RU2413016C1 - Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting - Google Patents
Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413016C1 RU2413016C1 RU2009123712/02A RU2009123712A RU2413016C1 RU 2413016 C1 RU2413016 C1 RU 2413016C1 RU 2009123712/02 A RU2009123712/02 A RU 2009123712/02A RU 2009123712 A RU2009123712 A RU 2009123712A RU 2413016 C1 RU2413016 C1 RU 2413016C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- metal
- slag
- mold
- mandrel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности к специальным процессам электроплавки.The invention relates to the field of electrometallurgy, in particular to special processes of electric melting.
Известен способ электрошлакового переплава, в котором переплаву подвергают одновременно несколько расходуемых электродов, расположенных вокруг охлаждаемого дорна [Электрошлаковый переплав / Клюев М.М., Волков С.Е. - М.: Издательство «Металлургия», 1984, 208 с., С.21].There is a method of electroslag remelting, in which several consumable electrodes located around a cooled mandrel are remelted [Electroslag remelting / Klyuev MM, Volkov S.E. - M .: Publishing house "Metallurgy", 1984, 208 p., S.21].
Недостатком этого способа является то, что одновременное использование нескольких электродов снижает коэффициент заполнения кристаллизатора, что существенно снижает тепловую эффективность процесса, т.е. увеличивает потери тепла.The disadvantage of this method is that the simultaneous use of several electrodes reduces the fill factor of the mold, which significantly reduces the thermal efficiency of the process, i.e. increases heat loss.
В качестве ближайшего аналога выбран способ получения полой заготовки методом электрошлаковой прошивки.As the closest analogue, the method of obtaining a hollow billet by the method of electroslag firmware was selected.
Способ представляет собой электрошлаковый переплав в водоохлаждаемый кристаллизатор расходуемого электрода с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне [Электрошлаковый переплав / Клюев М.М., Волков С.Е. - М.: Издательство «Металлургия», 1984, 208 с., С.22].The method is electroslag remelting in a water-cooled mold consumable electrode with the simultaneous supply of a stitching mandrel through an opening in the pallet [Electroslag remelting / Klyuev MM, Volkov S.E. - M .: Publishing house "Metallurgy", 1984, 208 S., S. 22].
Недостатком данного способа является то, что доставка капель электродного металла в шлаковую, а затем и жидкометаллическую ванны производится по оси слитка, а следовательно, и дорна, при этом по условиям процесса поверхность дорна выступает над поверхностью шлаковой ванны, т.е. в процессе переплава дорн подвергается непрерывному истирающему и тепловому воздействию падающих капель жидкого металла. Это приводит к раннему выходу дорна из строя, засорению и загрязнению металла и шлака частицами материала дорна.The disadvantage of this method is that the droplets of electrode metal are delivered to the slag, and then the liquid metal bath, along the axis of the ingot, and hence the mandrel, and according to the process conditions, the mandrel surface protrudes above the surface of the slag bath, i.e. during remelting, the mandrel is subjected to continuous abrasion and thermal effects of falling drops of liquid metal. This leads to an early failure of the mandrel, clogging and contamination of the metal and slag by particles of the mandrel material.
Задачей изобретения является повышение качества получаемых слитков за счет исключения попадания в металл неметаллических частиц и уменьшение износа прошивающего дорна.The objective of the invention is to improve the quality of the obtained ingots by eliminating the ingress of non-metallic particles into the metal and reducing the wear of the piercing mandrel.
Указанная задача решается тем, что в способе получения полого слитка электрошлаковым переплавом, включающем вертикальную наплавку в водохлаждаемый кристаллизатор расходуемого электрода с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне, согласно изобретению расходуемый электрод на протяжении всего процесса переплава вращают вокруг своей оси со скоростью, обеспечивающей доставку капель электродного металла по радиальной траектории на периферию шлаковой и жидкометаллической ванн за пределы подэлектродной зоны и определяемой из соотношения:This problem is solved by the fact that in the method for producing a hollow ingot by electroslag remelting, comprising vertical surfacing in a water-cooled mold of a consumable electrode with simultaneous supply of a stitching mandrel through an opening in a pallet, according to the invention, the consumable electrode is rotated around its axis at a speed that ensures delivery drops of electrode metal along a radial path to the periphery of the slag and liquid metal baths outside the sub-electrode zone and predelyaemoy from the relation:
где D1 - минимальный диаметр кристаллизатора для данного диаметра используемого электрода, мм;where D 1 is the minimum diameter of the mold for a given diameter of the electrode used, mm;
D2 - диаметр кристаллизатора, мм;D 2 - the diameter of the mold, mm;
g - ускорение силы тяжести, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;
σмe-ш - межфазное натяжение на границе раздела металл-шлак, Дж/м2;σ me – w is the interfacial tension at the metal-slag interface, J / m 2 ;
Δρ - разность плотностей металла и шлака, кг/м3;Δρ is the density difference between metal and slag, kg / m 3 ;
r - радиус электрода, м.r is the radius of the electrode, m
Технический результат изобретения заключается в обеспечении доставки капель электродного металла в процессе получения полого слитка методом электрошлакового переплава на периферию жидкометаллической ванны и исключение их попадания на прошивающий дорн за счет вращения расходуемого электрода на протяжении процесса переплава.The technical result of the invention is to ensure the delivery of drops of electrode metal in the process of obtaining a hollow ingot by the method of electroslag remelting to the periphery of the liquid metal bath and preventing them from entering the piercing mandrel due to the rotation of the consumable electrode during the remelting process.
При вращении расходуемого электрода на пленку жидкого металла на его торце помимо гравитационных сил будет действовать центробежная сила, которая обуславливает формирование капель жидкого металла ближе к боковой поверхности электрода и более эффективный (принудительный) съем жидкого металла [И.В.Чуманов, В.И.Чуманов. Технология электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода // Металлург. 2001. №3. С.40-41]. Возникающие при вращении электрода центробежные силы обеспечивают радиальное течение жидкого металла на оплавляемой поверхности расходуемого электрода. При достижении скорости вращения расходуемого электрода n, определенной по приведенной выше формуле, съем капель жидкого металла с его торца будет происходить под действием центробежных сил, в результате чего при отрыве от электрода капли металла движутся не по линейной, а по радиальной траектории и доставляются в шлаковую, а затем и жидкометаллическую ванны не в подэлектродной зоне, а ближе к стенкам кристаллизатора, т.е. исключается попадание капель металла на поверхность дорна. По приведенной формуле рассчитывается необходимая скорость вращения электрода для случая переплава электрода известного диаметра с минимальным для данного электрода диаметром кристаллизатора. При увеличении диаметра кристаллизатора (с сохранением диаметра электрода) следует увеличить скорость вращения электрода с целью обеспечения доставки капель жидкого металла ближе к стенкам кристаллизатора, так как в этом случае стенки кристаллизатора удаляются от боковой поверхности электрода, а увеличение скорости вращения позволит компенсировать это удаление, поскольку при увеличении скорости вращения место доставки капель в жидкометаллическую ванну также удаляется от боковой поверхности электрода.When the consumable electrode rotates on a liquid metal film, at its end, in addition to gravitational forces, a centrifugal force will also act, which causes the formation of liquid metal droplets closer to the side surface of the electrode and more effective (forced) removal of the liquid metal [I.V. Chumanov, V.I. Chumanov. Technology of electroslag remelting with rotation of a consumable electrode // Metallurg. 2001. No3. S.40-41]. The centrifugal forces arising during the rotation of the electrode provide a radial flow of liquid metal on the melted surface of the consumable electrode. When the rotation speed of the consumable electrode n, determined by the above formula, is reached, liquid metal droplets will be removed from its end under the action of centrifugal forces, as a result of which, when separated from the electrode, the metal droplets move not along a linear, but along a radial path and delivered to the slag , and then the liquid metal bath not in the sub-electrode zone, but closer to the walls of the mold, i.e. drops of metal on the surface of the mandrel are excluded. Using the above formula, the required electrode rotation speed is calculated for the case of remelting an electrode of known diameter with a minimum crystallizer diameter for a given electrode. When increasing the diameter of the mold (while maintaining the diameter of the electrode), the rotation speed of the electrode should be increased in order to ensure the delivery of liquid metal droplets closer to the walls of the mold, since in this case the walls of the mold are removed from the side surface of the electrode, and an increase in the rotation speed will compensate for this removal, since as the rotation speed increases, the place where drops are delivered to the liquid metal bath also moves away from the side surface of the electrode.
Заявителем установлено, что вращение расходуемого электрода вокруг своей оси в процессе получения полой заготовки электрошлаковым переплавом с определенной скоростью (согласно вышеописанному способу) позволяет обеспечить доставку капель электродного металла на периферию жидкометаллической ванны и избежать тем самым попадания их на прошивающий дорн.The applicant has established that the rotation of the consumable electrode around its axis in the process of obtaining a hollow billet by electroslag remelting at a certain speed (according to the above method) allows for the delivery of drops of electrode metal to the periphery of the liquid metal bath and thereby avoid getting them on the sewing mandrel.
Сущность заявленного способа иллюстрируется схемой на чертеже, на которой стрелками изображено движение капель жидкого металла в шлаковой ванне в случае переплава по предлагаемой технологии (а) и по технологии прототипа (б). На схеме обозначены: 1 - расходуемый электрод; 2 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 - шлаковая ванна; 4 - капли жидкого металла на оплавляемом торце электрода; 5 - жидкометаллическая ванна; 6 - прошивающий дорн; 7 - получаемый полый слиток.The essence of the claimed method is illustrated by the diagram in the drawing, in which the arrows depict the movement of drops of liquid metal in a slag bath in the case of remelting according to the proposed technology (a) and the technology of the prototype (b). The diagram indicates: 1 - consumable electrode; 2 - water-cooled crystallizer; 3 - slag bath; 4 - drops of liquid metal at the reflowable end of the electrode; 5 - liquid metal bath; 6 - flashing mandrel; 7 - obtained hollow ingot.
Заявляемый способ получения полого слитка рассмотрен на примере конкретного осуществления. Изучение возможности выплавки полых слитков по предлагаемому способу проводилось на электрошлаковой установке А-550, оснащенной механизмами вращения электрода и перемещения прошивающего дорна. По предложенной технологии проведено ряд плавок, в которых переплаву подвергали расходуемый электрод диаметром 40 мм и длиной 500 мм, изготовленный из стали марки 30X13. Переплав вели в водоохлаждаемый кристаллизатор диаметром 90 мм, в качестве прошивающего дорна использовали керамический стержень диаметром 30 мм. Процесс вели под флюсом АНФ-6, электрические параметры плавки: I=1,1 кА, U=45 В.The inventive method for producing a hollow ingot is considered on the example of a specific implementation. The study of the possibility of smelting hollow ingots by the proposed method was carried out on electroslag unit A-550, equipped with mechanisms for rotating the electrode and moving the flashing mandrel. According to the proposed technology, a series of melts was carried out in which a consumable electrode with a diameter of 40 mm and a length of 500 mm made of steel grade 30X13 was re-melted. The remelting was conducted into a water-cooled mold with a diameter of 90 mm; a ceramic rod with a diameter of 30 mm was used as a piercing mandrel. The process was conducted under flux ANF-6, the electrical parameters of the heat: I = 1.1 kA, U = 45 V.
Скорость вращения электрода, обеспечивающую движение капель металла в шлаковой ванне по радиальной траектории, определили по приведенной формуле. Для электрода из данной марки стали и данного диаметра она составила 110 об/мин, с указанной скоростью электрод вращали на протяжении всей плавки. Плавку проводили на жидком старте, без вывода усадочной раковины.The rotation speed of the electrode, ensuring the movement of metal droplets in the slag bath along a radial path, was determined by the above formula. For an electrode of this steel grade and a given diameter, it was 110 rpm; at the indicated speed, the electrode was rotated throughout the entire heat. Melting was carried out at a liquid start, without withdrawal of a shrink shell.
Для обеспечения возможности оценки пригодности процесса для решения поставленной задачи одна плавка была проведена по технологии прототипа, т.е. без вращения расходуемого электрода.To ensure the possibility of assessing the suitability of the process for solving the task, one heat was carried out according to the technology of the prototype, i.e. without rotation of the consumable electrode.
После выплавки из донной, средней и головной частей слитков были вырезаны образцы для контроля металла на предмет содержания в нем неметаллических включений. Полученные по предлагаемой технологии слитки по загрязненности неметаллическими включениями существенно превосходят слитки, полученные по технологии прототипа. В металле, полученном по технологии прототипа, имеют место ярко выраженные отдельные крупные грубые включения, которых не наблюдается в металле, полученном по предлагаемой технологии.After smelting from the bottom, middle and head parts of the ingots, samples were cut out to control the metal for the content of non-metallic inclusions in it. The ingots obtained by the proposed technology in terms of contamination by non-metallic inclusions significantly exceed the ingots obtained by the technology of the prototype. In the metal obtained by the technology of the prototype, there are pronounced individual large coarse inclusions that are not observed in the metal obtained by the proposed technology.
В случае переплава без вращения электрода имел место видимый невооруженным глазом износ дорна, что и явилось причиной загрязнения металла экзогенными неметаллическими включениями, представляющими собой частицы материала дорна. При переплаве по предлагаемой технологии износ дорна не наблюдался. По факту отсутствия износа дорна и его загрязнения каплями металла однозначно можно сделать вывод о том, что в процессе переплава не имело места попадание капель электродного металла на его поверхность, т.е. доставка капель осуществлялась не в подэлектродной зоне, а на периферию шлаковой и жидкометаллической ванн. По этой же схеме и с абсолютно идентичными результатами были проведены экспериментальные плавки, в которых переплав аналогичного электрода диаметром 40 мм производили в кристаллизатор диаметром 120 мм, при этом скорость вращения согласно формуле увеличили до 140 об/мин.In the case of remelting without rotation of the electrode, mandrel wear was observed with the naked eye, which was the reason for the contamination of the metal with exogenous nonmetallic inclusions, which are particles of mandrel material. When remelting according to the proposed technology, the mandrel wear was not observed. The fact that there is no wear of the mandrel and its contamination with metal droplets clearly leads to the conclusion that, during the remelting process, there was no drop of electrode metal on its surface, i.e. Drops were delivered not in the sub-electrode zone, but to the periphery of the slag and liquid metal baths. Experimental melts were carried out according to the same scheme and with absolutely identical results, in which a similar electrode with a diameter of 40 mm was remelted into a mold with a diameter of 120 mm, while the rotation speed was increased to 140 rpm according to the formula.
Промышленная применимость: получение полой заготовки, предназначенной для изготовления деталей ответственного назначения, например трубопроводов атомных и теплоэлектростанций, элементов реактивных двигателей.Industrial applicability: obtaining a hollow billet designed for the manufacture of critical parts, such as pipelines of nuclear and thermal power plants, elements of jet engines.
Claims (1)
где D1 - минимальный диаметр кристаллизатора для данного диаметра используемого электрода, мм;
D2 - диаметр кристаллизатора, мм;
g - ускорение силы тяжести, м/с2;
σме-ш - межфазное натяжение на границе раздела металл-шлак, Дж/м2;
Δρ - разность плотностей металла и шлака, кг/м3;
r - радиус электрода, м. A method for producing a hollow ingot by electroslag remelting, including vertical surfacing in a water-cooled mold consumable electrode with simultaneous supply of a stitching mandrel through a hole in the pallet, characterized in that the consumable electrode is rotated around its axis at a speed ensuring the delivery of electrode metal droplets along the radial trajectories to the periphery of the slag and liquid metal baths outside the sub-electrode zone and determined from the relation
where D 1 is the minimum diameter of the mold for a given diameter of the electrode used, mm;
D 2 - the diameter of the mold, mm;
g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;
σ me-s — interfacial tension at the metal-slag interface, J / m 2 ;
Δρ is the density difference between metal and slag, kg / m 3 ;
r is the radius of the electrode, m
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123712/02A RU2413016C1 (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123712/02A RU2413016C1 (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009123712A RU2009123712A (en) | 2010-12-27 |
| RU2413016C1 true RU2413016C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=44055365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009123712/02A RU2413016C1 (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413016C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2656915C1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-06-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Method for obtaining hollow billet by method of electroslag remelting using the bismuth powder |
| RU2660495C1 (en) * | 2017-07-03 | 2018-07-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Method of obtaining a hollow billet by electroslag remelting at a solid start |
| RU189750U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-06-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Electroslag furnace for hollow ingot |
-
2009
- 2009-06-22 RU RU2009123712/02A patent/RU2413016C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КЛЮЕВ М.М. и др. Электрошлаковый переплав. - М.: Металлургия, 1984, с.22. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2656915C1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-06-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Method for obtaining hollow billet by method of electroslag remelting using the bismuth powder |
| RU2660495C1 (en) * | 2017-07-03 | 2018-07-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Method of obtaining a hollow billet by electroslag remelting at a solid start |
| RU189750U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-06-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Electroslag furnace for hollow ingot |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009123712A (en) | 2010-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5985206A (en) | Electroslag refining starter | |
| CN104388689A (en) | Method and device for casting electromagnetic compound control electroslag remelting fine grains | |
| RU2413016C1 (en) | Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting | |
| US20110214830A1 (en) | Method and apparatus for producing hollow fusing blocks | |
| CN108500238A (en) | A kind of production method based on electroslag remelting bimetallic composite roll | |
| EP1101552A2 (en) | Clean melt nucleated cast metal article | |
| RU2328538C1 (en) | Method of production of multylayer ingots by electroslag remelting | |
| CN107574342A (en) | A kind of production technology for being used to manufacture the aluminium alloy extrusions of fishing gear | |
| EP1753563A1 (en) | Melting apparatus and method | |
| JPH0260727B2 (en) | ||
| RU2689832C1 (en) | Electroslag remelting unit | |
| JP6994392B2 (en) | Ingot made of an alloy containing titanium as the main component, and its manufacturing method | |
| JP7132717B2 (en) | Method for producing ingot made of titanium alloy | |
| KR101804670B1 (en) | Electro-slag remelting furance | |
| JP7406073B2 (en) | Manufacturing method for titanium ingots | |
| RU155761U1 (en) | NON-CONSUMABLE ELECTRODE ELECTRIC SLAG REMOVING FURNACE | |
| RU2603409C2 (en) | Electroslag remelting furnace with hollow nonconsumable electrode | |
| RU2656915C1 (en) | Method for obtaining hollow billet by method of electroslag remelting using the bismuth powder | |
| JPWO2020059090A1 (en) | Titanium alloy ingot manufacturing method and manufacturing equipment | |
| RU2343041C1 (en) | Heating technique and heat insulation of crystallised ingot top part at pouring into mould | |
| RU2163269C1 (en) | Method for making laminate ingots by electroslag refining | |
| RU2241050C1 (en) | Method of electroslag remelting | |
| RU2661697C2 (en) | Electroslag remelting method and device for its implementation | |
| RU2703317C1 (en) | Method of vacuum arc remelting of austenitic steels using a sign-alternating magnetic field | |
| RU2736949C2 (en) | Method of ingot forming in crystallizers of special-metallurgical furnaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130623 |