CS196140B1 - Způsob elektrostruskovóho odlévání kovových ingotů - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu odlévání a především způsobu elektrostruskového odlévání kovových ingotů velkých rozměrů, používaných jako polotovarů pro výrobu rotorů elektrogenerátorů a podobných velkorozměrových součástí .

Description

Vynález se týká způsobu odlévání a především způsobu elektrostruskového odlévání kovových ingotů velkých rozměrů, používaných jako polotovarů pro výrobu rotorů elektrogenerátorů a podobných velkorozměrových součástí .

V poslední době v celé řadě průmyslových odvětví a zejména v energetickém strojírenství velmi rychle vzrůstá potřeba výkovků, vyráběných z ingotů o hmotnosti 100 t a více.

Jak je známo, závisí v mnohém jakost výkovku na struktuře výchozího ingotu a určuje jakost konečného výrobku. Praxe ukázala, že při obyčejném způsobu výroby velkorozměrových ingotů jednorázovým odlitím tekutého kovu do kokily jsou nevyhnutelné takové vady, jako jsou vycezeniny, staženiny, nepříznivě rozmístěné nekovové vměstky ve hmotě ingotu a okysličení jeho povrchu. Jasně zřejmá fyzikální a chemická nestejnorodost ingotů, vyrobených tímto způsobem, ve většině případů nedovoluje použít jě pro výrobu velkorozměrových součástí.

Zejména nevyhovující struktura kovu je ve středu takovéhoto ingotu. To je vysvětleno tím, že krystalizace tekutého kovu odlitku probíhá přednostně ve směru od stěn kokilý do středové oblasti. Přitom podle míry postupu čela krystalizace se stále zhoršují podmínky odvádění tepla, struktura tuhnoucího kovu se mění od jemně dendritícké zakalené u povrchu ingotu na globulární krystaly s množstvím vycezenin v jádru.

Nejednou byly činěny pokusy změnit směr krystalizace a kladně takto ovlivnit strukturu ingotu. Jak se ukázalo#je z tohoto hlediska nejvíce perspektivní způsob dávkovaného eletrostruskového odlévání ingotů, viz popis USA patentu č. 3 807 486. Tento postup zahrnuje následující operace: nanesení struskové lázně do chlazené kokily a její ohřev elek trodami, odlévání tekutého kovu prováděné po dávkách přes vrstvu tekuté strusky. Odlévání každé následující dávky se provádí v tomto případě po ztuhnutí více než poloviny kovu každé předcházející dávky. Ingot se odlévá stejnými dávkami, přičemž množství každé dávky sestává z 5 až 25 7 hmoty odlévaného ingotu. Po odlití dávky kovu se provádí elektrostruskový ohřev hladiny kovu při elektrickém příkonu zajištujícím udržení tekuté hladiny kovu po celém průřezu kokily. Přitom odlitý kov postupně tuhne zezdola nahoru tak, že ve chvíli odlévání následující dávky kovu zůstává pod vrstvou tekuté strusky neztuhlá část kovu předcházející dávky. Tekutý kov nás ledující dávky se odlévá do kokily, v níž se mísí se zbytkem tekutého kovu předcházející dávky. Výhodný směr posunu čela krystalizace zespodu nahoru se po odlití druhé a následujících dávek kovu udržuj e.

Zkoumání ingotů, vyrobených popsaným způsobem, ukázala, že jejich fyzikální a chemická stavba je poměrně stejnorodá v celém objemu a vady vzniklé smrštěním a odměřováním nejsou dokonce ani v jádru ingotu. Uvedená technologie umožňuje výrobu ingotů o hmotnosti nad 300 t pomocí ocelárenského agregátu poměrně nevelkého obsahu, například 30 až 50 t. Kromě toho, v důsledku vzájemného působení s tekutou struskou se kov znatelně čistí od nekovových příměsí, což se bla196140 hodárně projevuje na mechanických vlastnostech ingotu.

Avšak současně se zjevnými výhodami má popsaný postup omezenou výrobnost. Zvláště při poměrně malých hmotách stejných dávek, od 5 do 25 % celkové hmoty odlitého ingotu, je potřebné značné množství lití. Pokusy zvýšit výrobnost zvětšením množství dávky kovu nad 25 % celkové hmoty ingotu byly neúspěšné. Tak již v oblasti druhé a zejména třetí dávky kovu byly po ztuhnutí ingotu zjištěny vycezeniny a vady ovlivněné nestejnorodostí struktury. Základní příčinou jejich výskytu je změna směru výhodného šíření čela krystalízace vyvolaná zmenšením odvodu teplá k podstavci kokily pří růstu ingotu a intensivním odvodem tepla stěnou kokily prakticky podél větší části výsky odlité dávky kovu.

Ve skutečnosti, počínaje od druhé dávky kovu, získala krystalízace opět charakter stejný jako při obvyklém jednorázovém odlévání ingotu.

Podstatným úkolem vynálezu je vypracovat postup elektrostruskového odlévání ingotů, aby bylo zajištěno zvýšení výrobnosti prostřednictvím zvětšené hmotností dávek kovu a současně dosáhnout vzhůru usměrněné krystalizace ingotu.

Vytýčený úkol se řeší tím, že při elektrostruskovém odlévání ingotů, zahrnujícím vytvoření struskové lázně v chlazené kokile a její ohřev elektrodami, odlévání tekutého kovu po dávkách přes vrstvu tekuté strusky po ztuhnutí kovu každé předcházející dávky z větší poloviny, se podle vynálezu odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně přeruší, když její hmotnost činí 30 až 50 Z celkové hmotnosti ingotu a každá další dávka kovu se odlévá tak dlouho, dokud její hmotnost nečiní 10 až 50 Z hmotnosti první dávky kovu.

Při odlévání první dávky tekutého kovu, tvořené dokonce 50 Z celkové hmotnosti ingotu, v důsledku intensivního odvodu tepla k podstavci kokily se rozvíjí krystalízace od dnové části kokily. Tyto faktory způsobují zvýšení produktivity prakticky bez zhoršení j akos ti ingotu.

Výhodně pro zvýšení jakosti ingotu se podle vynálezu odlévání každé následující dávky po druhé dávce provádí postupně se zmenšující hmotností každé dávky tekutého kovu ve srovnání s předcházející dávkou tekutého kovu.

Výhodně podle vynálezu se odlévání každé následující dávky tekutého kovu po dávce druhé přeruší, když její hmotnost dosáhne 50 až 90 % hmotnosti předcházející dávky tekutého kovu.

Technologicky se odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně provádí do té doby, dokud její hmo tnos t. nečiní 30 % celkové hmotnosti ingotu a odlévání každé následující dávky tekutého kovu po dávce druhé se uskutečňuje tak dlouho, dokud její hmotnost nečiní 90 % hmotností předcházející dávky tekutého kovu.

V souladu s další obměnou způsobu podle vynálezu se odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně provádí do té doby, dokud její hmotnost nečiní 50 7 celkové hmotnosti ingotu a odlévání každé následující dávky tekutého kovu se přeruší, když její hmotnost činí 50 7 hmotnosti předcházející dávky tekutého kovu. Při takových technologických parametrech se zajištuje nejvyšší stejnorodost fyzikální stavby ingotu.

Při odlévání první dávky tekutého kovu, sestávající dokonce z 50 % celkové hmotnosti ingotu, sé v důsledku intensivního odvodu tepla k podstavci kokily dosáhne rozšíření krystalízace od dnové části kokily.

Ale zmenšená hmotnost druhého a následujícího odlití za přívodu tepla do struskové lázně umožňuje snížit rychlost krystalízace od stěn kokily a zajistit výhodný růst krystalů od dnové části kokily. Uvedené faktory způsobují zvýšení produktivity postupu odlévání prakticky bez zhoršené jakosti ingotu.

Ke zlepšení jakosti ingotu je výhodné odlévání každé následující dávky po druhé dávce provádět s postupně se zmenšující hmotnos ti každé dávky kovu ve srovnání s předcházející dávkou kovu.

Výhodné je odlévání každé následující dávky kovu po dávce druhé přerušit, když její hmotnost dosáhne 50 až 90 7 hmotnosti předcházející dávky.

Technologicky se příkladně odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně provádí do té doby, dokud hmotnost dávky nečiní 30 % celkové hmotnosti a odlévání každé další dávky po dávce druhé se uskutečňuje do té doby, pokud její hmotnost nečiní 90 7 hmotnosti předcházející dávky tekutého kovu.

Podle nejvýhodnějšího příkladného provedení způsobu podle vynálezu se odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně provádí do té doby, dokud její hmotnost nečiní 40 7 celkové hmotnosti ingotu a odlévání každé následující dávky po druhé dávce se přeruší, jakmile její hmotnost dosáhne 77 7 hmotnosti předcházející dávky tekutého kovu.

Výše uvedené a další cíle a též výhody způsobu elektrostruskového odlévání ingotů podle vynálezu jsou zřetelnější z obsahu podrobného popisu příkladů provedení způsobu podle vynálezu s přihlédnutím k přiloženým výkresům, na kterých obr. 1 znázorňuje chlazenou kokilu s do ní zavedenými elektrodami; bokorys v řezu, obr. 2 znázorňuje chlazenou kokilu s elektrodami zapojenými ke zdroji napájení, obr. 3 znázorňuje chlazenou kokilu a elektrody při vytvoření struskové lázně podle vynálezu, obr. 4 znázorňuje polohu elektrod a středové trubky při odlévání první dávky tekutého kovu do chlazené kokily přes vrstvu tekuté strusky podle vynálezu, obr. 5 znázorňuje polohu elektrod po odlití první dávky tekutého kovu a názorně zobrazuje postup krystalízace, výhodně od dnové části kokily podle vynálezu, obr. 6 názorně zobrazuje postup odlévání druhé dávky tekutého kovu do kokily přes vrstvu tekuté strusky podle vynálezu, obr. 7 znázorňuje polohu elektrod po odlití všech dávek tekutého kovu do kokily při uzavřené staženině a obr. 8 znázorňuje struk turu ingotu odlitého způsobem podle vynálezu

Při odlévání kovových ingotů podle vynálezu se použije chlazená kokila _2, postavená na podstavci která má vodní plášt 3, jak znázorněno na obr. 1. Na podstavci je uložena kovová očkovací podložka 4^, jejíž chemické složení je blízké chemickému složení kovu odlévaného ingotu, Do chlazené kokily _2_ ^se zavedou netavné grafitové elektrody 5_, jejichž množství je násobkem tří. Netavné elektrody 5 jsou zapojeny ke zdroji _6 třífázového proudu průmyslové frekvence a jsou rovnoměrně rozděleny po obvodu příčného průřezu chlazené kokily 2_t jak je to znázorněno na obr. 2.

Postup elektrostruskového odlévání kovových ingotů se uskutečňuje následujícím způsobem:

Netavné elektrody 5_ se spouštějí až do styku jejich dolních konců s kovovou očkovací podložkou £. Do chlazené kokily 2 se nasype struska, která se vyznačuje vysokou rafinační schopností nebo směs vsázkových složek takové strusky. Od zdroje 6^ třífázového proudu se přivádí k netavným elektro196140 dám 2 elektrické napájení, udržující velikost proudu od 10 000 do 20 000 A a napětí od 50 do 90 V. Přitom se v chlazené kokíle 2 tvoří vrstva tekuté strusky a vzniká strusková lázeň 7, jak je znázorněno na obr. 3.

Dále se tvoTící vrstva tekuté strusky se postupně ohřívá netavnými elektrodami 5.. Navážka struskové lázně 7~ je možná i jiným postupem, například nalitím do chlazené kokily _2 speciálně vytavené tekuté strusky. Na stěně chlazené kokily 2_ a též v mezeře mezi kovovou očkovací podložkou 2 ^a stěnou chlazené kokify 2 se tvoří struskový nános 2* Výška struskového nánosu 8. se rovná úrovni struskové lázně 7 v chlazené kokíle 2..

Po nanesení struskové lázně 7_ se provádí odlévání tekutého kovu po dávkách. První dávka _9 tekutého kovu, obr. 4, se odlévá do chlazené kokily 2_ přes vrstvu struskové lázně 7. Při plnění chlazené kokily 2. se netavné elektrody 5_ postupně posouvají nahoru a jejich konce se udržují ve struskové lázni _7, jak je. to znázorněno na obr. 4 výkresu. Odlévání první dávky 2 tekutého kovu se podle vynálezu přeruší, jakmile její hmotnost činí 30 až 50 7 celkové hmotnosti odlévaného ingotu.

Po skončení odlévání první dávky tekutého kovu se prodlužuje ohřev struskové lázně 7 netavnými elektrodami J5· Od vrstvy ohřáté struskové lázně _7 se předává teplo vrchním vrstvám první dávky 9_ tekutého kovu. Současně, v důsledku intensivního odvodu tepla podstavcem 1, tekutý kov krystalizuje u povrchu kovové očkovací podložky £ i u stěny chlazené kokily 2. Přitom výhodný růst krystalů probíhá od dnové části chlazené kokily 2, jak je znázorněno na obr.. 5.

Po ztuhnutí více než poloviny kovu první dávky 2 tekutého kovu se odlévá přes vrstvu tekuté strusky druhá dávka tekutého kovu, jak je to znázorněno na obr. 6. Při odlévání druhé dávky tekutého kovu probíhá jeho smísení s ještě neztuhlým kovem první dávky 2» ^c°ž vede k vyrovnání chemického složení vytvářeného ingotu 1 0. Odlévání druhé dávky tekutého kovu se provádí do té doby, pokud její hmotnost nečiní 10 až 50 % hmotnosti první dávky 2 tekutého kovu podle vynálezu. Podle stupně růstu ingotů odvod tepla z tekutého kovu do podstavce J_ se zmenšuje.

V těchto podmínkách zmenšení množství druhé dávky tekutého kovu a přívod tepla do struskové lázně značně zmenšuje rychlost krystalizace od stěn chlazené kokily 2_ a ovlivňuje výhodný růst krystalů od dnové části kokily podle vynálezu.

Po krystalizací kovu druhé dávky více než z poloviny se přes vrstvu tekuté strusky odlévá třetí dávka kovu, jejíž hmotnost se rovná hmotnosti druhé dávky kovu nebo je menší. Dál.e se postupy, po posledním odlití tekutého kovu po dávkách, uskutečňují obdobným způsobem do úplného vytvoření ingotu 1 0. Po odlití poslední dávky tekutého kovu do chlazené kokily 2 se uzavírá staženina rozehřátím struskové lázně nad ingotem 10 netavnými elektrodami 5__f jak je to znázorněno na obr. 7.

Struktura vytvořeného ingotu 1 0 , vyrobeného způsobem podle vynálezu, je znázorněna na obr. 8 s naznačeným procentuálním poměrem hmotnosti první dávky kovu k celkové hmotnosti M ingotu a též hmotnost M2 druhé dávky, hmotnost M-j třetí dávky a hmotnost M4 dalších následujících dávek kovu k'hmotnosti Mf první dávky ‘tekutého kovu.

Dále jsou uvedeny příklady provedení způsobu odlévání podle vynálezu.

Příklad 1

Při výrobě velkých kovářských ingotů o hmotnosti 200 t se použije vodou chlazená kokila o průměru 2,5 ra a výšce 6,0 m. Tato kokila se umístí na podstavec, na němž je uložena očkovací podložka. Do chlazené kokily se zavedou tři nebo šest grafitových elektrod až do styku jejich spodních konců s očkovací podložkou. Průměr každé elektrody Činí 250 až 500 mm. Do kokily se nasype struska nebo směs vsázkových složek takovéto strusky. Na elektrody se zavede elektrické napájení, udržující velikost proudu od 10 000 do 20 000 A a napětí od 50 do 90 V. Přitom se v kokíle vytváří vrstva tekuté strusky, tj. vzniká strusková lázeň stále ohřívaná elektrodami. Po vytvoření struskové lázně se do chlazené kokily přes vrstvu tekuté strusky odlévá první dávka tekutého kovu. Hmotnost první dávky činí 60 t, tj.

% celkové hmotnosti odlévaného ingotu.

Po odlití první dávky tekutého kovu pokračuje ohřev struskové lázně elektrodami v průběhu 8 až 15 hodin. Po ztuhnutí nadpoloviny kovu první dávky se odlévá druhá dávka tekutého kovu. Hmotnost druhé dávky činí 20 t, tj. 33 1/3 % hmotnosti první dávky.

Po odlití druhé dávky pokračuje ohřev struskové lázně elektrodami a po 3 až 10 hodinách se odlévá třetí dávka tekutého kovu do kokily. Hmotnost druhé, třetí a každé následující dávky činí 20 t. Po odlití poslední dávky se uzavírá staženina. Při takovéto technologii odlévání nevznikají vady odměŠovacího charakteru dokonce ani u ocelí, které krystalizují v širokém rozmezí teplot.

Příklad 2

200tunóvé kovářské ingoty z ocelí, krystalizujících v úzkém rozmezí teplot, se odlévají podobným způsobem, avšak udržují se následující parametry postupu.

První dávka tekutého kovu se odlévá do té doby, dokud její hmotnost nečiní 80 t, tj. 40 Ž celkové hmotností odlévaného ingotu. Druhá dávka tekutého kovu se odlévá po 6 až 15 hodinách, když kov pr^,Tní dávky ztuhl více než z poloviny. Další a následující dávky tekutého kovu se odlévají do té doby, dokud hmotnost každé z nich nečiní 20 t. Interval mezi odléváním dávek se udržuje na 3 až 10 hodinách. Touto technologií lití se zajištuje vysoká produktivita odlévání velkých ingotů z ocelí, krystalizující v úzkém rozmezí teplot. Úplné vytvoření 200tunového ingotu se uskuteční za 7 odlití.

Příklad 3

Odlévání 200tunového kovářského ingotu podle vynálezu se provádí odléváním první dávky do té doby, pokud její hmotnost nečiní 50 % celkové hmotností odlévaného ingotu, tj. 100 tun. Odlévání druhé dávky se přeruší, jakmile její hmotnost činí 50 7 hmotnosti první dávky, tj. 50 t a odlévání dalších dávek se provádí s postupně se zmenšující hmotností každé dávky ve srovnání s předcházející dávkou. Zvláště odlévání třetí, čtvrté a další dávky se provádí s postupně se zkracujícím intervalem od 10 do 0,5 h a hmotnost každé dávky se zmenšuje do 50 7 hmotnosti předcházející dávky.

V tom případě při srovnatelně vysoké produktivitě, celkem 8 odlití, se vytvoří lepší podmínky k vytváření ingotu, protože změna hmotnosti každé následující dávky odpovídá změně odvodu tepla podle stupně růstu ingotu, což je velmi příznivé pro usměrněnou krystalizací.

Příklad 4

200tunový kovářský ingot se odlévá tak, jak bylo shora popsáno mimo dávkování dávek tekutého kovu. První dávka tekutého kovu se odlévá do kokily do té doby, dokud její hmotnost nečiní 30 % celkové hmotnosti odlévaného odlitku. Druhá dávka tekutého kovu se odlévá do té doby, dokud její hmotnost nedosahuje 30 t, tj. 50 Z hmotnosti první dávky. Následující dávky po první dávce tekutého kovu se odlévají s postupně se zmenšující jejich hmotností na 10 X ve srovnáni s hmotností každé předcházející dávky.

Příklad 5

200tunový ingot se odlévá tak, jak bylo shora popsáno pří dodržení stejných režimů mimo dávkování dávek odlévaného kovu. Zvláště první dávka tekutého kovu se odlévá do kokily tak dlouho, dokud její hmotnost nepředstavuje 40 X celkové hmotnosti odlévaného ingotu, tj. 80 t. Druhá dávka tekutého kovu se odlévá tak dlouho, dokud její hmotnost nedosahuje 50 X hmotnosti první dávky, tj.

t. Po druhé dávce tekutého kovu následu-

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VY

   1. Způsob elektrostruskového odlévání kovových ingotů, při němž se vytvoří strusková lázeň v chlazené kokile a ohřeje se elektrodami a tekutý kov se odlévá po dávkách přes vrstvu tekuté strusky po ztuhnutí více než poloviny kovu každé předcházející dávky, vyznačující se tím, že se odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně přeruší, jakmile její hmotnost činí 30 až 50 X, celkové hmotnosti ingotu a odlévání každé následující dávky tekutého kovu se provádí tak dlouho, dokud její hmotnost nečiní 10 až

   50 X hmotnosti první dávky.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se odlévání každé dávky následující po první dávce tekutého kovu provájící dávky se odlévají s postupně se zmenšující jejích hmotností na 23 X, ve srovnání s hmotností každé předcházející dávky. Přitom intervaly mezi odléváním se postupně zkracují od 20 do 2 hodin. Taková obměna realizace způsobu podle vynálezu je výhodná k zajištění vysoké produktivity a jakosti odlévání velkých kovářských ingotů.

   Shora popsaný způsob elektrostruskového odlévání kovových ingotů je nejvíce perspektivní pro výrobu vysokojakostních velkých kovářských ingotů o hmotnosti nad 40 t a až do 350 t, potřebných zejména pro výrobu rotorů turbin o výkonu nad 1 000 megawattů v jednom agregátu. Podstatnou výhodou způsobu odlévání podle vynálezu ve srovnání se známým stavem techniky je to, že zajištuje zvýšení výrobnosti dávkovaného odlévání ingotů zvětšením hmotnosti dávek a současně umožňuje dosáhnout stejnorodou chemickou a krystalickou strukturu prakticky po celém objemu ingotu díky nahoru usměrněné krysta1 i žací.

   NÁLEZU dí s postupně se zmenšující hmotností každé dávky tekutého kovu ve srovnání s předcházející dávkou tekutého kovu.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že se odlévání každé následující dávky tekutého kovu po dávce druhé přeruší, když její hmotnost dosáhne 50 až 90 X, hmotností předcházející dávky tekutého kovu.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se odlévání první dávky tekutého kovu do struskové lázně provádí tak dlouho, dokud její hmotnost nečiní 50 X celkové hmot-, nosti ingotu a odlévání každé následující dávky tekutého kovu se přeruší, jakmile její hmotnost činí 50 X hmotnosti předcházející dávky tekutého kovu.