RU2229528C2

RU2229528C2 - Method of production of ingots

Info

Publication number: RU2229528C2
Application number: RU2002119939/02A
Authority: RU
Inventors: В.В. Тетюхин (RU); В.В. Тетюхин; А.Е. Гончаров (RU); А.Е. Гончаров
Original assignee: ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-05-27
Also published as: RU2002119939A

Abstract

FIELD: special electrometallurgy. SUBSTANCE: the invention presents a method of production of ingots and is pertinent to special electrometallurgy, in particular to the vacuum arc remelting of the highly reactive metals and alloys and may be used for processing of a titanium chips. The method provides that melting of a consumable electrode is executed through an intermediate king-pot made of the same material, that a consumable electrode is made, and placed in the space of the melt chamber of the furnace. Smelting of the consumable electrode is conducted with a reverse polarity and acting on the electric arc by a revolving magnetic field. The invention allows to involve up to 100 % of the titanium chips in the process of remelting, and also to make purification of the molten metal from refractory particles. EFFECT: the invention allows to involve up to 100 % of the titanium chips in the process of remelting and to purify the molten metal from refractory particles. 1 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при получении слитков из титановых сплавов.The invention relates to the field of special electrometallurgy, namely to a vacuum arc remelting of highly reactive metals and alloys, and can be used to obtain ingots from titanium alloys.

Выбор технологической схемы получения слитков титановых сплавов зависит от их назначения и требований к качеству изготавливаемых из них полуфабрикатов. Для основной массы выплавляемых слитков главное требование - чистота металла от тугоплавких включений (вольфрама, карбида вольфрама и т.п.) и экономичность процесса получения слитков.The choice of the technological scheme for producing ingots of titanium alloys depends on their purpose and quality requirements for the semi-finished products made from them. For the bulk of the smelted ingots, the main requirement is the purity of the metal from refractory inclusions (tungsten, tungsten carbide, etc.) and the efficiency of the ingot production process.

Известен способ получения слитков титановых сплавов диаметром 650-950 мм, включающий изготовление расходуемого электрода из сыпучих компонентов и его вакуумный дуговой переплав при регулировании силы тока дуги и воздействии на зону плавления и кристаллизации магнитным полем (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов/Под ред. В.В. Добаткина. - М.: Металлургия, 1978, с.271-273, рис. 109) - прототип.A known method for producing ingots of titanium alloys with a diameter of 650-950 mm, including the manufacture of a consumable electrode from bulk components and its vacuum arc remelting when adjusting the arc current and the impact on the melting zone and crystallization by a magnetic field (Titanium alloys. Melting and casting of titanium alloys / Ed. VV Dobatkina. - M.: Metallurgy, 1978, p.271-273, Fig. 109) - prototype.

Основным недостатком известного способа является резкое увеличение вероятности попадания ненужных тугоплавких частиц (вольфрама, карбида вольфрама и т.п.) при кристаллизации в выплавляемый слиток, что приводит к браку и снижению выхода годного. Это объясняется тем, что плавление расходуемого электрода из сыпучих компонентов на больших токах дуги (до 25 кА) приводит к тому, что тугоплавкие частицы выплавляются из нижнего торца электрода и, не расплавляясь, погружаются на дно жидкой ванны кристаллизующегося слитка.The main disadvantage of this method is a sharp increase in the likelihood of the ingress of unnecessary refractory particles (tungsten, tungsten carbide, etc.) during crystallization in the smelted ingot, which leads to marriage and lower yield. This is explained by the fact that the melting of a consumable electrode from bulk components at high arc currents (up to 25 kA) leads to the fact that refractory particles are melted from the lower end of the electrode and, without melting, sink to the bottom of the liquid bath of the crystallizing ingot.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является очистка расплава от тугоплавких частиц с одновременным процентным увеличением объема вовлечения титановой стружки в переплав.The problem to which this invention is directed, is the cleaning of the melt from refractory particles with a simultaneous percentage increase in the volume of involvement of titanium shavings in remelting.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения слитков из титановых сплавов, включающем изготовление расходуемого электрода из сыпучих компонентов, преимущественно из стружки титановых сплавов, и его вакуумный дуговой переплав при регулировании силы тока электрической дуги и воздействии на зону плавления и кристаллизации магнитным полем, согласно изобретению плавление расходуемого электрода осуществляют через промежуточный тигель, изготовленный из того же материала, что и расходуемый электрод, и размещенный в пространстве плавильной камеры печи, при этом плавление расходуемого электрода ведут на обратной полярности, а на электрическую дугу воздействуют вращающимся магнитным полем. Кроме того, слив расплавленного металла из промежуточного тигля осуществляют через летку, изготовленную из графита.The problem is solved in that in the method for producing ingots from titanium alloys, including the manufacture of a consumable electrode from bulk components, mainly from shavings of titanium alloys, and its vacuum arc remelting when adjusting the current strength of the electric arc and affecting the melting and crystallization zone with a magnetic field, according to According to the invention, the consumable electrode is melted through an intermediate crucible made of the same material as the consumable electrode and placed in a space e melting furnace chamber, the melting of the consumable electrode lead to reverse polarity, and the arc rotating magnetic field influence. In addition, the discharge of molten metal from the intermediate crucible is carried out through a tap hole made of graphite.

Отличием предлагаемого способа по сравнению с известными является то, что очистка расплава и кристаллизация слитка разделены в пространстве плавильного агрегата (вакуумной дуговой печи) за счет применения промежуточного тигля из того же материала, что и расходуемый электрод. В промежуточном тигле происходит плавление электрода (частично расплавляется и сам тигель). Тугоплавкие частицы под действием гравитации опускаются вниз и оседают на дно тигля, а очищенный расплав сливается через летку вниз в изложницу (поддон с углублением), т.е. осуществляется одновременное плавление электрода, очистка расплава от тугоплавких частиц и кристаллизация слитка.The difference of the proposed method compared with the known ones is that the melt cleaning and crystallization of the ingot are separated in the space of the melting unit (vacuum arc furnace) due to the use of an intermediate crucible made of the same material as the consumable electrode. In the intermediate crucible, the electrode melts (the crucible itself is partially melted). Refractory particles under the influence of gravity fall down and settle to the bottom of the crucible, and the purified melt merges through the notch down into the mold (pan with a recess), i.e. simultaneous melting of the electrode, refining of the melt from refractory particles, and crystallization of the ingot are carried out.

Для регулирования объема ванны жидкого металла в промежуточном тигле и распределения тепловых потоков при плавлении электрода используют поперечное (горизонтальное) вращающееся магнитное поле со сменой полярности горения дуги (прямая, обратная). Это позволяет регулировать процесс литья, менять глубину расплава (ванны жидкого металла) и поддерживать требуемую толщину стенки тигля.To regulate the volume of the molten metal bath in the intermediate crucible and the distribution of heat fluxes when melting the electrode, a transverse (horizontal) rotating magnetic field is used with a change in the polarity of the arc burning (direct, reverse). This allows you to adjust the casting process, change the depth of the melt (molten metal bath) and maintain the required thickness of the crucible wall.

Применение графитовой летки, установленной в днище тигля, позволяет регулировать степень очистки расплава от тугоплавких частиц путем изменения диаметра отверстия летки и ее высоты (чем ближе к зеркалу расплава расположена летка, тем чище сливаемый металл).The use of a graphite notch installed in the bottom of the crucible allows you to adjust the degree of purification of the melt from refractory particles by changing the diameter of the notch opening and its height (the closer the notch is to the melt mirror, the cleaner the metal being drained).

Сущность предлагаемого способа получения слитков поясняется чертежом, на котором схематично изображена вакуумная дуговая печь (ВДП), которая содержит расходуемый электрод 1, собранный из брикетов 2, спрессованных из титановой стружки, приваренный к огарку 3 и штоку 4, с помощью которого он помещен в камеру 5 кристаллизатора 6. В кристаллизаторе 6 печи размещен также промежуточный тигель 7 и поддон (изложница) 8. При плавлении электрода 1 зажигают электрическую дугу 9, образуется ванна 10 жидкого металла 11, который стекает в изложницу 8, образуя слиток 12. Г - источник питания ВДП.The essence of the proposed method for producing ingots is illustrated in the drawing, which schematically depicts a vacuum arc furnace (VDP), which contains a consumable electrode 1, assembled from briquettes 2, pressed from titanium chips, welded to the cinder 3 and rod 4, with which it is placed in the chamber 5 of the mold 6. In the mold 6 of the furnace there is also an intermediate crucible 7 and a pan (mold) 8. When melting the electrode 1, an electric arc 9 is ignited, a bath 10 of molten metal 11 is formed, which flows into the mold 8, forming a current 12. D - VAR power source.

ПримерExample

Выплавку слитков осуществляли в вакуумной дуговой электропечи ВД-650. Переплавляли расходуемый электрод массой 1000 кг, диаметром 300 мм титанового сплава Вт 6, изготовленный из спрессованных из титановой стружки Вт 6 брикетов. Электрод грузили в кристаллизатор диаметром 500 мм, отцентровали и приварили к огарку со штоком. В кристаллизатор поместили промежуточный тигель из титанового сплава Вт 6 и изложницу. После вакуумирования объема печи до 3 Па включили источник питания дуги. Плавление электрода вели на обратной полярности (электрод - плюс; жидкий расплав - минус). На электрическую дугу воздействовали поперечным магнитным полем величиной 40 эрстед. Рабочий ток дуги составил 18 кА, дуговой зазор - 30 мм. Ванну жидкого металла навели в промежуточном тигле. При плавлении электрода в промежуточный тигель тугоплавкие частицы под действием сил гравитации опускаются вниз и “вмерзают” в дно тигля, происходит очистка (рафинирование) жидкого металла от тяжелых включений (карбида вольфрама, вольфрама и т.п.). В процессе плавления электрода уровень жидкой ванны поднимается до летки тигля, изготовленной из графита. Верхний торец летки расположен на 20 см ниже уровня промежуточного тигля, что исключает попадание тяжелых тугоплавких частиц в слиток. По окончании процесса плавления электрода источник питания печи отключили. Слиток охлаждали вместе с печью в течение 120 минут. Затем печь развакуумировали и достали слиток вместе с тиглем из печи. Полученный слиток использовали для дальнейшего его переплава в виде кусковых отходов.Smelting of the ingots was carried out in a vacuum arc furnace VD-650. The consumable electrode with a mass of 1000 kg and a diameter of 300 mm of a titanium alloy W 6 made of compacted from titanium shavings W 6 briquettes was remelted. The electrode was loaded into a mold with a diameter of 500 mm, centered and welded to a cinder with a rod. An intermediate crucible of titanium alloy W 6 and a mold were placed in the mold. After evacuation of the furnace volume to 3 Pa, the arc power source was turned on. The electrode was melted at the opposite polarity (electrode - plus; liquid melt - minus). An electric arc was affected by a transverse magnetic field of 40 Oersted. The arc current was 18 kA, and the arc gap was 30 mm. The molten metal bath was induced in an intermediate crucible. When the electrode is melted into an intermediate crucible, refractory particles fall down and “freeze” into the bottom of the crucible under the influence of gravitational forces, and heavy metals (tungsten carbide, tungsten carbide, etc.) are purified (refined). During the melting of the electrode, the level of the liquid bath rises to the notch of the crucible made of graphite. The upper end of the notch is located 20 cm below the level of the intermediate crucible, which eliminates the ingress of heavy refractory particles into the ingot. At the end of the melting process of the electrode, the furnace power source was turned off. The ingot was cooled with the furnace for 120 minutes. Then the furnace was evacuated and an ingot with a crucible was taken out of the furnace. The obtained ingot was used for its further remelting in the form of lumpy waste.

Предлагаемый способ получения слитков титановых сплавов позволяет вовлекать в процесс переплава до 100% титановой стружки, производить очистку расплавленного металла от тяжелых тугоплавких включений за счет использования промежуточного тигля.The proposed method for producing ingots of titanium alloys allows to involve up to 100% of titanium shavings into the remelting process, to purify molten metal from heavy refractory inclusions through the use of an intermediate crucible.

Claims

1. The method of producing ingots from titanium alloys, including the manufacture of a consumable electrode from bulk components, mainly from chips of titanium alloys, and its vacuum arc remelting when adjusting the current strength of the electric arc and the impact on the melting zone and crystallization by a magnetic field, characterized in that the melting of the consumable the electrode is carried out through an intermediate crucible made of the same material as the consumable electrode and placed in the space of the melting chamber of the furnace, in addition, The pressure consumable electrode lead on the reverse polarity and act on the arc rotating magnetic field.

2. The method according to claim 1, characterized in that the discharge of molten metal from the intermediate crucible is carried out through a tap hole made of graphite.