RU2167949C1 - Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting - Google Patents

Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting Download PDF

Info

Publication number
RU2167949C1
RU2167949C1 RU2000115200A RU2000115200A RU2167949C1 RU 2167949 C1 RU2167949 C1 RU 2167949C1 RU 2000115200 A RU2000115200 A RU 2000115200A RU 2000115200 A RU2000115200 A RU 2000115200A RU 2167949 C1 RU2167949 C1 RU 2167949C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
chromium
mixture
crucible
consumable electrode
Prior art date
Application number
RU2000115200A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Дробышев
В.С. Зурабов
А.А. Дубиков
Г.П. Ведерников
А.Б. Золотарев
М.М. Потапенко
В.И. Панцырный
Ю.И. Чистов
В.М. Чернов
А.К. Шиков
Original Assignee
Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара filed Critical Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара
Priority to RU2000115200A priority Critical patent/RU2167949C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2167949C1 publication Critical patent/RU2167949C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: special electric metallurgy; applicable in production of high-grade ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium promising for use in thermonuclear power by vacuum arc skull melting. SUBSTANCE: method includes fusing of consumable vanadium electrode into crucible with skull from corresponding alloy and charging of mixture of titanium and chromium without special preparation onto bottom of said crucible. In so doing, mixture of titanium and chromium is melted without alloying of consumable electrode during time determined by relationship 1.46•10-3 m/q ≅t≅ 1.58 10-3 m/q with 0.05 ≅q≅ 0.2, where t is time of full melting of mixture from titanium and chromium without alloying of consumable electrode, s; q is specific power of arc during melting of mixture of titanium and chromium, kW/sq. cm of crucible bottom area; m is weight of mixture of titanium and chromium, g; then arc power is raised to its working value and consumable electrode is fused into crucible. The invention allows to reduce labor input by a factor of 1..2 due to exclusion of processes of manufacturing consumable electrode from mixture of materials or their compaction. EFFECT: higher efficiency. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения высококачественных слитков из сплавов на основе ванадия, содержащих не более 20 мас.% титана и хрома при соотношении их содержаний:
0,5 ≅ CTi/Ccr ≅ 6
где CTi, CCr - содержание Ti, Cr, мас.%.The invention relates to the field of special electrometallurgy and can be used to produce high-quality ingots from vanadium-based alloys containing not more than 20 wt.% Titanium and chromium with a ratio of their contents:
0.5 ≅ C Ti / Ccr ≅ 6
where C Ti , C Cr is the content of Ti, Cr, wt.%.

перспективных для использования в термоядерной энергетике путем вакуумной дуговой гарнисажной плавки (ВДГП). promising for use in thermonuclear energy by means of a vacuum arc skull melting (VDGP).

Известен способ получения сплавов на основе ванадия с титаном и хромом путем не менее чем двухкратного вакуумного дугового переплава [1], при котором расходуемый электрод для первого переплава изготавливают брикетированием гранулированного ванадия или превращенного в стружку ванадиевого слитка с добавлением в брикет легирующих добавок. A known method of producing vanadium-based alloys with titanium and chromium by at least two-fold vacuum arc remelting [1], in which a consumable electrode for the first remelting is made by briquetting granular vanadium or a vanadium ingot transformed into chips with the addition of alloying additives to the briquette.

Недостатком данного способа является необходимость изготовления расходуемого электрода первого переплава и проведение не менее чем 2-кратного вакуумного дугового переплава, что существенно снижает технико-экономические показатели процесса. Кроме того, вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода в глуходонный кристаллизатор, при котором в жидком состоянии одновременно находится только часть переплавляемого металла, характеризуется недостаточной однородностью по химическому составу по длине слитка. The disadvantage of this method is the need to manufacture a consumable electrode of the first remelting and conducting at least 2-fold vacuum arc remelting, which significantly reduces the technical and economic indicators of the process. In addition, a vacuum arc remelting of a consumable electrode into a deep-sea mold, in which only part of the remelted metal is simultaneously in a liquid state, is characterized by insufficient uniformity in chemical composition along the length of the ingot.

Известен способ получения однородных по химическому составу слитков из сплавов на основе тугоплавких металлов [2] путем ВДГП, при котором в качестве шихты используют расходуемые электроды и кусковую шихту, причем расходуемыми электродами служат слитки, изготавливаемые однократным вакуумным дуговым переплавом в глуходонный кристаллизатор прессованных электродов с добавлением легирующих элементов, а кусковая шихта представляет собой отходы производства соответствующих сплавов. A known method of producing uniform in chemical composition ingots from alloys based on refractory metals [2] by VDGP, in which consumable electrodes and lump charge are used as a charge, and consumable electrodes are ingots made by a single vacuum arc remelting in a deep-metal mold of pressed electrodes with the addition of alloying elements, and a lump charge is a waste product of the corresponding alloys.

Недостатком данного способа являются значительные трудозатраты, связанные с необходимостью изготовления расходуемых электродов и отбором отходов, дальнейшее использование которых при выплавке сплавов особо ответственного назначения строго ограничено. The disadvantage of this method is the significant labor costs associated with the need for the manufacture of consumable electrodes and the selection of waste, the further use of which in the smelting of alloys for especially critical purposes is strictly limited.

Известен способ ВДГП сплавов [3], при котором расходуемый электрод формируется из шихтовых материалов с помощью компактирования и сварки. A known method of VDGP alloys [3], in which a consumable electrode is formed from charge materials using compaction and welding.

Недостатком данного способа является повышенная трудоемкость, связанная с необходимостью изготовления расходуемого электрода. The disadvantage of this method is the increased complexity associated with the need to manufacture a consumable electrode.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ВДГП ГРЭ (гарнисаж - расходуемый электрод) [4], при котором расходуемым электродом является гарнисаж от предыдущей плавки, а шихту в виде прессованных брикетов, компактированной стружки и кусковых отходов загружают на водоохлаждаемое дно медного тигля, при этом не требуется специального приготовления расходуемого электрода. The closest technical solution, selected as a prototype, is the method of VDGP GRE (skull - consumable electrode) [4], in which the consumable electrode is the skull from the previous melting, and the mixture in the form of pressed briquettes, compacted shavings and lumpy waste is loaded onto a water-cooled bottom a copper crucible, and no special preparation of a consumable electrode is required.

Недостатком данного способа является необходимость использования шихты в виде прессованных брикетов, при котором требуется наличие специального оборудования и увеличиваются трудозатраты. The disadvantage of this method is the need to use a mixture in the form of pressed briquettes, which requires the presence of special equipment and increases labor costs.

Размещение же шихты в некомпактированном виде непосредственно на водоохлаждаемом дне тигля приводит к неполному ее расплавлению и усвоению расплавом и, как следствие, к браку по химическому составу. Placing the charge in an uncompacted form directly on the water-cooled bottom of the crucible leads to its incomplete melting and assimilation by the melt and, as a consequence, to marriage by chemical composition.

Задачей, решаемой с помощью данного изобретения, является получение высококачественных слитков сплавов ванадия с титаном и хромом, исключающее необходимость формирования расходуемого электрода из шихтовых материалов или их компактирования и обеспечивающее снижение трудозатрат в 1,22 раза. The problem solved by this invention is to obtain high-quality ingots of vanadium alloys with titanium and chromium, eliminating the need to form a consumable electrode from charge materials or compacting them and ensuring a reduction of labor costs by 1.22 times.

Решение поставленной задачи достигают тем, что проводят ВДГП сплавов ванадия с титаном и хромом при их содержании не более 20 мас.% и соотношении 0,5-6, включающий присоединение расходуемого электрода к механизму перемещения электрода, загрузку шихты, состоящей из титана и хрома в медный водоохлаждаемый тигель, сплавление расходуемого электрода в тигель с последующей разливкой в изложницу, при котором в качестве расходуемого электрода используют слиток ванадия, а шихту из титана и хрома укладывают на дно находящегося в тигле гарнисажа из соответствующего сплава, после чего зажигают дугу и производят полное расплавление шихты из титана и хрома в течение времени, определяемого соотношением:

Figure 00000001

при 0,05 ≅ q ≅ 0,2
где t - время полного расплавления шихты из титана и хрома без сплавления расходуемого электрода, с,
q - удельная мощность дуги в период расплавления шихты из титана и хрома, кВт/см2 площади дна тигля,
m - масса шихты из титана и хрома, г,
после чего поднимают удельную мощность дуги до рабочего значения и сплавляют расходуемый электрод в тигель.The solution to this problem is achieved by conducting VDGP of vanadium alloys with titanium and chromium with a content of not more than 20 wt.% And a ratio of 0.5-6, including attaching a consumable electrode to the electrode moving mechanism, loading a charge consisting of titanium and chromium into copper water-cooled crucible, fusion of a consumable electrode into a crucible, followed by casting into a mold, in which a vanadium ingot is used as a consumable electrode, and a mixture of titanium and chromium is laid on the bottom of the skull in the crucible made of of the corresponding alloy, after which the arc is ignited and the mixture is completely melted of titanium and chromium for a time determined by the ratio:
Figure 00000001

at 0.05 ≅ q ≅ 0.2
where t is the time of complete melting of the charge of titanium and chromium without fusion of the consumable electrode, s,
q is the specific power of the arc during the melting of a mixture of titanium and chromium, kW / cm 2 the bottom area of the crucible,
m is the mass of a mixture of titanium and chromium, g,
then raise the specific power of the arc to the operating value and fuse the consumable electrode into a crucible.

Выбор удельной мощности дуги (q) в период расплавления шихты из титана и хрома в интервале 0,05 ≅ q ≅ 0,2 обусловлен тем, что на основании экспериментов, проведенных заявителем, установлено, что при q > 0,2 кВт/см2 площади дна тигля начинается сплавление расходуемого электрода еще до полного расплавления шихты из титана и хрома, что повышает температуру ее плавления и уровень расплава в тигле, снижающие усвояемость титана и хрома и количество сливаемого расплава. При значениях q < 0,05 кВт/см2 площади дна тигля шихту из титана и хрома расплавить полностью не удается даже при длительной выдержке.The choice of the specific power of the arc (q) during the melting of a mixture of titanium and chromium in the range of 0.05 ≅ q ≅ 0.2 is due to the fact that on the basis of experiments conducted by the applicant, it was found that for q> 0.2 kW / cm 2 the area of the bottom of the crucible, fusion of the consumable electrode begins even before the charge is completely melted from titanium and chromium, which increases its melting temperature and the level of the melt in the crucible, which reduce the digestibility of titanium and chromium and the amount of melt to be drained. At values q <0.05 kW / cm 2 of the bottom area of the crucible, the mixture of titanium and chromium cannot be completely melted even with prolonged exposure.

Результаты экспериментов по ВДГП сплава ванадия, содержащего 4±0,5% Cr и 9±1% Ti, приведенные в таблице 1, показывают, что при времени расплавления шихты из Ti и Cr:
t < 1,46•10-3 m/q
не происходит ее полного расплавления, что, как следствие, приводит к браку по химическому составу, а при:
t > 1,58•10-3 m/q
начинается сплавление расходуемого электрода при малой мощности, что снижает коэффициент слива расплава К, равного отношению суммарной массы расходуемого электрода и шихты к массе слитка.The results of experiments on the HPHG of a vanadium alloy containing 4 ± 0.5% Cr and 9 ± 1% Ti, shown in table 1, show that when the mixture of Ti and Cr is melted:
t <1.46 • 10 -3 m / q
its complete melting does not occur, which, as a result, leads to a defect in chemical composition, and when:
t> 1,58 • 10 -3 m / q
fusion of the consumable electrode begins at low power, which reduces the melt discharge coefficient K, which is equal to the ratio of the total mass of the consumable electrode and charge to the mass of the ingot.

Помещение же шихты из титана и хрома непосредственно на водоохлаждаемое дно тигля приводит к неполному ее расплавлению и браку по химическому составу. The placement of a mixture of titanium and chromium directly on the water-cooled bottom of the crucible leads to its incomplete melting and marriage in chemical composition.

Примером осуществления предлагаемого способа является получение сплава V-Ti-4±0,5% - Cr-4±0,5% способом ВДГП в печи 1 ДРВГ 0,25 ПЦ, при котором в качестве расходуемого электрода использовали слиток ванадия диаметром 16 см массой 50 кг, а шихту из прутков титана диаметром 5 см массой 2,8 кг и чешуйчатого электролитического хрома массой 2,8 кг помещали на дно находящегося в тигле гарнисажа из данного сплава диаметром дна 26 см, после чего зажигали дугу и осуществляли полное расплавление титана и хрома в течение времени t = 120 с при q = 0,07 кВт/см2 площади дна тигля. Затем поднимали удельную мощность до 0,85 кВт/см2 площади дна тигля, сплавляли расходуемый ванадиевый электрод и сливали накопленный в тигле расплав в изложницу при отключенной дуге. В результате получен слиток массой 37,3 кг (после отрезки головной части, содержащей усадочную раковину массой 15,5 кг). Слиток анализировали на содержание легирующих компонентов, отбирая пробы от верхней, средней и нижней его части.An example of the implementation of the proposed method is to obtain the alloy V-Ti-4 ± 0.5% - Cr-4 ± 0.5% by the VDGP method in the furnace 1 DRVG 0.25 PCs, in which a vanadium ingot with a diameter of 16 cm by mass was used as a consumable electrode 50 kg, and a mixture of rods of titanium with a diameter of 5 cm and a mass of 2.8 kg and flake electrolytic chromium weighing 2.8 kg was placed at the bottom of a skull made of this alloy in a crucible with a bottom diameter of 26 cm, after which the arc was ignited and titanium was completely melted and chromium for a time t = 120 s at q = 0.07 kW / cm 2 bottom area of the crucible . Then the specific power was raised to 0.85 kW / cm 2 of the crucible bottom area, the consumable vanadium electrode was fused and the melt accumulated in the crucible was poured into the mold with the arc switched off. The result is an ingot weighing 37.3 kg (after pieces of the head containing a shrink shell weighing 15.5 kg). The ingot was analyzed for the content of alloying components, taking samples from its upper, middle and lower parts.

Результаты химического анализа, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о решении поставленной задачи - создании способа получения высококачественных слитков из сплавов на основе ванадия с содержанием не более 20% титана и хрома вакуумной дуговой гарнисажной плавкой при снижении трудозатрат, связанных с подготовкой шихтовых материалов, в 1,22 раза. The results of the chemical analysis, shown in Table 2, indicate the solution of the problem - the creation of a method for producing high-quality ingots from vanadium-based alloys with a content of not more than 20% titanium and chromium by vacuum arc skull melting while reducing labor costs associated with the preparation of charge materials, in 1 , 22 times.

Предложенный способ может быть применен в промышленном производстве изделий из сплавов на основе ванадия с титаном и хромом для нужд термоядерной энергетики. The proposed method can be applied in the industrial production of products from alloys based on vanadium with titanium and chromium for the needs of thermonuclear energy.

Источники информации
1. R.W. Buckman "Consolidation and fabrication of vanadium and vanadium base alloys". International Metals Reviews, 1980, N 4, p. 159.Sources of information
1. RW Buckman "Consolidation and fabrication of vanadium and vanadium base alloys". International Metals Reviews, 1980, N 4, p. 159.

2. Е.Л. Бибиков, С.Г. Глазунов, А.А. Неуструев и др. "Титановые сплавы. Производство фасонных отливок из титановых сплавов". М., "Металлургия", 1983, с.90. 2. E.L. Bibikov S.G. Glazunov, A.A. Neustruev et al. "Titanium alloys. Production of shaped castings from titanium alloys". M., "Metallurgy", 1983, p.90.

3. А. А. Неуструев, Г.Л. Ходорковский "Вакуумные гарнисажные печи". М., "Металлургия", 1967, с. 38. 3. A. A. Neustruev, G.L. Khodorkovsky "Vacuum Skull Ovens". M., "Metallurgy", 1967, p. 38.

4. "Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов"./ Под ред. В.И. Добаткина, М., "Металлургия", 1978, с. 312 - прототип. 4. "Titanium alloys. Melting and casting of titanium alloys." / Ed. IN AND. Dobatkina, M., Metallurgy, 1978, p. 312 is a prototype.

Claims (1)

Способ получения слитков из сплавов на основе ванадия с титаном и хромом вакуумной дуговой гарнисажной плавкой, содержащих не более 20 мас.% титана и хрома в соотношении 0,5-6, включающий присоединение расходуемого электрода к механизму перемещения электрода, загрузку шихты, состоящей из титана и хрома в медный водоохлаждаемый тигель, сплавление расходуемого электрода в тигель с последующей разливкой в изложницу, отличающийся тем, что в качестве расходуемого электрода используют слиток ванадия, а шихту загружают на дно находящегося в тигле гарнисажа из соответствующего сплава, зажигают дугу и проводят полное расплавление шихты в течение времени, определяемого соотношением
Figure 00000002

при 0,05 ≅ q ≅ 0,2,
где t - время полного расплавления шихты из титана и хрома без сплавления расходуемого электрода, с;
q - удельная мощность дуги в период расплавления шихты из титана и хрома, кВт/см2 площади дна тигля;
m - масса шихты из титана и хрома, г,
после чего поднимают удельную мощность дуги до рабочего значения и сплавляют расходуемый электрод в тигельA method of producing ingots from vanadium-based alloys with titanium and chromium by vacuum arc skull melting containing no more than 20 wt.% Titanium and chromium in a ratio of 0.5-6, comprising attaching a sacrificial electrode to the electrode moving mechanism, loading a charge consisting of titanium and chromium into a copper water-cooled crucible, fusion of the consumable electrode into the crucible, followed by casting into the mold, characterized in that a vanadium ingot is used as the consumable electrode, and the charge is loaded to the bottom of the crucible of the skull of the corresponding alloy, ignite the arc and conduct a complete melting of the charge over a period of time determined by the ratio
Figure 00000002

at 0.05 ≅ q ≅ 0.2,
where t is the time of complete melting of the mixture of titanium and chromium without fusion of the consumable electrode, s;
q is the specific power of the arc during the melting of a mixture of titanium and chromium, kW / cm 2 the bottom area of the crucible;
m is the mass of the mixture of titanium and chromium, g,
then raise the specific power of the arc to the operating value and fuse the consumable electrode into a crucible
RU2000115200A 2000-06-13 2000-06-13 Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting RU2167949C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000115200A RU2167949C1 (en) 2000-06-13 2000-06-13 Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000115200A RU2167949C1 (en) 2000-06-13 2000-06-13 Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2167949C1 true RU2167949C1 (en) 2001-05-27

Family

ID=20236117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000115200A RU2167949C1 (en) 2000-06-13 2000-06-13 Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2167949C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691445C1 (en) * 2017-12-25 2019-06-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) METHOD OF PRODUCING ALLOY BASED ON VANADIUM WITH ADDITION OF Ti AND Cr IN VACUUM ARC FURNACE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НЕУСТРОЕВ А.А. и др. Вакуумные гарнисажные печи. - М.: Металлургия, 1967, с.38-63. *
Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. / Под ред. В.И.Добаткина. - М.: Металлургия, 1978, с.312. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691445C1 (en) * 2017-12-25 2019-06-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) METHOD OF PRODUCING ALLOY BASED ON VANADIUM WITH ADDITION OF Ti AND Cr IN VACUUM ARC FURNACE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105886807B (en) A kind of high-strength wear-resistant alloy Cu 15Ni 8Sn preparation method
CN100410400C (en) Method for preparation of aluminum scandium alloy by alumino-thermic reduction method
US5196048A (en) Process for preparing a vanadium-nickel-chromium master alloy
CN1126766A (en) Production process of ferro-titanium alloy
CN101851706A (en) Method for removing inclusions from copper and chrome alloy by vacuum melting
WO2019160439A1 (en) Method for producing ingots from zirconium alloys based on magnesium-thermic sponge
US4164420A (en) Master alloy for the preparation of zirconium alloys
RU2167949C1 (en) Method of producing ingots from alloys based on vanadium with titanium and chromium vacuum arc skull melting
CA2127121C (en) Master alloys for beta 21s titanium-based alloys and method of making same
CN111455279A (en) Iron-aluminum alloy and preparation method thereof
JPH04158955A (en) Production of ti alloy ingot containing al
CN104498770B (en) A kind of WSTi2815SC Burn-Resistant Titanium Alloys and preparation method thereof
CN109487091B (en) Electroslag remelting arc striking agent and preparation method thereof
CN102921928B (en) A kind of method of titanium sponge production titanium or titanium alloy casting
JPS58133338A (en) Method for melting titanium group metal or alloy thereof
CN1160475C (en) Processing method for smelting nickel based alloy by arc furnace
US4177059A (en) Production of yttrium
RU2796507C1 (en) Method for obtaining zirconium-niobium alloy
RU2302475C2 (en) Method of production of ingots on base of refractory metals by vacuum autocrucible arc melting
EP0651682A1 (en) Nickel alloy for hydrogen battery electrodes
CN110157920A (en) A kind of method of smelting of big specification pure nickel ingot casting
WO2023239254A1 (en) Method for producing a zirconium-niobium master alloy
RU2770807C1 (en) Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys
CN115094272B (en) Zirconium-nickel-copper-aluminum-tantalum intermediate alloy and preparation method thereof
RU2061949C1 (en) Process of preparation of samples of placer and cathode gold