RU2013457C1

RU2013457C1 - Method for production of ingots from chips

Info

Publication number: RU2013457C1
Authority: RU
Inventors: Д.А. Дудко; Я.Ю. Компан; А.Н. Сафонников; Б.В. Родионов; В.Ф. Пширков; А.П. Световидов
Original assignee: Институт электросварки им.Е.О.Патона АН Украины
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: production of ingots from chips. SUBSTANCE: electroslag refining is effected in mold of consumable electrode formed of ships. Electrode is trapezoidal in cross-section with parallel sides ratio of at least 1: 5. Use of this electrode provides for electromagnetic mixing in process of melting due to magnetohydrodynamic convection to facilitate maximum gas evolution and recrystallization of seam metal. Cast ingots become more plastic and with high operate reliability. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

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. The invention relates to metallurgy, mainly to the processing of non-ferrous metallurgy waste, namely the disposal of non-ferrous metal chips. It can be widely used in mechanical engineering, energy, agricultural machinery and other sectors of the national economy that manufacture, by machining, parts, individual elements and units from aluminum, titanium, copper and other non-ferrous metals. It can mainly be used in the automotive and tractor industry.

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. When machining non-ferrous metals, a large number of metal chips are formed. Recycling of secondary non-ferrous metals is an urgent task that allows you to return to circulation up to 30% of expensive metals, such as, for example, titanium, etc.

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.The enriching effect on a metal bath of its processing (purging) with a gas mixture (Ar - O ₂ ) is known. Positive results are achieved due to the high speed of purging the metal bath with gas, as a result of which the mixing of slag and metal is intensified, and the possibility of achieving a high degree of refining [1]. However, this method of improving the quality of liquid metal is very limited in relation to the casting of non-ferrous metals due to the high means for oxygen (for example, casting of titanium, etc.). In addition, the process is energy-intensive and requires significant production areas.

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. As a prototype, the method of electroslag remelting of chips, which includes the formation of a consumable electrode from the chips and its remelting in the mold, is taken [2]. The main disadvantage of this method is the uneven distribution of thermal power over the entire volume of the metal bath and a significant waste of electrical energy per unit of smelted metal. The uneven distribution of thermal power, the maximum in the central part, leads to deterioration of the surface of the ingot and requires subsequent machining. In addition, the refining ability of the used slag is reduced. This is especially true for remelting non-ferrous metal chips, in particular aluminum. At the end of the electrode, it is possible to melt the chips and overlap the outlet of the electrode, which interrupts the remelting process. The insufficiently reliable operation of the pusher assembly contributes to the appearance of solid unmelted particles and slag inclusions in the ingot.

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. In order to eliminate these drawbacks, a fundamentally new method for producing ingots from chips is recommended, the essence of which is metallurgical processing (electroslag remelting) of non-ferrous metal chips through the use of an asymmetric electrode that creates MHD convection. The electrode in cross section has a minimum and maximum size corresponding to the multiplicity of parallel sides of at least 1: 5.

Цель изобретения - повышение качества слитков. The purpose of the invention is improving the quality of the ingots.

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. During the remelting of non-ferrous metal shavings, the electrode creates horizontal electric vortex flows with MHD-influence on the structure of the smelted ingot in the slag bath by the action of electromagnetic forces on it. The electrodes are made of non-ferrous metal chips and their subsequent melting is carried out under conditions of refining processing of the entire volume of liquid metal.

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. The manufacture of an electrode from chips of various metals involves the creation of an electrically conductive base of the electrode and its fastening by an electric current conductor of the first or second kind. The basis is created by impregnating the chips with the specified materials. The chemical composition of the chips is identical to the ingot obtained. In this case, depending on the melting temperature of the chips, the impregnation is performed with metallic or non-metallic materials. Water-cooled and metal devices can be used as the devices forming the electrode. In some cases, electrodes made of metal that are identical in chemical composition to the remelted chips can be used together with the base.

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. PRI me R. The design of the electrode includes a water-cooled mold; electrode base (metal shavings); impregnation material (current conductor of the first or second kind); place of electrical and metal contact.

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.Electrodes made of aluminum and titanium chips can be made in the recommended way, while in the case of manufacturing an electrode from aluminum chips, it can be impregnated with both liquid aluminum and slag melt, which is used for electroslag remelting of aluminum. Taking into account the high melting point of titanium, it is advisable to impregnate titanium chips with slag melt based on alkali and alkaline earth metal halides. To confirm the feasibility of manufacturing the electrode by the recommended method, an electrode made of aluminum shavings was melted. The impregnation was carried out with a solution consisting of the following components: KCl-LiCl-AlF ₃ -LiF-BaCl ₂ . The geometric dimensions of the electrode: length 1500 mm, diameter 45 mm. The remelting mode parameters were as follows: current magnitude 6 kA; voltage 32 V. Two control melts were performed using electrodes obtained by impregnation with liquid metal and slag melt.

Механические характеристики полученных слитков приведены в таблице. The mechanical characteristics of the obtained ingots are given in the table.

Как видно из таблицы, способ изготовления электрода из стружки цветных металлов позволяет получать слитки удовлетворительного качества. As can be seen from the table, a method of manufacturing an electrode from non-ferrous metal chips allows to obtain ingots of satisfactory quality.

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. In the technical literature, no similar solutions were found for the manufacture of electrodes from non-ferrous metal wastes. Therefore, the recommended solution has significant novelty. Due to the lack of data on other methods for manufacturing chip electrodes, the economic effect was not calculated.

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. When using the recommended method of manufacturing an electrode in the processing of non-ferrous metal waste, the following advantages were revealed: a sharp reduction in the cost of processing secondary resources; improving the quality of cast metal during remelting of the electrode using the electroslag process; the possibility of organizing a waste redistribution site at each enterprise; improvement of working conditions.

Claims

METHOD FOR PRODUCING INGAS FROM CHIPS, including electroslag remelting in a mold consumable electrode formed from chips, characterized in that, in order to improve the quality of the ingot, the trapezoidal cross-sectional electrode preformed from the chips is melted, in which the size ratio of the upper and lower bases is at least 1 : 5.