RU2156316C1

RU2156316C1 - Process of winning of ingots by vacuum arc autocrucible melting

Info

Publication number: RU2156316C1
Application number: RU99124376A
Authority: RU
Inventors: В.А. Дробышев; А.Б. Золотарев; В.С. Зурабов; Ю.И. Чистов; А.А. Дубиков; А.К. Шиков; В.И. Панцырный; Г.П. Ведерников
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2000-09-20

Abstract

FIELD: special electric metallurgy, production of high-quality ingots of metals and alloys. SUBSTANCE: given process includes joining of consumable electrode to holder anchored on rod of mechanism for electrode movement, initiation of arc, melting of consumable electrode into crucible with skull with undermelting of part of consumable electrode. Consumable electrode is melted to length of undermelted part equal to not less than 5.0 cm and after 6 min as minimum after termination of casting holder with undermelted part of consumable electrode is lowered into crucible and arc is initiated between undermelted part of consumable electrode and bottom of skull in crucible. Undermelted part of consumable electrode is melted down to bottom of skull. Process makes it feasible to increase output of good articles due to prevention of spoilage caused by fall of part of consumable electrode into melt and to reduce labor input into processing of waste, build-up and manufacture of holders of consumable electrodes owing to prolongation of their service life. EFFECT: increased output of good articles.

Description

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). The invention relates to the field of special electrometallurgy and can be used to obtain high-quality ingots from metals and alloys, including especially critical purposes, by vacuum arc skull melting (VDGP).

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. A known method of vacuum arc melting of titanium alloys of especially critical use [1], in which the consumable electrode is welded to the holder (cinder) fixed to the rod of the electrode movement mechanism, is not completely fused, thereby preventing the holder material from entering the ingot and the possibility of a part of the sacrificial electrode falling into the mold with poor-quality welding of the electrode to the holder, and the unfinished part is fused into a special short mold installed on the furnace after removal from it working kit. The disadvantage of this method is the reduction of technical and economic indicators of the process, since for fusion of the unmelted part of the consumable electrode, an additional vacuum arc melting has to be carried out, and obtaining full high-quality ingot from short ingots is associated with considerable labor costs, and sometimes even impossible.

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. A known method of vacuum arc melting [2 [, in which the consumable electrode is attached to the rod of the mechanism for moving the electrode mechanically using a coupling with a collet or wedge clamp. The disadvantage of this method is the need for turning the tail of the consumable electrode, as well as the generation of waste in the form of unmelted parts of the consumable electrodes and chips, the use of which in the production of alloys of especially critical use without laborious preliminary preparation is unacceptable.

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. The closest technical solution, selected as a prototype, is the method of VDGP of metals and alloys, including fusing the consumable electrode into a crucible with a skull and casting the melt into a mold, in which the consumable electrode is welded to the holder mounted on the rod of the electrode moving mechanism using an electric arcs [3] - prototype. The disadvantage of this method is the inability to guarantee high-quality welding, which in some cases leads to the separation of part of the consumable electrode from the holder and its falling into the melt in the crucible, especially when melting at high powers and when the melted end of the consumable electrode approaches the welding zone, due to of which it is necessary to stop melting, leaving part of the consumable electrode unfinished, which reduces the technical and economic performance of the process and the service life of the holder, which is additionally hoduetsya being mechanically detached from its nedoplavlennoy portion electrode for the next welding electrode.

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. The unfinished parts of the consumable electrodes formed in this case are unsuitable for use in subsequent melts without additional labor costs, especially in the production of alloys of especially critical use, due to contamination with harmful impurities during separation of the holder.

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. The technical problem solved by the present invention is the development of a method of VDGP of metals and alloys, which improves the technical and economic performance of the process by eliminating the separation of part of the consumable electrode and its fall into the crucible during melting, the use of material of the unmelted part of the consumable electrode and increase the service life of the holders consumable electrodes without increasing labor costs and the use of additional equipment.

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. The solution to this problem is achieved by leaving the part of the consumable electrode not less than 5 cm long and not less than 6 minutes after the end of casting, lower the holder with the unfinished part of the consumable electrode into the crucible, light the arc between the unfinished part of the consumable electrode and the bottom of the skull and fuse the unmelted part of the consumable electrode to the bottom of the skull.

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. Carrying out the VDGP of niobium-based alloys shows that when the length of the unmelted part of the consumable electrode is less than 5 cm in 7% of cases, a part of the consumable electrode is detached and it falls into the melt located in the crucible, which leads to the rejection of the whole melting, whereas if the unmelted part of the consumable electrode length of at least 5 cm, there are no cases of its separation from the holder. It was also experimentally established that when the exposure time before the fusion of the unmelted part of the consumable electrode is less than 6 minutes, the unmelted part of the consumable electrode sticks to the bottom of the skull at the time of ignition of the arc, which excludes the possibility of its fusion.

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. An example of the proposed method is the VDGP alloy NT-50 (Nb-48% Ti) used in the manufacture of superconductors in a vacuum arc skull furnace 1DRVG-025PTs, in which a consumable electrode ⌀ 200 mm, 500 mm long and weighing 92 kg was welded to the holder of the same alloy ⌀ 80 mm and a length of 280 mm fixed to the rod of the electrode movement mechanism using a threaded connection, was melted into a • 350 • 360 mm crucible with a skull, at a power of 600 kW and cast into a mold, leaving a part of the consumable electrode 5 in length not melted , 7 cm. 6.2 minutes after the end of casting, the holder with the unfinished part of the consumable electrode was lowered into the crucible, closed at the bottom of the skull, ignited the arc, and 99% of the mass of the unfused part of the consumable electrode was fused into the skull at a power of 100 kW for 2, 5 min, while the holder became fully suitable for subsequent welding without additional machining. The metal of the unfinished part of the consumable electrode, fused into the skull, increases the thickness of its bottom part, protects the bottom of the crucible from burn-through and erodes during subsequent VDGP. As a result, it was possible to increase the yield when receiving high-quality ingots of NT-50 alloy by 11% and increase the service life of holders by 1.7 times.

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. The above results indicate the solution of the technical problem and obtaining a new technical result: the creation of a way to improve the technical and economic indicators of the process of obtaining high-quality ingots from metals and alloys by the VDGP method.

Предложенный способ может найти применение в промышленном производстве высококачественных металлов и сплавов особо ответственного назначения, в том числе для производства сверхпроводников. The proposed method can find application in the industrial production of high-quality metals and alloys of a particularly critical purpose, including for the production of superconductors.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. "Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов" под ред. В.И.Добаткина, М., "Металлургия", 1978 г., с. 273.SOURCES OF INFORMATION
1. "Titanium alloys. Melting and casting of titanium alloys", ed. V.I.Dobatkina, M., "Metallurgy", 1978, p. 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. 2. "Industrial Electric Furnaces. Arc Furnaces and Special Purpose Installations" edited by A.D. Svenchansky, 2nd ed. M., "Energy Publishing House", 1981, p. 217.

3. "Вакуумные гарнисажные печи", А.А. Неуструев, Г.Л. Ходорковский, М., "Металлургия", 1967 г., с. 74 - прототип. 3. "Vacuum skull ovens", A.A. Neustruev, G.L. Khodorkovsky, M., Metallurgy, 1967, p. 74 is a prototype.

Claims

A method of producing ingots by vacuum arc skull melting, in which a consumable electrode is attached to a holder fixed on the rod of the electrode moving mechanism, an arc is ignited, the consumable electrode is melted into a crucible with a skull with the part of the consumable electrode not melted, the crucible is turned, the melt is poured into the mold and the crucible is returned to the mold initial position, characterized in that the fusion of the consumable electrode is carried out to a length of the unfinished part equal to at least 5 cm, and not less than 6 minutes after an eye The casting starts lowering the holder with the unmelted part of the consumable electrode into the crucible, light the arc between the unmelted part of the consumable electrode and the bottom of the crucible skull and melt the unmelted part of the consumable electrode to the bottom of the skull.