RU2163269C1

RU2163269C1 - Method for making laminate ingots by electroslag refining

Info

Publication number: RU2163269C1
Application number: RU99112625A
Authority: RU
Inventors: В.И. Чуманов; В.Е. Рощин; И.В. Чуманов; Ю.Г. Кадочников
Original assignee: Чуманов Валерий Иванович; Рощин Василий Ефимович; Чуманов Илья Валерьевич; Кадочников Юрий Геннадьевич
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2001-02-20

Abstract

FIELD: foundry, namely electroslag refining. SUBSTANCE: method comprises steps of introducing alloying elements into melting chamber at cutting off electric current in time periods equal to Δτ=0.2m/v, where m - mass of liquid metallic bath during stationary period of melting, kg; v - fusion velocity of casting, kg/c. EFFECT: strict layer-by-layer separation of alloying elements in casting at their batch feeding to melting chamber. 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению многослойных слитков методом электрошлакового переплава (ЭШП). The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of multilayer ingots by the method of electroslag remelting (ESR).

Известен способ получения слоистого материала методом электрошлаковой плавки, при котором для получения непрерывного слитка с различным составом стали по его длине предлагается механическим путем или путем сварки изготавливать составной расходуемый электрод. Состав компонентов электрода регулируют, в зависимости от требуемого состава стали на данном участке слитка [1]. A known method of producing a layered material by electroslag melting, in which to produce a continuous ingot with different composition of steel along its length it is proposed to produce a composite consumable electrode mechanically or by welding. The composition of the electrode components is regulated, depending on the required composition of the steel in a given section of the ingot [1].

Недостатком данного способа является то, что для получения многослойного материала требуется частое соединение компонентов расходуемого электрода, а это приводит к увеличению затрат на подготовку расходуемого электрода, что влечет удорожание процесса получения слоистого материала. The disadvantage of this method is that to obtain a multilayer material requires frequent connection of the components of the consumable electrode, and this leads to an increase in the cost of preparing the consumable electrode, which entails an increase in the cost of the process of obtaining a layered material.

Известен способ электрошлакового переплава металлов и сплавов, включающий наплавление слитка в водоохлаждаемом кристаллизаторе поочередным переплавом двух или более электродов, причем перед сменой электродов ток отключают, а шлаковую ванну перегревают на 20-200^oC [2].A known method of electroslag remelting of metals and alloys, including the deposition of an ingot in a water-cooled crystallizer by alternately remelting two or more electrodes, the current is turned off before changing the electrodes, and the slag bath is overheated at 20-200 ^o C [2].

Недостатком данного способа является необходимость наличия электродов различного состава стали и оборудования для их быстрой замены, что приводит к увеличению затрат, а следовательно, и стоимости получаемого слитка. The disadvantage of this method is the need for electrodes of various composition of steel and equipment for their quick replacement, which leads to an increase in costs, and hence the cost of the resulting ingot.

Известен способ получения слоистого материала методом электрошлаковой наплавки композиционным сплавом. При этом во время элеткрошлаковой наплавки происходит подача в шлаковую ванну электродных проволок, которые, плавясь, создают сплав-связку, образующий матрицу композиционного сплава. В процессе наплавки дозировано подают порошок литых карбидов. В шлаковой ванне карбиды поверхностно очищаются, нагреваются и, не оплавляясь, внедряются в металлическую ванну, после кристаллизации которой образуется износостойкий композиционный сплав. При определенных режимах электрошлаковой наплавки строение наплавленного металла трехслойное, частицы карбидов в матрице сосредоточены в среднем его слое [3]. A known method of producing a layered material by electroslag surfacing with a composite alloy. At the same time, during the electroslag deposition, electrode wires are fed into the slag bath, which, when melted, create an alloy-bundle forming a composite alloy matrix. In the process of surfacing, the powder of cast carbides is metered in metered. In a slag bath, carbides are superficially cleaned, heated and, without being melted, are embedded in a metal bath, after crystallization of which a wear-resistant composite alloy is formed. Under certain modes of electroslag surfacing, the structure of the deposited metal is three-layered, carbide particles in the matrix are concentrated in its middle layer [3].

Недостатком данного способа является то, что возможно получение только трехслойного материала и сложно получить четкие границы между слоями и определенное содержание в слое вносимых добавок, так как происходит одновременное внесение. The disadvantage of this method is that it is possible to obtain only a three-layer material and it is difficult to obtain clear boundaries between the layers and a certain content in the layer of added additives, since simultaneous application occurs.

В качестве прототипа принят способ получения слоистого материала в процессе ЭШП, при котором во время переплава расходуемого электрода через определенный промежуток времени в ванну давали некоторое количество серного железа (FeS), без отключения тока (см. Электрошлаковый переплав. Под ред. ак. Медовара Б.И., Вып. 3, Киев. "Наукова думка", 1975, с. 111-118). As a prototype, a method for producing layered material in the ESR process was adopted, in which, during the remelting of the consumable electrode, after a certain period of time, a certain amount of sulfuric iron (FeS) was given into the bathtub without turning off the current (see Electroslag remelting. Ed. By Ac. Medovar B .I., Issue 3, Kiev. "Naukova Dumka", 1975, p. 111-118).

Недостатком данного способа является то, что в процессе образования слоистой структуры не происходит формирования четкой границы между слоями, т. к. без отключения тока в ванну расплавленного металла поступает не только FeS, но и капли металла расходуемого электрода, а в результате этого сложно получить строго определенное содержание добавок в образующемся слое и четкие границы между слоями. The disadvantage of this method is that in the process of the formation of a layered structure, a clear boundary between the layers does not form, since without disconnecting the current, not only FeS, but also drops of the metal of the consumable electrode enter the molten metal bath, and as a result, it is difficult to obtain strictly a certain content of additives in the resulting layer and clear boundaries between the layers.

Задачей изобретения является повышение качества многослойных слитков за счет обеспечения четкого послойного распределения легирующих элементов в отливке при периодической подаче их в плавильное пространство. The objective of the invention is to improve the quality of multilayer ingots by providing a clear layer-by-layer distribution of alloying elements in the casting by periodically feeding them into the melting space.

Поставленная задача решается путем получения многослойных слитков электрошлаковым переплавом расходуемых электродов с порционной подачей легирующих материалов в плавильное пространство через определенный промежуток времени, при этом легирующие материалы подают в момент отключения тока на электроде через периоды времени, равные:

где m - масса жидкой металлической ванны в стационарный период плавки, кг;
v - скорость наплавления отливки, кг/с.The problem is solved by obtaining multilayer ingots by electroslag remelting of consumable electrodes with a portioned supply of alloying materials into the melting space after a certain period of time, while alloying materials are supplied at the time of disconnection of current on the electrode after periods of time equal to:

where m is the mass of the liquid metal bath in a stationary period of melting, kg;
v is the deposition rate of the casting, kg / s

При подаче легирующих материалов в момент отключения тока происходит быстрая кристаллизация жидкой металлической ванны, а в результате этого возможно получение строго определенного содержания добавок в образующемся слое и четкие границы между слоями. When alloying materials are supplied at the moment the current is turned off, the liquid metal bath rapidly crystallizes, and as a result, it is possible to obtain a strictly defined content of additives in the resulting layer and clear boundaries between the layers.

В процессе переплава порции легирующих элементов подают через периоды времени, которые зависят от требуемого количества слоев в слитке и толщины каждого слоя. In the process of remelting, portions of alloying elements are fed through time periods that depend on the required number of layers in the ingot and the thickness of each layer.

После подачи порции легирующих материалов в плавильное пространство концентрация их в жидком металле изменяется по следующей зависимости:

где C - концентрация легирующих элементов в жидком металле, образовавшаяся после подачи порции легирующих, %;
C₀ - концентрация легирующих элементов в переплавляемом металле (электроде), %;
τ - время с момента подачи порции легирующих, с.After a portion of the alloying materials is fed into the melting space, their concentration in the liquid metal changes according to the following relationship:

where C is the concentration of alloying elements in the liquid metal, formed after serving a portion of alloying,%;
C ₀ is the concentration of alloying elements in the remelted metal (electrode),%;
τ is the time from the moment of serving the portion of alloying, s.

При этом относительные колебания концентрации легирующих элементов в металле определяются следующим соотношением:

где Δ C - разность между максимальным и минимальным содержанием легирующих элементов в металле;
C_тр - требуемое содержание элементов в металле.In this case, the relative fluctuations in the concentration of alloying elements in the metal are determined by the following relationship:

where Δ C is the difference between the maximum and minimum content of alloying elements in the metal;
C _Tr - the required content of elements in the metal.

Таки образом, для получения заданной неоднородности распределение легирующих элементов в отливке период времени между подачами порций легирующих определяется соотношением:

Только в случае

возникающая химическая неоднородность приводит к формированию четкой слоистой структуры слитка при том, что каждый слой обладает своими свойствами.Thus, in order to obtain a given inhomogeneity, the distribution of alloying elements in the casting the period of time between filings of portions of alloying is determined by the ratio

Only in case

the resulting chemical inhomogeneity leads to the formation of a clear layered structure of the ingot despite the fact that each layer has its own properties.

Малые промежутки времени между подачами порций легирующих материалов приводят к необходимости ввода маленьких масс порций легирующих, что требует дробления легирующих материалов до мелкодисперсного состояния в результате чего легирующие элементы равномерно распределяются по высоте слитка (отливки). Ввод легирующих материалов в мелкодисперсном состоянии приводит к их интенсивному угару и выносу через систему газоотсоса, существующую на установках ЭШП. Small time intervals between the feeds of the batches of alloying materials lead to the necessity of introducing small masses of batches of alloying, which requires crushing of the alloying materials to a finely dispersed state, as a result of which the alloying elements are evenly distributed over the height of the ingot (casting). The introduction of alloying materials in a finely dispersed state leads to their intense waste and removal through the exhaust gas system existing at ESR installations.

Кроме того, получение многих материалов в мелкодисперсном состоянии представляет собой весьма сложную задачу (например, никеля, ферроцерия и т.д.). Поэтому нижней границей

необходимо считать 0,2.In addition, obtaining many materials in a finely divided state is a very difficult task (for example, nickel, ferrocerium, etc.). Therefore the lower limit

must be considered 0.2.

Таким образом, в случае подачи порций легирующих элементов с периодом более

возникают неоднородности в отливке и возможно получение многослойных слитков с требуемым четким числом слоев и их толщиной.Thus, in the case of filing portions of alloying elements with a period of more than

heterogeneities occur in the casting and it is possible to obtain multilayer ingots with the required clear number of layers and their thickness.

В случае подачи порций легирующих с периодом времени менее

происходит интенсивный угар вводимых элементов и не обеспечивается получение требуемого многослойного слитка необходимым химическим составом каждого слоя.In the case of serving portions of alloying with a period of time less than

intense fading of the introduced elements occurs and the required multilayer ingot is not provided with the necessary chemical composition of each layer.

Скорость наплавления отливки ЭШП является одним из технологических факторов, определяющих качество металла и поэтому контролируемых при переплаве по скорости сплавления электродов или с помощью весоизмерительных устройств. The deposition rate of the ESR casting is one of the technological factors that determine the quality of the metal and therefore is controlled during remelting by the rate of fusion of the electrodes or using weighing devices.

Масса жидкой металлической ванны определяется либо методом зондирования, либо расчетными методами и является известной величиной для заданных параметров плавки. В случае обычного постоянства поддерживаемых режимов она практически не меняется от плавки к плавке. The mass of the liquid metal bath is determined either by sensing or by calculation methods and is a known value for the given melting parameters. In the case of the usual constancy of the supported modes, it practically does not change from melting to melting.

Сочетание таких действий, как подача легирующих материалов в плавильное пространство через периоды времени, равные

,
и отключение тока в момент подачи, позволяет обеспечить четкое послойное распределение легирующих элементов в отливке.The combination of such actions as the supply of alloying materials to the melting space through periods of time equal to

,
and turning off the current at the time of filing, allows for a clear layered distribution of alloying elements in the casting.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Переплав стали 20Х13 проводили на установке 1 ЭШП А-550, которая представлена на фиг. 1. В качестве расходуемых электродов 2 использовали прокат этих же сталей диаметром 40 мм с химическим составом, приведенным в таблице 1. Переплав производили в кристаллизаторе 3 под флюсом АНФ-6 4. Напряжение и ток переплава составляли 50 B и 1,5 кА соответственно. Remelting of steel 20X13 was carried out on the A-550 ESR unit 1, which is shown in FIG. 1. As consumable electrodes 2, rolled of the same steels with a diameter of 40 mm with the chemical composition shown in Table 1 was used. The remelting was performed in a crystallizer 3 under an ANF-6 flux 4. The voltage and current of the remelting were 50 V and 1.5 kA, respectively.

Легирующие добавки, пройдя слой флюса, попадают в жидкую металлическую ванну 5, в результате кристаллизации образуется слиток 6. Alloying additives, passing a layer of flux, fall into a liquid metal bath 5, as a result of crystallization, an ingot 6 is formed.

Легирование проводили с помощью чугунной стружки порционной подачей 150 грамм из дозатора 7 на шлаковую ванну с частотой, определенной по формуле III, данные приведены в таблице 2. На время ввода легирующих добавок производилось отключение подачи тока на электрод. Doping was carried out using cast-iron shavings with a batch feed of 150 grams from batcher 7 to a slag bath with a frequency determined by Formula III, the data are shown in Table 2. At the time of the introduction of alloying additives, the current to the electrode was turned off.

После выплавки слитки ЭШП вертикально осаживали на кузнечном молоте и вырезали из центра образец для анализа макроструктуры и химического состава. Макроструктура образца представлена на фиг. 2, а средний химический состав в таблице 2. Проведенные эксперименты доказывают промышленную применимость данного изобретения. Слитки, полученные экспериментальным путем, имели послойную структуру с четким распределением легирующих. After smelting, the ESR ingots were vertically deposited on a blacksmith hammer and a sample was cut from the center for analysis of the macrostructure and chemical composition. The macrostructure of the sample is shown in FIG. 2, and the average chemical composition in table 2. The experiments performed prove the industrial applicability of the present invention. The ingots obtained experimentally had a layered structure with a clear distribution of alloying.

Список источников
1. Способ изготовления расходуемых электродов для выплавки стали. Умэда Иоити. (Сумитому киндзоку коге кабусики кайся). Японск. пат. кл. 10А31, N 1641, заявл. 5.09.64, опубл. 26.01.67.List of sources
1. A method of manufacturing a consumable electrode for steelmaking. Umeda Ioichi. (To the sumptuous kinzoku koge kabushiki repent). Japanese US Pat. class 10A31, N 1641, declared. 5.09.64, publ. 01/26/67.

2. Способ электрошлакового переплава металлов и сплавов. Петухов Г.К., Спектор Р.В., Тирюков П.И., Тетюев В.А., Григорьев Л.Ф., Попов К.Н. МКИ C 21 C 5/56, N 340303, заявлено 12.05.69. 2. The method of electroslag remelting of metals and alloys. Petukhov G.K., Spector R.V., Tiryukov P.I., Tetyuev V.A., Grigoryev L.F., Popov K.N. MKI C 21 C 5/56, N 340303, claimed 12.05.69.

3. Электрошлаковая наплавка малого конуса доменной печи композиционным сплавом. Шехтер С.Я., Резницкий А.М., Лазаренко Ю.Н., Разинский В.В. Автоматическая сварка, 1978, N 8 (305), с. 43-47. 3. Electroslag surfacing of a small cone of a blast furnace with a composite alloy. Shekhter S.Ya., Reznitsky A.M., Lazarenko Yu.N., Razinsky V.V. Automatic Welding, 1978, N 8 (305), p. 43-47.

Claims

A method of producing multilayer ingots by electroslag remelting of consumable electrodes, comprising a portioned supply of alloying materials to the melting space after a certain period of time, characterized in that the alloying materials are supplied at the time of disconnection of current on the electrode after periods of time equal to
Δτ = 0.2 m / v,
where m is the mass of the liquid metal bath in a stationary period of melting, kg;
v is the deposition rate of the casting, kg / s