RU2386707C1

RU2386707C1 - Method of obtaining soliol ingots-electrodes

Info

Publication number: RU2386707C1
Application number: RU2008130580/02A
Authority: RU
Inventors: Владислав Валентинович Тетюхин (RU); Владислав Валентинович Тетюхин; Александр Валентинович Иванов (RU); Александр Валентинович Иванов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-04-20
Also published as: RU2008130580A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to electrometallurgy and can be used at vacuum arc remelting of ingots of high-melting and high reactivity metals and molten metals. Method of obtaining solid ingots-electrodes from high-melting and high-reactivity metals and molten metals involves the first remelting of extruded consumable electrode with formation of ingot-electrode consisting of cylindrical part and shank, intermediate remeltings of cast electrodes with further mechanical treatment of their shanks and the second remelting in vacuum arc furnace. At that, the first remelting of extruded electrode and formation of an ingot consisting of cylindrical part and conical shank at the bottom is performed in vacuum arc furnace with water-cooled crystalliser tank with a tray having a central conical cavity Initial melting stage is performed above the crystalliser tank tray by arcing in circular sector around central cavity in two steps. The first step is performed at 4÷10 kA during 15÷40 minutes, and the second step - at 10÷25 kA during 2÷10 minutes.

EFFECT: possible use of vacuum arc furnaces during production process of solid ingots-electrodes, increasing efficiency of vacuum arc furnaces owing to eliminating welding operations of electrode to stub end, as well as reducing labour input of mechanical treatment of reverse stub end.

1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при вакуумном дуговом переплаве слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов.The invention relates to electrometallurgy and can be used in vacuum arc remelting of ingots of refractory and highly reactive metals and alloys.

Известен способ получения слитков двойным переплавом, включающий приварку прессованного расходуемого электрода к переходнику или огарку, плавление электрода на медный поддон, выгрузку слитка, подготовку слитка первого переплава к следующему переплаву, приварку его к огарку, плавление на медный поддон, выгрузку слитка второго переплава (В.И.Добаткин и др. Слитки титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1966, с.51-52).A known method of producing ingots by double remelting, including welding a pressed consumable electrode to an adapter or a cinder, melting the electrode on a copper tray, unloading an ingot, preparing an ingot of the first remelting for the next remelting, welding it to a cinder, melting on a copper pallet, unloading an ingot of the second remelting (B .I.Dobatkin et al. Titanium alloy ingots. - M.: Metallurgy, 1966, p.51-52).

Недостатками способа являются наличие зоны приварки электрода, характеризующейся химической неоднородностью с основным металлом и являющейся источником загрязнений выплавляемого слитка, а также наличие натеков на боковых и торцевых поверхностях электрода, огарка, переходника во время плавления и скопление конденсата, корольков затвердевшего металла с образованием наростов.The disadvantages of the method are the presence of a welding zone of the electrode, characterized by chemical heterogeneity with the base metal and being a source of contamination of the smelted ingot, as well as the presence of sagging on the side and end surfaces of the electrode, cinder, adapter during melting and the accumulation of condensate, kings of the hardened metal with the formation of growths.

Известен способ получения слитков, включающий первый переплав прессованного расходуемого электрода и промежуточные переплавы литых электродов на оборотный огарок, состоящий из хвостовика и переходной части и установленный в поддоне кристаллизатора, с последующим переплавом финитного расходуемого электрода в слиток (Патент РФ №2213791, 2003 г.).A known method of producing ingots, including the first remelting of a pressed consumable electrode and intermediate remelting of cast electrodes on a cinder, consisting of a shank and a transitional part and installed in the mold tray, followed by remelting of a finite consumable electrode into an ingot (RF Patent No. 2213791, 2003) .

Недостатками способа являются значительная трудоемкость механической обработки при ступенчатой обточке оборотного огарка, а также сложность в подборе сплава заготовки огарка, монолитно сплавляемого с получаемым слитком-электродом.The disadvantages of the method are the significant complexity of machining during step turning of a cinder, as well as the difficulty in selecting the alloy of the cinder blank cast seamlessly with the resulting ingot electrode.

Известен способ получения слитков, включающий получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, состоящего из цилиндрической части и хвостовика (Патент РФ №2263721, 2003 г.) - прототип.A known method of producing ingots, including the receipt at the first remelting in the skull furnace of the melt and forming from it in the mold a cylindrical ingot electrode consisting of a cylindrical part and a shank (RF Patent No. 2263721, 2003) is a prototype.

Недостатком способа является невозможность использования его при переплаве электродов в вакуумных дуговых печах.The disadvantage of this method is the inability to use it when remelting the electrodes in vacuum arc furnaces.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа получения в кристаллизаторах вакуумных дуговых печей монолитных электродов с однородными по химическому составу и бездефектными хвостовиками на донной части.The problem to which the invention is directed, is to develop a method for producing monolithic electrodes with uniform in chemical composition and defect-free shanks on the bottom of the molds of vacuum arc furnaces.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является возможность использования в процессе получения монолитных слитков-электродов вакуумных дуговых печей, являющихся наиболее распространенным типом оборудования в производстве слитков из высокореакционных металлов и сплавов, повышение производительности вакуумных дуговых печей за счет исключения операций приварки электрода к огарку, а также уменьшение трудоемкости механической обработки оборотного огарка.The technical result achieved by the implementation of the invention is the possibility of using vacuum arc furnaces, which are the most common type of equipment in the production of ingots from highly reactive metals and alloys, in the process of producing monolithic ingots-electrodes, increasing the productivity of vacuum arc furnaces by eliminating the operation of welding the electrode to the cinder, as well as reducing the complexity of machining a reverse cinder.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения монолитных слитков-электродов из тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, включающем первый переплав прессованного расходуемого электрода с формированием слитка-электрода, состоящего из цилиндрической части и хвостовика, промежуточные переплавы литых электродов с последующей механической обработкой их хвостовиков и второй переплав в вакуумной дуговой печи, первый переплав прессованного электрода и формирование слитка, состоящего из цилиндрической части и конического хвостовика в донной части, производят в вакуумной дуговой печи с водоохлаждаемым кристаллизатором с поддоном, имеющим центральное коническое углубление. Начальную стадию расплавления электрода над поддоном кристаллизатора осуществляют горением дуги в кольцевом секторе вокруг центрального углубления в два этапа, причем первый этап проводят при токе 4÷10 кА в течение 15÷40 минут, а второй этап проводят при токе 10÷25 кА в течение 2÷10 минут.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of producing monolithic ingots-electrodes from refractory and highly reactive metals and alloys, including the first remelting of a pressed consumable electrode with the formation of an ingot-electrode consisting of a cylindrical part and a shank, intermediate remelting of cast electrodes with subsequent mechanical processing of them shanks and the second remelting in a vacuum arc furnace, the first remelting of the pressed electrode and the formation of an ingot consisting of cylindrical and a conical shank portion at the bottom, is produced in a vacuum arc furnace with a water-cooled mold with a tray having a central conical depression. The initial stage of electrode melting over the mold tray is carried out by burning an arc in the annular sector around the central recess in two stages, the first stage being carried out at a current of 4 ÷ 10 kA for 15 ÷ 40 minutes, and the second stage is carried out at a current of 10 ÷ 25 kA for 2 ÷ 10 minutes.

Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.

Способ применяют при выплавке слитков двойным и более переплавом. Первый переплав прессованного расходуемого электрода проводят в вакуумной дуговой печи, кристаллизатор которой имеет поддон с коническим углублением. Форма и размеры проектируемого конического углубления в поддоне должны быть достаточны для получения чистовых размеров державки хвостовика механической обработкой. Во избежание поджогов и подплавлений рабочей поверхности медного поддона электрической дугой и насыщения донной части выплавляемого слитка медью начальную стадию расплавления электрода над поддоном кристаллизатора осуществляют в два этапа. После возникновения электрической дуги проводят первый этап расплавления электрода при величине минимально устойчивого тока, которая составляет 4÷10 кА. С целью предварительного разогрева расходуемого электрода плавку на этой величине тока ведут в течение 15÷40 минут. Далее величину тока равномерно повышают и проводят второй этап плавки в интервале значений тока 10÷25 кА в течение 2÷10 минут для покрытия и защиты поверхности поддона расплавом. Затем плавку ведут в известном режиме. На первом и втором этапах начальной стадии дуга горит между поддоном и электродом в кольцевом секторе вокруг центрального углубления поддона, а с появлением первых порций расплава дуга перемещается непосредственно на расплав, перетекающий в углубление. После проведения первого переплава и выгрузки полученного литого электрода из печи проводят чистовую обточку державки его хвостовика механическим способом. При необходимости изготовления слитка тройным (или более) переплавом таким же образом проводят и второй (или промежуточный) переплав. Финишный переплав проводят в кристаллизатор, имеющий плоский поддон.The method is used in the smelting of ingots by double or more remelting. The first remelting of the pressed consumable electrode is carried out in a vacuum arc furnace, the mold of which has a pan with a conical recess. The shape and dimensions of the designed conical recess in the pallet should be sufficient to obtain the final dimensions of the shank holder by machining. In order to avoid arson and melting of the working surface of the copper tray with an electric arc and saturation of the bottom of the melted ingot with copper, the initial stage of melting of the electrode above the mold tray is carried out in two stages. After the occurrence of an electric arc, the first stage of electrode melting is carried out at a minimum stable current value of 4 ÷ 10 kA. In order to preheat the consumable electrode, melting at this current value is carried out for 15–40 minutes. Next, the current value is uniformly increased and the second stage of melting is carried out in the range of current values of 10 ÷ 25 kA for 2 ÷ 10 minutes to cover and protect the surface of the pallet with a melt. Then the melting is carried out in a known manner. In the first and second stages of the initial stage, the arc burns between the pallet and the electrode in the annular sector around the central recess of the pallet, and with the appearance of the first portions of the melt the arc moves directly to the melt flowing into the recess. After the first remelting and unloading of the obtained cast electrode from the furnace, the machining of the toolholder of its shank is finished. If it is necessary to manufacture an ingot with a triple (or more) remelting, the second (or intermediate) remelting is carried out in the same way. Finishing remelting is carried out in a mold having a flat pallet.

Плавление прессованного или литого расходуемого электрода на поддон кристаллизатора с коническим углублением позволяет получить монолитный слиток-электрод, состоящий из цилиндрической части и конического хвостовика в донной части слитка. Получение монолитного слитка-электрода обеспечивает отсутствие в расходуемом электроде дефектного металла сварной зоны и предотвращает загрязнение выплавляемого слитка посторонними неоднородными включениями.The melting of a pressed or cast sacrificial electrode onto a mold tray with a conical recess makes it possible to obtain a monolithic ingot electrode consisting of a cylindrical part and a conical shank in the bottom part of the ingot. The production of a monolithic ingot electrode ensures that there is no defective metal in the consumable electrode in the welded zone and prevents contamination of the smelted ingot with extraneous heterogeneous inclusions.

Способ поясняется чертежом, где показана начальная стадия расплавления расходуемого электрода 1 над центральным коническим углублением 2 поддона 3 в кристаллизаторе 4 с формированием хвостовой части 5 выплавляемого слитка-электрода 6.The method is illustrated in the drawing, which shows the initial stage of melting of the consumable electrode 1 above the central conical recess 2 of the pallet 3 in the mold 4 with the formation of the tail portion 5 of the investment casting electrode 6.

Промышленную применимость предлагаемого способа подтверждает следующий пример конкретного выполнения изобретения.The industrial applicability of the proposed method is confirmed by the following example of a specific implementation of the invention.

Пример. Предложенный способ был опробован при выплавке слитков двойного переплава из сплава 6A14V в вакуумной дуговой печи ДТВ 8,7 - 10. Первый переплав прессованных электродов производили в кристаллизаторе диаметром 690 мм. С возникновением дуги на начальной стадии нагрева производили расплавление электрода над поддоном кристаллизатора в течение 20 минут при токе 5-7 кА, а затем ток повысили до 25 кА и вели плавку в течение 2 минут, после чего продолжали плавку по известной технологии. В результате выплавки получили слиток-электрод диаметром 672 мм, массой 4 тонны и с конусным выступом по форме хвостовой части огарка на донной части. Полученный слиток-электрод установили на токарный станок и произвели чистовую обработку державки хвостовой части. Далее слиток-электрод закрепили на электрододержателе печи для второго финишного переплава, произвели плавку в кристаллизаторе диаметром 770 мм. Плавка шла в нормальном режиме, отклонений не зафиксировано. Полученный слиток был механический обработан на диаметр 740 мм и проконтролирован методом ультразвукового контроля. В процессе ультразвукового контроля слитка дефектов не выявлено. Качество полученных слитков и изготовленных из них полуфабрикатов полностью удовлетворяет требованиям действующих технических условий.Example. The proposed method was tested during the smelting of double remelting ingots from 6A14V alloy in a DTV 8.7 - 10 vacuum arc furnace. The first remelting of the pressed electrodes was carried out in a mold with a diameter of 690 mm. With the appearance of an arc at the initial stage of heating, the electrode was melted over the mold tray for 20 minutes at a current of 5-7 kA, and then the current was increased to 25 kA and melted for 2 minutes, after which melting was continued using the known technology. As a result of smelting, we obtained an ingot electrode with a diameter of 672 mm, a mass of 4 tons, and with a conical protrusion in the shape of the tail of the cinder on the bottom. The obtained ingot electrode was mounted on a lathe and the tail piece holder was finished. Next, the ingot electrode was fixed on the electrode holder of the furnace for the second finishing remelting, and melting was performed in a mold with a diameter of 770 mm. Melting was in normal mode, no deviations were recorded. The obtained ingot was machined to a diameter of 740 mm and controlled by ultrasonic testing. During the ultrasonic inspection of the ingot, no defects were detected. The quality of the obtained ingots and semi-finished products made from them fully meets the requirements of the current technical conditions.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным, обеспечивает возможность использования вакуумных дуговых печей в производстве монолитных слитков-электродов, позволяет исключить трудоемкие операции приварки огарка и уменьшить трудоемкость механической обработки оборотного огарка.Thus, the proposed method, in comparison with the known one, provides the possibility of using vacuum arc furnaces in the production of monolithic ingots-electrodes, eliminates the labor-consuming operations of welding the cinder, and reduces the complexity of the mechanical processing of the cinder.

Claims

A method of producing monolithic ingot electrodes from refractory and highly reactive metals and alloys, comprising a first remelting of a pressed consumable electrode with the formation of an ingot electrode consisting of a cylindrical part and a shank, intermediate remelting of cast electrodes with subsequent mechanical processing of their shanks and a second remelting in a vacuum arc furnace characterized in that the first remelting of the pressed electrode and the formation of an ingot consisting of a cylindrical part and a tapered shank in the part, is produced in a vacuum arc furnace with a water-cooled mold with a pan having a central conical recess, while the initial stage of melting over the mold pan is carried out by burning the arc in the annular sector around the central recess in two stages, the first stage being carried out at a current of 4 ÷ 10 kA during 15 ÷ 40 minutes, and the second stage is carried out at a current of 10 ÷ 25 kA for 2 ÷ 10 minutes