RU2164957C1

RU2164957C1 - Method of vacuum electric arc remelting of ingots

Info

Publication number: RU2164957C1
Application number: RU2000107399A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Гончаров
Original assignee: Открытое акционерное общество Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-04-10

Abstract

FIELD: special electrometallurgy, particularly, vacuum electric arc remelting of highly reactive metals and alloys; applicable in melting of ingots of the second remelting from titanium alloys. SUBSTANCE: before main period of melting of consumable electrode (ingot of the first remelting), optimal; value of arc gap is set within 10-60 mm and maintained within ± 5 mm up to end of melting process of electrode by simultaneous measurement of voltage across arc and raising of pressure in furnace, and their correction up to required values by varying the speed of electrode displacement downward. In this case, optimal value of arc gap is determined for each value of arc current intensity. EFFECT: higher yield of melted ingots due to reduced casting defects and excluded flowing of liquid metal to gap between mold wall and melted ingot. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при получении слитков второго переплава из титановых сплавов. The invention relates to the field of special metallurgy, in particular to a vacuum arc remelting of highly reactive metals and alloys, and can be used to obtain ingots of the second remelting from titanium alloys.

Известен способ второго вакуумного дугового переплава слитков титановых сплавов диаметром 650-850 мм, включающий подготовку расходуемых электродов (слитков первого переплава) к плавлению, начальный период плавки, основной период плавки и окончание процесса плавления (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Отв. редактор В.В. Добаткин М.: Металлургия, 1978, с. 295-306 [1]) - прототип. A known method of the second vacuum arc remelting of titanium alloy ingots with a diameter of 650-850 mm, including preparing consumable electrodes (first remelting ingots) for melting, the initial melting period, the main melting period and the end of the melting process (Titanium alloys. Melting and casting of titanium alloys. Editor VV Dobatkin M .: Metallurgy, 1978, pp. 295-306 [1]) - prototype.

Подготовка слитков первого переплава к плавлению включает в себя обрезку короны, снятие фасок с донника, проточку или торцовку окисленных участков и удаление с боковой поверхности хлоридов. Preparation of the first remelting ingots for melting involves trimming the crown, removing bevels from the clover, grooving or trimming of the oxidized sections, and removal of chlorides from the side surface.

Начальный период плавки заключается в возбуждении электрической дуги между электродом и поддоном с плавным увеличением тока дуги с 5 кА до 25-37 кА в течение 25-30 мин (разведение жидкой ванны на поддоне). The initial melting period consists in the excitation of an electric arc between the electrode and the pan with a smooth increase in the arc current from 5 kA to 25-37 kA for 25-30 minutes (dilution of the liquid bath on the pan).

Основной период плавки заключается в плавлении электрода на силе тока дуги 25-37 кА и напряжении дуги 46-50 В при включенном соленоиде с оптимальным уровнем напряженности знакопеременного магнитного поля 40-80 Э и автоматическом регулировании процесса (АРДП). The main melting period consists in melting the electrode at an arc current of 25-37 kA and an arc voltage of 46-50 V with the solenoid on with the optimum level of alternating magnetic field strength of 40-80 Oe and automatic process control (ARPD).

Заключительный период плавки - выведение усадочной раковины ведут при снижении силы тока дуги в течение длительного времени с 10 до 3 кА и напряжения соответственно с 30 до 23 В с отключенным АРДП. The final melting period, the removal of the shrink shell, is carried out with a decrease in the arc current for a long time from 10 to 3 kA and voltage, respectively, from 30 to 23 V with the ARD off.

Недостатки известного способа заключаются в том, что практически не контролируется величина дугового зазора между торцом электрода и ванной жидкого металла. (см. (1) с. 290, рис. 114; с. 277, рис. 111), что приводит к увеличению дугового зазора до 160 мм и вызывает неравномерность сплавления электрода, преждевременный отход слитка от стенки кристаллизатора, затекание жидкого металла в образовавшийся зазор. В связи с этим увеличивается вероятность создания "моста" по всей длине слитка (затекание жидкого металла под торец электрода), вызывающего образование литейных дефектов (усадочная раковина, усадочные поры и др.) по всей длине слитка, что значительно снижает выход годного металла. The disadvantages of this method are that it practically does not control the magnitude of the arc gap between the end of the electrode and the molten metal bath. (see (1) p. 290, Fig. 114; p. 277, Fig. 111), which leads to an increase in the arc gap to 160 mm and causes uneven fusion of the electrode, premature withdrawal of the ingot from the wall of the mold, the flow of molten metal into the formed gap. In this regard, the likelihood of creating a “bridge” along the entire length of the ingot (leakage of liquid metal under the end of the electrode), causing the formation of casting defects (shrink shell, shrinkage pores, etc.) along the entire length of the ingot, which significantly reduces the yield of metal, increases.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение выхода годного выплавляемых слитков за счет уменьшения литейных дефектов, в частности исключения затекания жидкого металла в зазор между стенкой кристаллизатора и выплавляемым слитком. The problem to which this invention is directed is to increase the yield of smelting ingots due to the reduction of casting defects, in particular, to prevent liquid metal from flowing into the gap between the mold wall and the smelting ingot.

Поставленная задача решается тем, что в способе вакуумного дугового переплава слитков, преимущественно титановых сплавов, перед началом основного периода плавления расходуемого электрода (слитка первого переплава) устанавливают оптимальную величину дугового зазора в пределах 10 - 60 мм и поддерживают ее с точностью ±5 мм до конца процесса плавления расходуемого электрода путем одновременного измерения напряжения на дуге и повышения давления в печи и корректировки этих величин до необходимых значений изменением скорости перемещения электрода вниз, при этом оптимальную величину дугового зазора определяют для каждого значения силы тока дуги. The problem is solved in that in the method of vacuum arc remelting of ingots, mainly titanium alloys, before the start of the main melting period of the consumable electrode (ingot of the first remelting), the optimal value of the arc gap is set within 10-60 mm and maintain it with an accuracy of ± 5 mm to the end the process of melting the consumable electrode by simultaneously measuring the voltage on the arc and increasing the pressure in the furnace and adjusting these values to the required values by changing the speed of movement of the ele electrode down, while the optimal value of the arc gap is determined for each value of the arc current.

Основным отличием предлагаемого способа по сравнению с прототипом является то, что по виду разряда дуги (появление анодных пятен и повышение давления в печи за счет интенсивного испарения) определяют верхний оптимальный предел дугового зазора (60 мм), что практически невозможно сделать по напряжению на дуге. Одновременное измерение напряжения на дуге и повышения давления в печи позволяет точно определить момент перехода на длинную дугу (дуговой зазор 70 - 160 мм). The main difference of the proposed method compared to the prototype is that by the type of arc discharge (the appearance of anode spots and the increase in pressure in the furnace due to intensive evaporation), the upper optimal limit of the arc gap (60 mm) is determined, which is almost impossible to do by the voltage on the arc. Simultaneous measurement of the arc voltage and the increase in pressure in the furnace allows you to accurately determine the moment of transition to a long arc (arc gap 70 - 160 mm).

При плавлении расходуемого электрода (слитка первого переплава) в основной период плавки при увеличении дугового зазора выше 60 мм явно наблюдаются броски по напряжению на дуге и повышение давления в печи, что связано с переходными процессами горения дуги - видом дугового разряда. Ход штока плавно увеличивают, опуская электрод вниз до уменьшения величины бросков напряжения и давления в печи. Зная зависимость напряжения дуги и давления в печи от дугового зазора для каждого значения силы тока дуги, можно довольно точно установить оптимальный дуговой зазор для каждой конкретной плавки. When the consumable electrode (ingot of the first remelting) is melted during the main melting period with an increase in the arc gap above 60 mm, voltage surges on the arc and an increase in pressure in the furnace are clearly observed, which is associated with transient processes of arc burning - an arc discharge type. The stroke of the rod is gradually increased by lowering the electrode down to reduce the surge voltage and pressure in the furnace. Knowing the dependence of the arc voltage and pressure in the furnace on the arc gap for each value of the arc current, it is possible to quite accurately establish the optimal arc gap for each specific melt.

Сущность предлагаемого способа вакуумного дугового переплава слитков поясняется графическими материалами, где приведены параметры плавления электрода:
1 - диаграмма записи напряжения на дуге;
2 - диаграмма записи повышения давления в печи. Здесь же показаны интервалы дугового зазора: А - капельные замыкания: Б - оптимальный дуговой зазор; В - верхний предел оптимального дугового зазора - изменение вида горения дуги (скачки по напряжению и давлению в печи): Г - нерациональный дуговой зазор (длинная дуга).The essence of the proposed method of vacuum arc remelting of ingots is illustrated by graphic materials, which show the melting parameters of the electrode:
1 is a diagram of recording voltage across an arc;
2 is a recording diagram of a pressure increase in a furnace. The intervals of the arc gap are also shown here: A - drip closures: B - optimal arc gap; B - the upper limit of the optimal arc gap - a change in the type of arc burning (jumps in voltage and pressure in the furnace): D - irrational arc gap (long arc).

Пример. Плавление слитка первого переплава (расходуемого электрода) осуществляли в вакуумной дуговой электрической печи ДТВ-8,7-Г10. Example. The ingot of the first remelting (consumable electrode) was melted in a DTV-8.7-G10 vacuum electric arc furnace.

На расходуемом электроде сплава Вт22 диаметром 705 мм длиной 2100 мм фрезой была изготовлена метка (продольная канавка длиной 120 мм) для фиксации начала выведения усадочной раковины (ВУР). Электрод загрузили в кристаллизатор диаметром 770 мм. После загрузки и центровки электрода произвели его приварку к электрододержателю (огарку). Печь вакуумировали, включили источник питания и установили ток дуги 5 кА и дуговой зазор 40 мм (длина дуги). Через 5 мин ток дуги увеличили до 9 кА и после наведения ванны жидкого металла на поддоне (15 мин) включили соленоид и плавно в течение 5 мин. увеличили ток до 11 кА (рабочий режим), после чего включили электропривод штока и опустили электрод вниз со скоростью 0,45 мм/мин, до величины дугового зазора 20 мм, оптимальной для данного значения силы тока дуги. Компьютер отображает модель плавки по усредненному значению напряжения на дуге: U₁ + U₂₊ . .. +U_n/n, где U₁, U₂...U_n мгновенные значения напряжения на дуге; n - количество замеров. Для дугового зазора 20 мм стационарный процесс плавки протекает при напряжении на дуге 26,01 В. В процессе плавки появился сигнал по напряжению (превышение среднего значения на Δ U = 1,0-2,5 В и повышение давления в печи на Δ P = 3-4 мм рт. ст.), оператор увеличил скорость перемещения электрода вниз до 0,75 мм/мин. Плавка стабилизировалась, сигнал исчез. Таким образом исключается плавка в режиме Г - нерациональный дуговой зазор - с затеканием жидкого металла в зазор между стенкой кристаллизатора и слитком. При появлении светящейся метки перешли к режиму ВУР. Дуговой зазор в этот период изменялся в пределах 15-20 мм. После окончания выведения усадочной раковины через 1 ч произвели измерение дугового зазора путем опускания штока с остатком электрода до короткого замыкания (6 мм). После остывания слитка (через 3 ч) печь вскрыли, произвели измерение остатка электрода (60 мм) и настылей (6-8 мм). Полученный слиток был хорошего качества, без затеков, выход годного увеличился на 0,5% за счет уменьшения литейных дефектов.On a consumable electrode of the W22 alloy with a diameter of 705 mm and a length of 2100 mm, a mark was made by a milling cutter (longitudinal groove 120 mm long) to fix the beginning of the removal of the shrink shell (VUR). The electrode was loaded into a mold with a diameter of 770 mm. After loading and centering the electrode, it was welded to the electrode holder (cinder). The furnace was evacuated, the power source was turned on, and the arc current was set to 5 kA and the arc gap was 40 mm (arc length). After 5 minutes, the arc current was increased to 9 kA, and after the molten metal bath was placed on the pan (15 minutes), the solenoid was turned on and smoothly for 5 minutes. increased the current to 11 kA (operating mode), after which the rod electric drive was turned on and the electrode was lowered down at a speed of 0.45 mm / min to an arc gap of 20 mm, optimal for a given value of the arc current. The computer displays the melting model by the average value of the arc voltage: U ₁ + U ₂₊ . .. + U _{n / n} , where U ₁ , U ₂ ... U _{n the} instantaneous voltage values on the arc; n is the number of measurements. For an arc gap of 20 mm, the stationary melting process proceeds at a voltage on the arc of 26.01 V. During the melting process, a voltage signal appeared (exceeding the average value by Δ U = 1.0-2.5 V and increasing the pressure in the furnace by Δ P = 3-4 mm Hg), the operator increased the speed of the electrode down to 0.75 mm / min. The fusion stabilized, the signal disappeared. This eliminates melting in mode D — an irrational arc gap — with liquid metal flowing into the gap between the mold wall and the ingot. When a luminous mark appears, they switched to the WUR mode. The arc gap during this period varied within 15–20 mm. After the removal of the shrinkage shell was completed, after 1 h, the arc gap was measured by lowering the rod with the remainder of the electrode to a short circuit (6 mm). After cooling the ingot (after 3 hours), the furnace was opened, the remaining electrode (60 mm) and nastilye (6-8 mm) were measured. The obtained ingot was of good quality, without streaks, yield increased by 0.5% due to the reduction of casting defects.

Предлагаемый способ вакуумного дугового переплава слитков по сравнению с известными позволяет проводить плавку с оптимальным дуговым зазором, фиксировать и исключать превышение верхней границы дугового зазора с помощью компьютера довольно точно (±5 мм), уменьшить образование литейных дефектов, исключить затекание жидкого металла между стенкой кристаллизатора и слитком и в целом повысить выход годного выплавляемых слитков. The proposed method of vacuum arc remelting of ingots in comparison with the known ones allows melting with an optimal arc gap, fixing and eliminating the excess of the upper boundary of the arc gap using a computer quite accurately (± 5 mm), reducing the formation of casting defects, eliminating the flow of liquid metal between the crystallizer wall and ingot and generally increase the yield of lost wax.

Claims

1. The method of vacuum arc remelting of ingots of predominantly titanium alloys, including preparing the consumable electrode (first remelting ingot) for melting, the initial melting period, the main melting period and the end of the melting process, characterized in that the optimal arc gap is set before the main melting period within 10-60 mm and maintain it with an accuracy of ± 5 mm until the end of the melting process of the consumable electrode by simultaneously measuring the voltage across the arc and increasing the pressure in the furnace and rektirovki these quantities necessary to change values of electrode displacement downward velocity.

2. The method according to claim 1, characterized in that the optimal value of the arc gap is determined for each value of the arc current.