RU2443789C2 - Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace - Google Patents

Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2443789C2
RU2443789C2 RU2010115542/02A RU2010115542A RU2443789C2 RU 2443789 C2 RU2443789 C2 RU 2443789C2 RU 2010115542/02 A RU2010115542/02 A RU 2010115542/02A RU 2010115542 A RU2010115542 A RU 2010115542A RU 2443789 C2 RU2443789 C2 RU 2443789C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
stage
melting
melt
pmax
Prior art date
Application number
RU2010115542/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010115542A (en
Inventor
Александр Владимирович Александров (RU)
Александр Владимирович Александров
Валентина Михайловна Аржакова (RU)
Валентина Михайловна Аржакова
Андрей Владиславович Андреев (RU)
Андрей Владиславович Андреев
Александр Гусманович Зиганшин (RU)
Александр Гусманович Зиганшин
Евгений Владимирович Ильенко (RU)
Евгений Владимирович Ильенко
Михаил Анатольевич Кияненко (RU)
Михаил Анатольевич Кияненко
Ольга Григорьевна Моренко (RU)
Ольга Григорьевна Моренко
Надежда Константиновна Филатова (RU)
Надежда Константиновна Филатова
Вадим Борисович Чернявский (UA)
Вадим Борисович Чернявский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод"
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 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод"
Priority to RU2010115542/02A priority Critical patent/RU2443789C2/en
Publication of RU2010115542A publication Critical patent/RU2010115542A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2443789C2 publication Critical patent/RU2443789C2/en

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method involves loading of charge and metal melting with electron beam with electromagnetic mixing of the melt; melting is performed in a melting pot with slag lining in three-stage mode: 1-st stage - warming of the charge and making of fluid bath at electron beam power P1=K1·Pmax, where K1≤0.5; 2-nd stage - averaging and purification of metal at electromagnetic mixing of the melt with direction of mixing towards walls of slag lining at electron beam power P2=K2·Pmax, where 0.5<K2<0.9; 3-rd stage - drain of the melt at electromagnetic mixing of the melt with direction of mixing towards the melting pot centre at electron beam power P3=K3·Pmax, where 0.9≤K3≤1, where P1; P2 and P3 - beam power at stages 1, 2 and 3 of the mode; K1, K2 and K3 - beam power coefficients; Pmax - maximum electron beam power.
EFFECT: invention allows stabilising the melting mode owing to excluding breakdowns of electron beam gun, increasing the uniform distribution of impurities as per the volume of ingots and reducing specific electric power costs.
1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению слитков гафния.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of hafnium ingots.

Известен способ выплавки слитков гафния в электронно-лучевых печах с использованием промежуточной емкости («Рафинирование металлов и сплавов методом электронно-лучевой плавки». Тихоновский А.Л., Тур А.А. Киев., «Наукова думка», 1984, 272 с.).A known method of smelting hafnium ingots in electron beam furnaces using an intermediate tank ("Refining of metals and alloys by electron beam melting." Tikhonovsky AL, Tour AA Kiev., "Naukova Dumka", 1984, 272 p. .).

Недостатком известного метода является неоднородность слитка по объему при использовании разного по составу материала из-за порционного слива металла в кристаллизатор.The disadvantage of this method is the inhomogeneity of the ingot in volume when using a different composition of the material due to the portioned discharge of the metal into the mold.

Наиболее близким аналогом является способ получения слитков тугоплавких металлов (в т.ч. гафния, ниобия, циркония) в электронно-лучевой печи, включающий загрузку шихты и плавку металла электронным лучом с электромагнитным перемешиванием расплава (RU 2309997 С2, С22В 9/22, 10.11.2007). При этом достигается однородность слитков за счет перемешивания расплава во время плавки.The closest analogue is a method for producing ingots of refractory metals (including hafnium, niobium, zirconium) in an electron beam furnace, including loading the charge and melting the metal with an electron beam with electromagnetic melt mixing (RU 2309997 C2, C22B 9/22, 10.11 .2007). This ensures the uniformity of the ingots due to the mixing of the melt during melting.

Недостатки известного способа: нестабильный процесс плавки из-за обильного выделения газов из шихты по мере ее прогрева и плавления, недостаточная степень очистки металла от легколетучих примесей, недостаточно высокая однородность выплавленных слитков гафния. Плавка металла с постоянной мощностью нагрева требует дополнительной операции подготовки шихты (спекание и др.) для стабилизации процесса плавки. Из-за нестабильности режима плавки невозможно определить время, при котором расплавится весь объем загруженной шихты.The disadvantages of this method: an unstable melting process due to the abundant evolution of gases from the mixture as it warms up and melts, the insufficient degree of purification of the metal from volatile impurities, the insufficiently uniformity of the melted hafnium ingots. Melting metal with a constant heating power requires an additional operation of the preparation of the mixture (sintering, etc.) to stabilize the melting process. Due to the instability of the melting mode, it is impossible to determine the time at which the entire volume of the loaded mixture will melt.

Задачи, решаемые с помощью предлагаемого изобретения: стабилизация режима плавки гафния за счет исключения пробоев электронно-лучевой пушки, повышение качества слитков (повышение однородности распределения примесей по объему слитков), снижение затрат удельной электроэнергии, увеличение выхода годного.Tasks solved by the present invention: stabilization of the hafnium melting mode by eliminating breakdowns of the electron beam gun, improving the quality of ingots (increasing the uniformity of the distribution of impurities over the volume of ingots), reducing the cost of specific electricity, increasing the yield.

Технический результат достигается тем, что в способе электронно-лучевой плавки гафния, включающем загрузку шихты и плавку металла электронным лучом с электромагнитным перемешиванием расплава, плавку проводят в тигле с гарнисажем в трехступенчатом режиме:The technical result is achieved by the fact that in the method of electron beam melting of hafnium, including loading the charge and melting the metal with an electron beam with electromagnetic stirring of the melt, the melting is carried out in a crucible with a skull in a three-stage mode:

1-я ступень - разогрев шихты и наведение жидкой ванны при мощности электронного луча P1=К1·Pmax, где К1≤0,5;1st stage - heating the charge and inducing a liquid bath with an electron beam power of P 1 = K 1 · Pmax, where K 1 ≤0.5;

2-я ступень - усреднение и рафинирование металла при электромагнитном перемешивании расплава с направлением перемешивания к стенкам гарнисажа при мощности электронного луча Р2=К2·Pmax, где 0,5<К2<0,9;2nd stage - averaging and refining of metal during electromagnetic melt mixing with the direction of mixing to the walls of the skull at the power of the electron beam P 2 = K 2 · Pmax, where 0.5 <K 2 <0.9;

3-я ступень - слив расплава при электромагнитном перемешивании расплава с направлением перемешивания к центру тигля при мощности электронного луча Р3=К3·Рmax, где 0,9≤К3≤1,3rd stage - drain of the melt during electromagnetic stirring of the melt with the direction of mixing to the center of the crucible with the power of the electron beam P 3 = K 3 · Pmax, where 0.9≤K 3 ≤1,

где P1, P2 и Р3 - мощность луча на 1, 2 и 3 ступенях режима;where P 1 , P 2 and P 3 - the power of the beam at 1, 2 and 3 steps of the regime;

К1, К2 и К3 - коэффициенты мощности луча;K 1 , K 2 and K 3 - beam power factors;

Рmax - максимальная мощность электронного луча.Pmax is the maximum power of the electron beam.

Применение при расплавлении с системой электромагнитного перемешивания шихты тигля с гарнисажем и трехступенчатого режима плавки при заявленных режимах электронного луча позволяет за счет постепенного нагрева и расплавления исходного материала проводить плавку в стабильном режиме (без пробоев электронно-лучевой пушки), при этом достигается большая степень очистки от легколетучих примесей, уменьшается время плавки, снижаются затраты удельной электроэнергии, повышается однородность слитков за счет более равномерного распределения примесей по объему слитка, увеличивается объем расплава, сливающегося в форму за счет изменения направления перемешивания расплава, что приводит к увеличению выхода годного.The use of a crucible mixture with a skull and a three-stage melting mode during the declared electron beam modes during melting with the electromagnetic mixing system allows melting in a stable mode (without breakdown of the electron beam gun) due to gradual heating and melting of the starting material, and a high degree of purification from volatile impurities, the melting time is reduced, the specific energy costs are reduced, the uniformity of the ingots is increased due to a more uniform distribution RIMES volume ingot increases the amount of the melt, poured into the mold by changing the stirring direction of the melt, which leads to an increase in yield.

Примером осуществления предлагаемого способа является выплавка слитков гафния из шихты в виде компактных исходных материалов (кальциетермические слитки, иодидные прутки, обороты гафниевого производства) в электронно-лучевой гарнисажной печи ВДЛ-4М с тиглем, оснащенным системой электромагнитного перемешивания (выплавлено 8 слитков). Размер тигля: диаметр 300 мм, высота 300 мм. В тигель с гарнисажем загружали 60-75 кг исходной шихты.An example of the implementation of the proposed method is the smelting of hafnium ingots from a charge in the form of compact starting materials (calcium thermal ingots, iodide rods, turns of a hafnium production) in a VDL-4M electron beam skull furnace with a crucible equipped with an electromagnetic stirring system (8 ingots are melted). Crucible size: diameter 300 mm, height 300 mm. 60-75 kg of the initial charge were loaded into a crucible with a skull.

Плавку загруженной шихты проводили по трехступенчатому режиму, описанному ниже, с максимальной мощностью пушки 300 кВт (Рmax).The loaded charge was melted according to a three-stage mode described below with a maximum gun power of 300 kW (Pmax).

1-я ступень - разогрев шихты и наведение жидкой ванны при мощности Р1=100÷150 кВт;1st stage - heating the charge and guidance of the liquid bath at a power of P 1 = 100 ÷ 150 kW;

2-я ступень - усреднение и рафинирование металла с включением системы электромагнитного перемешивания (направление перемешивания расплава к стенкам гарнисажа) при мощности Р2=151÷269 кВт;2nd stage - averaging and refining of metal with the inclusion of an electromagnetic stirring system (direction of melt mixing to the walls of the skull) at a power of P 2 = 151 ÷ 269 kW;

3-я ступень - слив расплава с включением системы электромагнитного перемешивания (направление перемешивания расплава к центру тигля) при мощности Р3=270÷300 кВт.3rd stage - melt drain with the inclusion of the electromagnetic stirring system (direction of melt mixing to the center of the crucible) at a power of P 3 = 270 ÷ 300 kW

Для сравнения была проведена плавка по прототипу с постоянной мощностью электронно-лучевого нагрева.For comparison, a prototype was melted with a constant power of electron-beam heating.

Полученные результаты приведены в таблице.The results are shown in the table.

Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что использование трехступенчатого режима плавки уменьшает время плавки в тигле с гарнисажем, снижает затраты удельной электроэнергии, увеличивает объем расплава, сливающегося в форму (масса слитка), увеличивает коэффициенты очистки от легколетучих примесей, повышает однородность слитков (уменьшаются значения коэффициентов вариации содержания примеси), повышает выход годного.An analysis of the results given in the table shows that the use of a three-stage melting mode reduces the melting time in a crucible with a skull, reduces the cost of specific electricity, increases the volume of the melt, merging into the form (mass of the ingot), increases the cleaning coefficients of volatile impurities, increases the uniformity of ingots ( the values of the variation coefficient of the impurity content decrease), increases the yield.

Данный способ выплавки слитков в электронно-лучевой печи может быть использован в печах с электронными пушками различной мощности (Рmах). Очевидно, что при этом продолжительность плавки на каждой ступени подбирается экспериментальным путем.This method of smelting ingots in an electron beam furnace can be used in furnaces with electron guns of various capacities (Pmax). Obviously, the duration of the heat at each stage is selected experimentally.

Заявляемый способ выплавки слитков гафния в электронно-лучевой печи опробован с положительным результатами в производственных условиях ОАО «ЧМЗ».The inventive method for the smelting of hafnium ingots in an electron beam furnace was tested with positive results in the production conditions of OAO ChMZ.

Наименование показателяName of indicator ПрототипPrototype Плавка по трехступенчатому режимуThree-stage melting №1No. 1 №2Number 2 №3 оптимальныйNo. 3 is optimal №4Number 4 №5Number 5 №6 оптимальныйNo. 6 is optimal №7 оптимальныйNumber 7 is optimal №8 оптимальныйNo. 8 is optimal   Исходный материал - кальциетермический гафний The source material is calcium thermal hafnium Исходный материал - кусковые обороты гафниевого производства Source material - lumpy turns of hafnium production Время плавки, минSmelting time, min 122122 115115 110110 8585 135135 115115 8080 100one hundred 8080 Мощность первой ступени, кВтPower of the first stage, kW 300300 170170 140140 130130 180180 250250 140140 100one hundred 150150 Мощность второй ступени, кВтPower of the second stage, kW 300300 280280 260260 220220 260260 280280 250250 155155 270270 Мощность третьей ступени, кВтPower of the third stage, kW 300300 280280 260260 300300 260260 300300 270270 270270 300300 Затраты удельной электроэнергии, кВт/кгSpecific electricity costs, kW / kg 4,84.8 4,44.4 4,04.0 2,72.7 4,54,5 4,64.6 2,62.6 2,42,4 2,92.9 Наличие пробоев электронно-лучевой пушкиThe presence of breakdowns of the electron beam gun естьthere is нетno нетno нетno нетno нетno нетno нетno нетno Масса слитка, кгIngot weight, kg 3939 5555 60,260,2 69,469,4 60,460,4 62,662.6 73,273,2 66,766.7 67,067.0 Коэффициент очистки гафния (отношения содержание примеси до плавки и после)Hafnium purification coefficient (ratio of impurity content before and after melting) FeFe 1,51,5 1,81.8 2,32,3 4four 1,31.3 2,22.2 6,36.3 5,95.9 5,25.2 SiSi 1,11,1 1,21,2 1,31.3 2,42,4 1,21,2 1,51,5 2,72.7 2,52.5 2,72.7 NiNi 1,51,5 1,81.8 2,22.2 3,63.6 1,41.4 2,22.2 4,64.6 4,24.2 4,74.7 СuCu 22 2,52.5 2,72.7 4,54,5 1,91.9 3,13,1 5,85.8 5,65,6 5,75.7 Относительный коэффициент вариации содержания примеси, %The relative coefficient of variation of the impurity content,% FeFe 1010 8,18.1 7,67.6 4,74.7 9,29.2 8,38.3 5,15.1 6,16.1 5,85.8   SiSi 17,217,2 12,312.3 11eleven 3,93.9 16,216,2 11,311.3 6,26.2 6,66.6 5,95.9 NiNi 9,89.8 8,58.5 7,27.2 4,34.3 9,29.2 7,07.0 5,05,0 5,75.7 4,84.8 СuCu 1212 99 8,38.3 5,75.7 11,111.1 8,78.7 6,26.2 6,96.9 5,85.8 Выход годного, %Yield,% 87%87% 90,690.6 92,292.2 96,796.7 92,492.4 92,592.5 97,697.6 96,196.1 96,896.8

Claims (1)

Способ получения слитков гафния в электронно-лучевой печи, включающий загрузку шихты и плавку металла электронным лучом с электромагнитным перемешиванием расплава, отличающийся тем, что плавку проводят в тигле с гарнисажем в трехступенчатом режиме:
1-я ступень - разогрев шихты и наведение жидкой ванны при мощности электронного луча P1=K1·Pmax, где K1≤0,5;
2-я ступень - усреднение и рафинирование металла при электромагнитном перемешивании расплава с направлением перемешивания к стенкам гарнисажа при мощности электронного луча Р2=К2·Рmax, где 0,5<К2<0,9;
3-я ступень - слив расплава при электромагнитном перемешивании расплава с направлением перемешивания к центру тигля при мощности электронного луча Р3=К3·Рmax, где 0,9≤К3≤1,
где P1, P2 и P3 - мощность луча на 1, 2 и 3 ступенях режима;
K1, К2 и К3 - коэффициенты мощности луча;
Рmax - максимальная мощность электронного луча. A method of producing hafnium ingots in an electron beam furnace, comprising loading the charge and melting the metal with an electron beam with electromagnetic stirring of the melt, characterized in that the melting is carried out in a crucible with a skull in a three-stage mode:
1st stage - heating the charge and inducing a liquid bath with an electron beam power of P 1 = K 1 · Pmax, where K 1 ≤0.5;
2nd stage - averaging and refining of metal during electromagnetic melt mixing with the direction of mixing to the walls of the skull at the power of the electron beam P 2 = K 2 · Pmax, where 0.5 <K 2 <0.9;
3rd stage - drain of the melt during electromagnetic stirring of the melt with the direction of mixing to the center of the crucible with the power of the electron beam P 3 = K 3 · Pmax, where 0.9≤K 3 ≤1,
where P 1 , P 2 and P 3 - beam power at 1, 2 and 3 steps of the mode;
K 1 , K 2 and K 3 - beam power factors;
Pmax is the maximum power of the electron beam.
RU2010115542/02A 2010-04-19 2010-04-19 Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace RU2443789C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115542/02A RU2443789C2 (en) 2010-04-19 2010-04-19 Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115542/02A RU2443789C2 (en) 2010-04-19 2010-04-19 Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010115542A RU2010115542A (en) 2011-10-27
RU2443789C2 true RU2443789C2 (en) 2012-02-27

Family

ID=44997746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010115542/02A RU2443789C2 (en) 2010-04-19 2010-04-19 Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2443789C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2593807C2 (en) * 2014-12-23 2016-08-10 Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ) Method for production of hafnium by vacuum arc remelting

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2084549C1 (en) * 1994-09-28 1997-07-20 Акционерное общество закрытого типа "Славянская компания" Method of electron-beam remelting of titanium sponge and installation for its realization
RU2114928C1 (en) * 1997-12-23 1998-07-10 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" Method of niobium refining
RU2309997C2 (en) * 2005-12-20 2007-11-10 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) Crystallizer for producing ingots in electron-beam furnaces

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2084549C1 (en) * 1994-09-28 1997-07-20 Акционерное общество закрытого типа "Славянская компания" Method of electron-beam remelting of titanium sponge and installation for its realization
RU2114928C1 (en) * 1997-12-23 1998-07-10 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" Method of niobium refining
RU2309997C2 (en) * 2005-12-20 2007-11-10 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) Crystallizer for producing ingots in electron-beam furnaces

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2593807C2 (en) * 2014-12-23 2016-08-10 Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ) Method for production of hafnium by vacuum arc remelting

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010115542A (en) 2011-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5048222B2 (en) Method for producing long ingots of active refractory metal alloys
CN109913702B (en) Preparation process of nickel-based high-temperature alloy with high content of refractory elements
RU2618038C2 (en) Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium
CN111286637A (en) Electron beam cold bed smelting method of TA15 titanium alloy
EA035488B1 (en) Method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
JP5027682B2 (en) Method for producing refractory metal ingot
RU2443789C2 (en) Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace
JP5064974B2 (en) Ingot manufacturing method for TiAl-based alloy
RU2403299C1 (en) Vacuum silicone cleaning method and device for its implementation (versions)
RU2680321C1 (en) Method of obtaining semi-finished product from alloy on basis of niobium
KR102283343B1 (en) Slag for electro slag remelting and the method for preparing ingot using the same
JP2011173172A (en) Method for producing long cast block of active high melting point metal alloy
US7753986B2 (en) Titanium processing with electric induction energy
JPH02236232A (en) Method for melting and casting titanium and titanium alloy
JP2008274345A (en) Method for producing metallic ingot with electron-beam melting
RU2807237C1 (en) Method for smelting heat-resistant copper base alloys
RU2381990C1 (en) Method of vacuum cleaning of silicon
JPS58133338A (en) Method for melting titanium group metal or alloy thereof
US20120297832A1 (en) Silicon vacuum melting method
RU2734220C1 (en) Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode
JP2009113061A (en) METHOD FOR PRODUCING INGOT OF TiAl-BASED ALLOY
RU2796507C1 (en) Method for obtaining zirconium-niobium alloy
CN115265104B (en) Electroslag remelting consumable electrode baking and drying device and method thereof
RU2715822C1 (en) Method for electroslag remelting of metal-containing wastes
RU2762460C1 (en) Method for producing special copper ingots

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160420