RU2489506C2 - Method and device of electron-beam or plasma smelting of metal from crystalliser to crystalliser - Google Patents
Method and device of electron-beam or plasma smelting of metal from crystalliser to crystalliser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2489506C2 RU2489506C2 RU2008148779/02A RU2008148779A RU2489506C2 RU 2489506 C2 RU2489506 C2 RU 2489506C2 RU 2008148779/02 A RU2008148779/02 A RU 2008148779/02A RU 2008148779 A RU2008148779 A RU 2008148779A RU 2489506 C2 RU2489506 C2 RU 2489506C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- melting
- electron beam
- mold
- plate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
- C22B9/226—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by electric discharge, e.g. plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
- C22B9/228—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by particle radiation, e.g. electron beams
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B19/00—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group
- F27B19/02—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group combined in one structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные.The invention relates to the field of foundry and can be used for casting any metals, including refractory and chemically active.
В качестве аналога предлагаемого изобретения принят способ электронно-лучевого переплава с холодным подом [1]. В этом способе исходный материал в виде шихты, губки, порошка или гранул перемещается с определенной скоростью из шихтового бункера в охлаждаемый кристаллизатор. В кристаллизаторе происходит плавление металла и образующийся жидкий металл каплями или (при достаточной мощности электронного луча) непрерывной струей стекает в скользящий охлаждаемый кристаллизатор, образуя слиток нужного размера. Такой метод переплава может быть также назван электронно-лучевой переплав с промежуточной емкостью. По назначению и схеме осуществления он полностью идентичен широко используемому в промышленности плазменному переплаву. Однако в отличие от плазменного переплава здесь возможна более глубокая очистка металла от газовых примесей, когда расплав в вакууме удерживается в течение достаточно большого времени, необходимого для рафинирования металла.As an analogue of the invention, a method of electron beam remelting with a cold hearth [1] is adopted. In this method, the source material in the form of a charge, sponge, powder or granules moves with a certain speed from the charge hopper into the cooled crystallizer. In the crystallizer, the metal melts and the formed liquid metal drops or (with sufficient electron beam power) flows continuously into a sliding cooled crystallizer, forming an ingot of the required size. This method of remelting can also be called electron beam remelting with an intermediate capacity. By purpose and implementation scheme, it is completely identical to plasma remelting widely used in industry. However, in contrast to plasma remelting, a deeper purification of metal from gas impurities is possible here, when the melt in vacuum is held for a sufficiently long time required for metal refining.
Наиболее близким техническим решением, в качестве прототипа, является способ зонной плавки металлов, включающий загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой путем сканирования поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, рафинированные порции которого периодически сливают в нижний кристаллизатор для формирования слитка [2].The closest technical solution, as a prototype, is a method of zone melting of metals, which involves loading a metal charge and sequentially melting it with an electron beam or plasma by scanning the surface to form a metal melt refined from light and heavy impurities, the refined portions of which are periodically poured into the lower mold for the formation of the ingot [2].
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей за счет снижения энергозатрат, сокращения производственного цикла, увеличения массы металла при плавлении, уменьшения габаритов оборудования. Поставленная задача достигается тем, что способ зонной плавки металлов, включающий загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой путем сканирования поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, рафинированные порции которого периодически сливают в нижний кристаллизатор для формирования слитка, при этом загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой осуществляют в верхнем кристаллизаторе, выполненном с вертикальным пазом, в который перед загрузкой металлической шихты устанавливают пластину из очищенного от примесей переплавляемого металла, перекрывающую упомянутый паз, наплавление в верхнем кристаллизаторе ванны расплава металла глубиной не более 50 мм, без проплавления упомянутой пластины, при этом электронным лучом или плазмой проплавляют паз в упомянутой пластине на глубину меньше глубины наплавляемой ванны расплава на 20÷30% и сливают рафинированную порцию расплава металла в нижний кристаллизатор для формирования слитка, с оставлением на дне верхнего кристаллизатора расплава металла, содержащего тяжелые примеси. В верхнем кристаллизаторе осуществляют плавление шихты электронным лучом или плазмой путем периодического сканирования ее поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, используют одновременно отдельные электронно-лучевые пушки или плазматроны на каждой стадии плавления, проплавления пластины и подогрева расплава металла в нижнем кристаллизаторе или на всех упомянутых стадиях используют одну электронно-лучевую пушку или плазматрон.The task of the invention is to increase the efficiency of use and expand technical capabilities by reducing energy consumption, shortening the production cycle, increasing the mass of metal during melting, and reducing the dimensions of the equipment. The problem is achieved in that the method of zone melting of metals, including loading a metal charge and its sequential melting by an electron beam or plasma by scanning the surface with the formation of a molten metal refined from light and heavy impurities, the refined portions of which are periodically poured into the lower mold to form an ingot, this loading of the metal charge and its sequential melting by an electron beam or plasma is carried out in the upper mold, made m with a vertical groove, in which, before loading the metal charge, a plate of remelted metal cleaned of impurities is installed, overlapping the groove, melting in the upper mold of the molten metal bath with a depth of not more than 50 mm, without melting the plate, and the groove is melted with an electron beam or plasma in the said plate to a depth less than the depth of the weld pool of the melt by 20 ÷ 30% and the refined portion of the molten metal is poured into the lower mold to form an ingot, with the pressure at the bottom of the upper mold of a metal melt containing heavy impurities. In the upper crystallizer, the mixture is melted by an electron beam or plasma by periodically scanning its surface to form a metal melt refined from light and heavy impurities; at the same time, separate electron-beam guns or plasmatrons are used at each stage of melting, penetration of the plate, and heating of the metal melt in the lower crystallizer or at all the stages mentioned, a single electron beam gun or plasmatron is used.
Устройство для зонной плавки металлов, содержащее электроннолучевую или плазменную пушку, кристаллизатор для формирования слитка, который расположен в камере плавления с вакуумным патрубком, соединенным с вакуумной системой, отличающееся тем, что оно снабжено верхним кристаллизатором для последовательного плавления металлической шихты с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей металлического расплава, размещенным над кристаллизатором для формирования слитка, поддоном с механизмом его съема, герметично соединенным с камерой плавления, при этом в верхнем кристаллизаторе выполнен перекрываемый пластиной из очищенного от примесей переплавляемого металла вертикальный паз с образованием уступа для удержания тяжелых примесей в процессе плавки, а упомянутые кристаллизаторы установлены на поддоне, верхний кристаллизатор выполнен V-образным, практически полностью перекрывающим поперечную плоскость плавильной камеры печи, за исключением сектора, отведенного под слив рафинированного расплава металла.A device for zone melting of metals containing an electron beam or plasma gun, an ingot mold, which is located in a melting chamber with a vacuum nozzle connected to a vacuum system, characterized in that it is equipped with an upper mold for sequentially melting the metal charge to form refined from light and heavy impurities of the metal melt placed above the mold to form an ingot, a pallet with a mechanism for its removal, hermetically connected with a melting chamber, while in the upper mold there is a vertical groove overlapped by a plate of refined metal that is free from impurities to form a step to hold heavy impurities during the melting process, and the molds are mounted on a pallet, the upper mold is made V-shaped, almost completely overlapping the transverse plane melting chamber of the furnace, with the exception of the sector allocated for the drainage of refined molten metal.
Предложенный способ осуществляется с помощью установки, изображенной на фиг.1. Установка содержит электронно-лучевую пушку 1, корпус которой может быть расположен под разными углами по отношению к оси корпуса плавильной камеры 2, закрывающуюся снизу поддоном 3, на который устанавливается медный охлаждаемый верхний кристаллизатор 4 и нижний кристаллизатор 5. Камера 2 с поддоном 3 крепятся с помощью болтовых соединений, через уплотнительную вакуумную резину. В кристаллизатор 4 загружается непрессованная или прессованная в брикет шихта 6, после установки кристаллизатора на поддоне, в камере плавления создается вакуум через патрубок 7. При достижении требуемой глубины вакуума производится плавление шихты за счет электронного луча 8. Плавление шихты 6 будет начинаться по всей площади, образуемой верхним кристаллизатором 4, не достигая определенного расстояния до его периметра. Луч от одной или нескольких пушек будет перемещаться по поверхности металла, пока контур, образующейся жидкой ванны металла 9 не достиг, на определенном расстоянии, медной поверхности верхнего кристаллизатора 4. То есть нужно будет стремиться к выплавке, как можно большего количества металла, при этом не проплавляя самого кристаллизатора 4. Шихта начинает переплавляться по по всей верхней плоскости кристаллизатора, образуя ванну металла определенной глубины, чтобы за определенное время можно было производить рафинированный металл от легких, тяжелых и газовых включений.The proposed method is carried out using the installation shown in figure 1. The installation contains an
За счет плавления образуемая ванна расплава металла 9, достигнув определенной глубины h, сливается в нижний кристаллизатор 5 за счет проплавления лучом пластины 10, состоящей из чистого металла, установленной в кристаллизатор 4 перед загрузкой шихты 6, таким образом, чтобы перекрыть в кристаллизаторе 4, вертикальный паз 11, прорезанный, не достигая днища на определенную высоту d. Глубина проплавления пластины должна быть меньше глубины ванны расплава, примерно на 20÷30%. За глубиной проплавления паза и всем процессом плавления идет слежение с помощью датчиков 12, совмещенных с камерами слежения, установленных в корпусе 2. Металл, сливаясь в кристаллизатор 5, образует слиток 13. Для того чтобы его структура была без полостей и качественно проплавлена, металл может подогреваться электронным лучом 8. Если металл в дальнейшем идет на повторный переплав, данного подогрева не требуется. Электронные пушки 1 должны быть установлены таким образом на корпусе 2, чтобы они с наибольшей эффективностью могли перекрывать поверхность в верхнем кристаллизаторе 4, проплавлять паз в пластине 10 и подогревать, если требуется, сливаемый металл в нижнем кристаллизаторе 5.Due to melting, the molten metal bath formed 9, having reached a certain depth h, is poured into the
На фиг.2 изображена установка, где в качестве верхнего кристаллизатора 4 выступает квадратный V-образный кристаллизатор, который позволяет вмещать в три-пять раз больше металла, по сравнению с круглым кристаллизатором.Figure 2 shows the installation, where the upper mold 4 is a square V-shaped mold, which allows you to hold three to five times more metal, compared with a round mold.
Этот кристаллизатор может заполнять почти весь периметр камеры 2, за исключением небольшого сектора, через который будет сливаться металл в нижний кристаллизатор. На фиг.2 изображен сектор с углом 90°, через который идет слив, но этот сектор может занимать меньший угол. Данная конструкция кристаллизатора позволяет производить очистку металла не только от тяжелых и легких включений, но и производить очистку за счет зонной плавки от присутствующих в сплаве металлических и неметаллических включений. Так, например, в одной половине кристаллизатора луч, проплавляя узкую полосу 14, прогоняет ее от одной стенки кристаллизатора к другой. То есть на фиг.2 от стороны А к С и от стороны В к Д. Полоса расплава всегда проходит в одну сторону, по типу светлой полосы в сканере, достигая стороны С и Д, луч снова начинает плавить металл от стороны В и А. Проплавив таким образом металл один или несколько раз, в зависимости от требований к очистке металла, металл проплавляется на глубину h, затем проплавляется пластина 10 и сливается расплав в нижний кристаллизатор 5. Далее процесс очистки повторяется до полной переплавки шихт, за исключением только той ее массы, в которой остаются включения и которая образует гарнисаж на дне верхнего кристаллизатора 4. Печь, изображенная на фиг.2, очень компактна, но в то же время способна выплавлять очень большое количество металла.This mold can fill almost the entire perimeter of
Особенности предлагаемого способа заключаются в следующем.Features of the proposed method are as follows.
- Данный способ может производить слиток круглой, квадратной или прямоугольной формы, одной или несколькими пушками (или плазматронами), без применения засыпных подающих и вытяжных устройств для металла, за счет переплава металла из верхнего в нижний неподвижные кристаллизаторы.- This method can produce an ingot of round, square or rectangular shape, with one or more guns (or plasmatrons), without the use of filling feed and exhaust devices for metal, due to the remelting of metal from the upper to the lower stationary molds.
- Верхний кристаллизатор одновременно служит накопительной емкостью для шихты и промежуточной емкостью, в которой идет очистка от тяжелых и легких примесей, т.е. он совмещает функции бункера с промежуточной емкостью, где загружается шихта и происходит очистка металла, кроме того, за счет зонной выплавки обеспечивается очистка от сопутствующих металлов и неметаллов.- The upper crystallizer simultaneously serves as a storage tank for the charge and an intermediate tank in which the heavy and light impurities are cleaned, i.e. It combines the functions of a bunker with an intermediate tank, where the charge is loaded and metal is cleaned, in addition, due to zone smelting, cleaning of associated metals and non-metals is ensured.
- Загрузка шихты обеспечивается в верхний кристаллизатор как с подпрессовкой, так и без ее подпрессовки.- The charge is loaded into the upper mold both with prepress and without prepress.
- Из верхнего кристаллизатора металл сливается в определенном месте через паз, проходящий вертикально, почти по всей высоте кристаллизатора.- From the upper mold, the metal merges in a certain place through a groove extending vertically, almost over the entire height of the mold.
- Место слива металла находится над нижним кристаллизатором по его центру или около края кристаллизатора.- The place of discharge of metal is located above the lower mold in its center or near the edge of the mold.
- Для очистки металла в верхнем кристаллизаторе используется метод гидродинамической очистки, тяжелые примеси оседают на его дне, так как паз по вертикали не достигает днища, тем самым образуется уступ, удерживающий тяжелые примеси.- To clean the metal in the upper mold, the method of hydrodynamic cleaning is used, heavy impurities settle on its bottom, since the groove does not reach the bottom vertically, thereby creating a ledge that holds heavy impurities.
- Для гарантированного не попадания в сливаемый расплав тяжелых примесей перед загрузкой шихты паз закрывается металлической пластиной из очищенного металла, таким образом, чтобы получаемый расплав от шихты очищался от тяжелых и легких включений на подходе к данной пластине. В дальнейшем, проплавляя данную пластину на определенную глубину, для слива полученной ванны расплава в нижний кристаллизатор будет попадать только чистый расплав, так как металл пластины ранее был очищен, а расплав, полученный от шихты очистился ранее за отведенное для этого время.- To ensure that heavy impurities do not get into the melt being drained, before loading the charge, the groove is closed with a cleaned metal plate so that the resulting melt from the mixture is cleaned of heavy and light impurities on the way to this plate. In the future, by melting this plate to a certain depth, only the clean melt will fall into the lower crystallizer to drain the obtained melt bath, since the metal of the plate was previously cleaned and the melt obtained from the charge was cleaned earlier in the time allotted for this.
- Верхний и нижний кристаллизаторы крепятся на поддоне, являющемся одновременно крышкой для печи.- The upper and lower molds are mounted on a pallet, which is also a lid for the furnace.
- Экономия энергии происходит за счет экранирования жидкой фазы от кристаллизатора, твердой фазой металла их разделяющего.- Energy saving occurs due to the screening of the liquid phase from the crystallizer, the solid phase of the metal separating them.
- Печь может содержать одну действующую пушку, поочередно наплавляя металл в верхнем кристаллизаторе, затем прорезая щель для его слива в пластине и затем, подогревая металл в нижнем кристаллизаторе, используя возможность отклонения луча от центральной оси. При одновременном использовании нескольких пушек переплавляемый объем металла и скорость плавления значительно увеличится.- The furnace can contain one working gun, alternately depositing metal in the upper mold, then cutting a slot for its drain in the plate and then heating the metal in the lower mold, using the possibility of deviation of the beam from the central axis. With the simultaneous use of several guns, the remelted volume of the metal and the melting rate will increase significantly.
- Так за счет использования возможности отклонения луча от центральной оси, конструкция печи значительно упрощается, не требуя использования механизмов для подачи шихты, перемещения кристаллизатора и вытяжки слитка, что значительно повышает ее надежность и значительно снижает ее стоимость.- So, by using the possibility of deviation of the beam from the central axis, the furnace design is greatly simplified without requiring the use of mechanisms for feeding the charge, moving the mold and drawing the ingot, which significantly increases its reliability and significantly reduces its cost.
- Конструкция устройства печи для осуществления способа имеет минимальный объем камеры плавления, так как внутренняя конфигурация полости этой камеры занимает пространство только для размещения кристаллизаторов и перемещения луча. Данная особенность позволяет удешевить конструкцию установки, снизить стоимость вакуумной системы и уменьшить время на откачку воздуха из камеры плавления.- The design of the furnace device for implementing the method has a minimum volume of the melting chamber, since the internal configuration of the cavity of this chamber occupies a space only for accommodating molds and moving the beam. This feature allows you to reduce the cost of installation design, reduce the cost of the vacuum system and reduce the time for pumping air from the melting chamber.
- Местом герметизации камеры плавления служит в основном соединение этой камеры и поддона, что позволяет снизить в нее натекание и обеспечить хороший доступ к загрузке-выгрузке.- The place of sealing the melting chamber is mainly the connection of this chamber and the pan, which allows to reduce leakage into it and provide good access to loading and unloading.
- Съем поддона с кристаллизаторами может быть обеспечен за счет стационарных гидро- и пневматических устройств или за счет независимых механизмов, например за счет подъезжающей электрокары.- The removal of the pan with molds can be provided by stationary hydraulic and pneumatic devices or by independent mechanisms, for example, by approaching electric cars.
- Наблюдение за процессом обеспечивается с помощью датчиков и кинокамер, установленных в корпусе плавильной камеры.- Monitoring of the process is ensured by sensors and movie cameras installed in the body of the melting chamber.
- Выгрузка кристаллизаторов осуществляется с противоположной стороны от вакуумного патрубка, соединенного с вакуумной системой.- Unloading of the molds is carried out on the opposite side of the vacuum pipe connected to the vacuum system.
- Подпрессовка шихты перед ее загрузкой в верхний кристаллизатор позволяет снизить время ее плавления, увеличить объем выплавки металла, а также снизить потери на испарение легирующих элементов.- Prepressing the charge before loading it into the upper mold allows to reduce its melting time, increase the volume of metal smelting, as well as reduce losses on the evaporation of alloying elements.
Тяжелые включения в расплаве падают на днище верхнего кристаллизатора, при очистке металла от тяжелых включений подбирается такой режим плавки, когда луч сначала в верхнем кристаллизаторе создает ванну расплава определенной глубины, не проплавляя пластину, закрывающую вертикальный паз, затем проплавляет ее на меньшую глубину. Тем самым, давая стекать расплаву, оставляя тяжелые включения на дне ванны в верхнем кристаллизаторе. При окончании плавления часть металла остается на дне верхнего кристаллизатора, где скапливаются все тяжелые включения. Для гарантированного их удержания, паз в верхнем кристаллизаторе выполнен не до самого его днища, образуя тем самым, естественное препятствие для тяжелых включений. Металл будет полностью очищен от легких включений за счет тепловой мощности луча, концентрируемой на поверхности ванны металла, куда всплывают легкие включения. Попадая под луч, они испаряются и удаляются через вакуумную систему откачки.Heavy inclusions in the melt fall on the bottom of the upper crystallizer; when cleaning metal from heavy inclusions, such a melting mode is selected when the beam first creates a melt bath of a certain depth in the upper mold, not melting the plate covering the vertical groove, then melts it to a shallower depth. Thus, allowing the melt to drain, leaving heavy inclusions on the bottom of the bath in the upper mold. At the end of melting, a part of the metal remains at the bottom of the upper mold, where all heavy inclusions accumulate. To ensure their retention, the groove in the upper mold is not made up to its bottom, thereby forming a natural obstacle for heavy inclusions. The metal will be completely cleaned of light inclusions due to the thermal power of the beam concentrated on the surface of the metal bath, where light inclusions float. When exposed to a beam, they evaporate and are removed through a vacuum pumping system.
Экономическая целесообразность проекта.Economic feasibility of the project.
Сравнение идет с печью (ОАО "Композит", г.Королев), которая использует четыре пушки по 250 кВт и выпускает слиток ⌀200, длиной 1,5 м, общей массой 200 кг (при загрузке титана 220 кг). Объем печи 103, объем трубопроводов вакуумной системы 12 м3. Время откачки 1,5 часа, плавки 1 час, охлаждения 1,5 часа, т.е. полный цикл работы печи занимает 4 часа. Дополнительное время занимает выгрузка-загрузка, которая составляет 1,5 часа. Стоимость подобной печи 1 млн. € или 36 млн. руб. Стоимость данной печи распределяется между основными узлами. (Таблица 1).Comparison is made with the furnace (Kompozit OJSC, Korolev city), which uses four 250 kW guns and produces an ⌀200 ingot, 1.5 m long, with a total weight of 200 kg (when loading titanium 220 kg). The volume of the furnace is 10 3 , the volume of the pipelines of the vacuum system is 12 m 3 . Pumping time 1.5 hours, melting 1 hour, cooling 1.5 hours, i.e. The full cycle of the furnace takes 4 hours. Unloading-loading, which is 1.5 hours, takes extra time. The cost of such a furnace is 1 million € or 36 million rubles. The cost of this furnace is distributed between the main nodes. (Table 1).
Если предлагаемая печь, изображенная на фиг.1, также будет содержать в своем арсенале 4 эл. лучевых пушки, мощностью по 250 кВт, объем выплавляемого металла, за счет технологических особенностей процесса, значительно увеличится. Примем верхний кристаллизатор, диаметром 800 мм и глубиной 600 мм, при этом масса титана, загружаемая при плотной упаковке, будет находиться в пределах 1000 кг. Вследствие того, что все четыре пушки могут быть направлены на выплавку ванны металла, это позволит значительно увеличить скорость плавления и позволит сократить количество энергии за счет снижения тепловых потерь.If the proposed furnace, shown in figure 1, will also contain in its arsenal of 4 el. beam guns, with a power of 250 kW each, the volume of the smelted metal, due to the technological features of the process, will increase significantly. Take the upper mold, with a diameter of 800 mm and a depth of 600 mm, while the mass of titanium loaded with a tight package will be within 1000 kg. Due to the fact that all four guns can be aimed at smelting a metal bath, this will significantly increase the melting rate and will reduce the amount of energy by reducing heat loss.
По сравнению с аналогами, где в промежуточную емкость постоянно поступает новая шихта, приходится одну или две пушки устанавливать на ее расплавление. Так, например, в случае компановки печи по классической схеме с промежуточной емкостью, контейнер с которого на торце сплавляется титан, нагревается по своему объему и за счет значительной своей массы, забирает на себя часть тепла, а следовательно, часть энергии, которую затрачивают лучевые пушки на его плавление. Поэтому можно отметить, что это одна из основных частей тепловых потерь классической печи. Далее в этой печи расплав металла попадает в неглубокую медную охлаждаемую емкость, где при взаимодействии небольшой массы металла и относительно большой массы охлаждаемого кристаллизатора происходит также значительная потеря тепла, отводимая промежуточной емкостью.Compared to analogs, where a new charge is constantly entering the intermediate tank, one or two guns have to be installed to melt it. So, for example, in the case of assembling the furnace according to the classical scheme with an intermediate tank, the container from which titanium is fused at the end, is heated by its volume and due to its significant mass, it takes up part of the heat and, therefore, part of the energy spent by the beam guns on its melting. Therefore, it can be noted that this is one of the main parts of the heat loss of a classical furnace. Further, in this furnace, the metal melt enters a shallow copper cooled vessel, where, when a small mass of metal and a relatively large mass of the cooled crystallizer interact, a significant heat loss occurs, which is removed by the intermediate vessel.
Далее металл, попадая в медный охлаждаемый, скользящий кристаллизатор, формируется в слиток под действием тепла луча одной из пушек, где также происходит потеря тепловой энергии. Как известно, на сегодня, лучевые печи превосходят рафинирующими возможностями все известные печи по плавлению титана (вакуумно-дуговые, плазменные, индукционные, гарнисажные и т.п.), но при этом страдают тем, что не могут получать жестко регламентированный, равномернораспределенный химический состав по длине слитка. В связи с этим, стремление проектировщиков эл. лучевых печей объединить в единой конструкции возможность переплава шихты любого состава, рафинирования ее от примесей с выходом в итоге готового слитка, приводит к тому, что, затраты вложенные на строительство печи, ее эксплуатацию и обслуживание, а также качество производимых слитков не оправдывает ожиданий металлургов. В предлагаемом способе была поставлена задача - использовать высокое рафинирующее свойство электронно-лучевых печей для производства достаточно больших объемов металла при низких затратах.Further, the metal, falling into a copper cooled, sliding mold, is formed into an ingot under the action of the heat of the beam of one of the guns, where the loss of thermal energy also occurs. As you know, today, beam furnaces surpass all known titanium melting furnaces (vacuum-arc, plasma, induction, skull, etc.) with refining capabilities, but at the same time they suffer from the fact that they can’t get a strictly regulated, uniformly distributed chemical composition along the length of the ingot. In this regard, the desire of designers e. Combine beam furnaces to combine the possibility of remelting a mixture of any composition in a single design, refining it from impurities with the yield of a finished ingot, leads to the fact that the costs invested in the construction of the furnace, its operation and maintenance, as well as the quality of the produced ingots do not meet the expectations of metallurgists. In the proposed method, the task was set to use the high refining property of electron beam furnaces to produce sufficiently large volumes of metal at low cost.
В связи с тем, что в предлагаемой печи все четыре эл. лучевые пушки могут быть направлены на выплавку ванны металла в верхнем кристаллизаторе, по сравнению с классической печью, достигаются следующие преимущества.Due to the fact that in the proposed furnace all four electric beam guns can be directed to smelting a metal bath in the upper mold, in comparison with a classical furnace, the following advantages are achieved.
1. Верхний кристаллизатор, имея глубину 600 мм, при выплавке жидкой ванны, глубиной не более 50 мм, не теряет свое тепло на обогрев днища кристаллизатора.1. The upper mold, having a depth of 600 mm, when smelting a liquid bath, with a depth of not more than 50 mm, does not lose its heat to heat the bottom of the mold.
2. Шихта, имея упакованную, но не сплавленную структуру, имеет низкую теплопроводность, поэтому больше энергии идет на полезный расплав металла.2. The mixture, having a packaged, but not fused structure, has a low thermal conductivity, so more energy is spent on a useful metal melt.
3. После слива очередной порции расплава металла лучи начинают плавить уже прогретый до точки плавления следующий слой металла.3. After draining the next portion of the molten metal, the rays begin to melt the next layer of metal already warmed up to the melting point.
4. Часть энергии луча только иногда расходуется на проплав пластины для слива расплава, а также на подогрев металла в нижнем кристаллизаторе, если это требуется.4. Part of the energy of the beam is only sometimes used to melt the plate to drain the melt, as well as to heat the metal in the lower mold, if necessary.
Как было сказано выше, в связи с тем, что лучевые печи страдают низкой способностью перемешивания расплава, для производства слитка, который предназначен к последующему переплаву, не следует тратить значительное количество энергии на прогрев и сплавление слитка. Экономически более выгодно, полученный слиток в дальнейшем переплавить вакуумно-дуговым или индукционным переплавом, у которых перемешивающая способность расплава значительно выше. В то же время, их рафинирующая способность не идет не в какое сравнение с электроннолучевой выплавкой.As mentioned above, due to the fact that beam furnaces suffer from a low melt mixing ability, a significant amount of energy should not be spent on heating and fusion of the ingot for the production of an ingot, which is intended for subsequent remelting. More economically advantageous, the resulting ingot is subsequently remelted by vacuum-arc or induction remelting, in which the mixing capacity of the melt is much higher. At the same time, their refining ability cannot be compared to electron beam smelting.
При сравнении классической и новой печи ЭЛП можно отметить, что новая печь с теми же пушками в новой компановке за одно и то же время, сможет выплавить 1000 кг титана, вместо 210 кг по классической схеме. При этом ее габариты будут находиться в пределах 3×3×4 м. Классическая печь занимает габариты 15×20×12 м.When comparing the classic and the new ELP furnace, it can be noted that a new furnace with the same guns in the new lineup at the same time will be able to melt 1000 kg of titanium, instead of 210 kg according to the classical scheme. At the same time, its dimensions will be within 3 × 3 × 4 m. A classical furnace occupies dimensions of 15 × 20 × 12 m.
При составлении расчетов (табл.1) использовались цены, которые диктовали производители современных печей. Поэтому стоимость новой печи складывалась при сравнении с классической печью.When making the calculations (Table 1), prices were used, which were dictated by the manufacturers of modern furnaces. Therefore, the cost of a new furnace was formed when comparing with a classical furnace.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
[1]. А.А. Андреев. Плавка и литье титановых сплавов, - М.: Из-во "Металлургия". 1994 г., стр.182-184.[one]. A.A. Andreev. Melting and casting of titanium alloys, - M.: From "Metallurgy". 1994, pp. 182-184.
[2]. RU 2087563 C1, C22D 9/22, 20.08.1997.[2]. RU 2087563 C1,
ние узловNamenova
knots
10
обеспечения печиFixing truss and system
furnace support
15×20×12 мDimensions
15 × 20 × 12 m
обеспечения печиFixing truss and system
furnace support
3×3×4 мDimensions
3 × 3 × 4 m
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148779/02A RU2489506C2 (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Method and device of electron-beam or plasma smelting of metal from crystalliser to crystalliser |
PCT/RU2009/000678 WO2010068140A1 (en) | 2008-12-10 | 2009-12-09 | Method and apparatus for electron-beam or plasma-jet melting of metal from a crystallizer into a crystallizer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148779/02A RU2489506C2 (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Method and device of electron-beam or plasma smelting of metal from crystalliser to crystalliser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008148779A RU2008148779A (en) | 2010-06-20 |
RU2489506C2 true RU2489506C2 (en) | 2013-08-10 |
Family
ID=42242939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008148779/02A RU2489506C2 (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Method and device of electron-beam or plasma smelting of metal from crystalliser to crystalliser |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2489506C2 (en) |
WO (1) | WO2010068140A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753847C1 (en) * | 2020-10-12 | 2021-08-24 | Публичное акционерное общество "Электромеханика" | Method and device for production of metal ingot |
US11512369B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-11-29 | Safran Aircraft Engines | Method for producing ingots consisting of a metal compound containing titanium |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2598020C2 (en) * | 2012-02-08 | 2016-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Рутений" | Method and device for production of laminated ingots |
RU2630138C2 (en) * | 2012-12-27 | 2017-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Рутений" | Melting method of reactive metals and alloys on its basis |
RU2660784C2 (en) * | 2014-01-09 | 2018-07-09 | Анатолий Евгеньевич Волков | Device for vacuum melting of refractory and reactive metals |
CN107746971B (en) * | 2017-10-18 | 2019-04-30 | 云南钛业股份有限公司 | A method of with electron-beam cold bed furnace cast titanium or titanium alloy hollow ingot |
CN107739844B (en) * | 2017-10-18 | 2019-05-03 | 云南钛业股份有限公司 | The setting method of the 2 rifle electronics beam scanning style of ingot casting end face of hollow ingot |
CN110423918B (en) * | 2019-08-01 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | Method for preparing high-purity nickel-based high-temperature alloy by electron beam induced refining casting technology |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2087563C1 (en) * | 1995-09-13 | 1997-08-20 | Владлен Александрович Чернов | Method of electron beam remelting of lump metallic material and device for its embodiment |
US6858059B2 (en) * | 2001-10-26 | 2005-02-22 | Toho Titanium Co., Ltd. | Electron beam melting method for metallic material |
RU2007108996A (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-20 | Анатолий Евгеньевич Волков (RU) | METHOD AND DEVICE OF ELECTRON BEAM OR PLASMA ZONE MELT IN A SQUARE CRYSTALIZER |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU349320A1 (en) * | 1970-12-07 | 1977-10-05 | Институт Электросварки Им. Е.О. Патона Ан Украинской Сср | Electron-beam furnace |
JPH0717969B2 (en) * | 1985-09-30 | 1995-03-01 | 株式会社神戸製鋼所 | Electronic beam melting method |
JP2007039807A (en) * | 2005-07-07 | 2007-02-15 | Toho Titanium Co Ltd | Apparatus and method for electron beam melting of metal |
UA20513U (en) * | 2006-09-06 | 2007-01-15 | Mykola Petrovych Kondratii | Electron-beam unit |
-
2008
- 2008-12-10 RU RU2008148779/02A patent/RU2489506C2/en not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-12-09 WO PCT/RU2009/000678 patent/WO2010068140A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2087563C1 (en) * | 1995-09-13 | 1997-08-20 | Владлен Александрович Чернов | Method of electron beam remelting of lump metallic material and device for its embodiment |
US6858059B2 (en) * | 2001-10-26 | 2005-02-22 | Toho Titanium Co., Ltd. | Electron beam melting method for metallic material |
RU2007108996A (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-20 | Анатолий Евгеньевич Волков (RU) | METHOD AND DEVICE OF ELECTRON BEAM OR PLASMA ZONE MELT IN A SQUARE CRYSTALIZER |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11512369B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-11-29 | Safran Aircraft Engines | Method for producing ingots consisting of a metal compound containing titanium |
RU2753847C1 (en) * | 2020-10-12 | 2021-08-24 | Публичное акционерное общество "Электромеханика" | Method and device for production of metal ingot |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008148779A (en) | 2010-06-20 |
WO2010068140A1 (en) | 2010-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2489506C2 (en) | Method and device of electron-beam or plasma smelting of metal from crystalliser to crystalliser | |
KR100439547B1 (en) | Melting/retaining furnace for aluminum ingot | |
US8127823B2 (en) | Ingot-casting apparatus using uranium deposits | |
RU2454471C2 (en) | Method of electron-beam or plasma zonal melting to square crystalliser | |
CN107385244B (en) | A kind of electron beam covers the method that induced coagulation technology High Purity prepares nickel base superalloy | |
CN113265550A (en) | Vacuum distillation and forming device and method for extracting calcium metal from carbide slag | |
JP6230847B2 (en) | Aluminum melting and holding furnace | |
RU2355791C2 (en) | Method of manufacturing of high reactivity metals and alloys ingots and vacuum-arc-refining furnace for manufacturing of reactivity metals and alloys ingots | |
GB2250028A (en) | Improvements in and relating to melting and refining magnesium and magnesium alloys | |
SU1243629A3 (en) | Changeable wetted solide-state cathode for producing aluminium by electrolysis | |
US20140096644A1 (en) | Aluminum melting apparatus | |
RU2660784C2 (en) | Device for vacuum melting of refractory and reactive metals | |
US6540012B1 (en) | Electroslag remelting plant with a mould and a hood | |
RU2598020C2 (en) | Method and device for production of laminated ingots | |
SU1280901A1 (en) | Electron-beam furnace | |
JPH10204553A (en) | Method and device for dissolving and separating aluminum from raw material containing aluminum and metals with higher melting point than aluminum | |
RU2005120263A (en) | METHOD FOR PRODUCING TITANIUM-CONTAINING PRODUCTS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD | |
RU2753847C1 (en) | Method and device for production of metal ingot | |
KR101483695B1 (en) | Apparatus for Refining Silicon | |
RU2200765C2 (en) | Metal melting and casting method | |
RU2319578C1 (en) | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same | |
CN118389840B (en) | Cooling bed device for electron beam melting and application method thereof | |
RU2524036C2 (en) | Method and device for metal spun casting | |
RU2261925C1 (en) | Method of purification of zinc from oxides of foreign metals and furnace for realization of this method | |
RU2228962C2 (en) | Vacuum melting furnace with cold hearth |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151211 |