на глубину 0,1-2,0 диаметра заготовки и по мере ее плавления перемещают по направлению к ванне жидкого металла, при этом скорость перемещения устанавливают из соотношения где Ч д — скорость перемещения расходуемой заготовки, MM/MHHу

Чпл.абг линейная скорость плавления расходуемой заготовки, мм/мину

Ч у, — линейная скорость наплавления слитка, мм/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Линачевский Б.В. Вакуумная индукционная пЛавка. М., "Металлургия", 1975., с.145-158. 2. Петров Ю.Е. и Ратников Д.Г.

Холодные тигли. М., "Металлургия", 1972, с.80-91.

3. йвторское свидетельство СССР

УУ 2736658/02, кл. С 21 С 5/56, 1979.