RU2593807C2 - Method for production of hafnium by vacuum arc remelting - Google Patents
Method for production of hafnium by vacuum arc remelting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593807C2 RU2593807C2 RU2014151997/02A RU2014151997A RU2593807C2 RU 2593807 C2 RU2593807 C2 RU 2593807C2 RU 2014151997/02 A RU2014151997/02 A RU 2014151997/02A RU 2014151997 A RU2014151997 A RU 2014151997A RU 2593807 C2 RU2593807 C2 RU 2593807C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hafnium
- arc
- remelting
- vacuum
- stage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
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-лучевой печи (патент РФ №2443789 МПК С22В 9/22, С22В 34/14 опубл. 27.02.2012 г.), включающий загрузку шихты и плавку металла электронным лучом с электромагнитным перемешиванием расплава, при этом плавку проводят в тигле с гарнисажем в трехступенчатом режиме.There is a method of smelting hafnium ingots in an electron beam furnace (RF patent No. 2443789 IPC С22В 9/22, С22В 34/14 publ. February 27, 2012), which includes loading the charge and melting the metal with an electron beam with electromagnetic stirring of the melt, while melting carried out in a crucible with a skull in a three-stage mode.
Этот способ не предназначен для получения слитков из порошков тугоплавких металлов. Кроме того, недостатком известного метода является длительность процесса плавки, небольшие размеры получаемого слитка, ограниченные размером тигля.This method is not intended to produce ingots from refractory metal powders. In addition, the disadvantage of this method is the duration of the melting process, the small size of the obtained ingot, limited by the size of the crucible.
Наиболее близким аналогом является способ получения слитков гафния двукратным вакуумно-дуговым переплавом иодидных прутков гафния («Металлургия гафния» под редакцией Томаса Д.Е. и Хейса Е.Т., 1967 г., с. 141-142). Формирование расходуемого электрода в описанном способе производится точечной сваркой иодидных прутков, предварительно правленых холодной деформацией, а затем проводится отжиг для снятия остаточного напряжения, после чего двукратным вакуумно-дуговым переплавом изготавливается слиток.The closest analogue is the method for producing hafnium ingots by double vacuum-arc remelting of hafnium iodide rods (“Hafnium Metallurgy” edited by Thomas DE and Hayes ET, 1967, p. 141-142). The formation of a consumable electrode in the described method is carried out by spot welding of iodide rods, previously corrected by cold deformation, and then annealing is performed to relieve residual stress, after which an ingot is made by a double vacuum-arc remelting.
Недостатками описанного способа являются:The disadvantages of the described method are:
- невозможность изготовления электродов из электролитического порошка;- the impossibility of manufacturing electrodes from electrolytic powder;
- не определены оптимальные значения силы тока дуги вакуумно-дуговой плавки в зависимости от диаметра выплавляемого слитка, в том числе режима вывода усадочной раковины, что приводит к появлению литейных дефектов в слитке (например, непроплавы на боковой поверхности, усадочные дефекты в верхней части), вследствие чего снижается выход годного.- the optimal values of the current strength of the arc of the vacuum arc melting are not determined depending on the diameter of the smelted ingot, including the mode of withdrawal of the shrink shell, which leads to the appearance of casting defects in the ingot (for example, non-melts on the side surface, shrinkage defects in the upper part), as a result, the yield is reduced.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего изготавливать слитки гафния путем формирования механически прочного электрода, стабилизации процесса плавки за счет выбора силы тока дуги в зависимости от диаметра изложницы (слитка) и использования двухступенчатого режима второго вакуумно-дугового переплава.The objective of the invention is to develop a method that allows to produce hafnium ingots by forming a mechanically strong electrode, stabilizing the melting process by selecting the arc current strength depending on the diameter of the mold (ingot) and using the two-stage mode of the second vacuum-arc remelting.
Техническим результатом является получение слитков гафния повышенного качества за счет уменьшения литейных дефектов (на боковой поверхности и в верхней части слитка) и увеличение выхода годного.The technical result is the production of hafnium ingots of high quality by reducing casting defects (on the side surface and in the upper part of the ingot) and increase yield.
Технический результат в заявляемом способе получения слитков гафния достигается путем прессования брикетов из шихтовых материалов, при этом плотность брикета составляет не менее ρбР=7,2 г/см3; формирования расходуемого электрода электронно-лучевой сваркой брикетов с мощностью, определяемой по формуле Р=k×mэл, где коэффициент пропорциональности k=28-70 Вт/кг, причем скорость перемещения электрода при сварке составляет не более 5 мм/сек, а минимальное количество швов N определяют по формуле N=2+n×DбP, где Dбp - диаметр брикета, см, коэффициент пропорциональности n=0,1 см-1, при этом осуществляют первый вакуумно-дуговой переплав полученного расходуемого электрода с силой тока дуги I=K1×Dсл, где коэффициент пропорциональности K1=70-220 А/см, Dсл - диаметр выплавляемого слитка, см, а второй вакуумно-дуговой переплав проводят в двухступенчатом режиме: сила тока дуги первой ступени I1=K2×Dсл, где коэффициент пропорциональности К2=220-350 А/см, сила тока дуги второй ступени I2=К3×I1, где коэффициент пропорциональности К3=0,25-0,5. В качестве шихтовых материалов используют электролитический порошок гафния и дополнительно - измельченные иодидные прутки и/или обороты.The technical result in the claimed method for producing hafnium ingots is achieved by pressing briquettes from charge materials, while the density of the briquette is not less than ρ bР = 7.2 g / cm 3 ; forming a consumable electrode by electron beam welding of briquettes with a power determined by the formula P = k × m el , where the proportionality coefficient k = 28-70 W / kg, and the electrode moving speed during welding is not more than 5 mm / s, and the minimum number seams N are determined by the formula N = 2 + n × D bP , where D bp is the briquette diameter, cm, the proportionality coefficient n = 0.1 cm -1 , while the first vacuum-arc remelting of the resulting consumable electrode with the arc current I = K 1 × D SL , where the proportionality coefficient K 1 = 70-220 A / cm, D sl is the diameter of the smelted ingot, cm, and the second vacuum-arc remelting is carried out in a two-stage mode: first-stage arc current I 1 = K 2 × D sl , where the proportionality coefficient K 2 = 220-350 A / cm, second arc current steps I 2 = K 3 × I 1 , where the proportionality coefficient K 3 = 0.25-0.5. As charge materials, hafnium electrolytic powder is used and, in addition, ground iodide rods and / or turns are used.
Прессование брикетов с плотностью менее 7,2 г/см3 приводило к увеличенному образованию осыпи с поверхности брикетов при их кантовке и транспортировке. Максимально возможная плотность брикетов 13,1 г/см3, что соответствует теоретической плотности гафния. Мощность, получаемая при использовании значений коэффициента k>70 Вт/кг, приводит к излишним энергозатратам, повышенному газовыделению из брикетов, а также стеканию расплава с боковой поверхности брикетов из-за увеличения объема расплавленного металла.Pressing briquettes with a density of less than 7.2 g / cm 3 led to an increased formation of scree from the surface of the briquettes during their turning and transportation. The maximum possible density of briquettes is 13.1 g / cm 3 , which corresponds to the theoretical density of hafnium. The power obtained by using the values of the coefficient k> 70 W / kg leads to excessive energy consumption, increased gas release from the briquettes, as well as the flow of the melt from the side surface of the briquettes due to the increase in the volume of molten metal.
При сварке брикетов с мощностью, получаемой при использовании значений коэффициента k<28 Вт/кг, и при скорости перемещения электрода более 5 мм/сек сварной шов становится недостаточно прочным, снижается механическая прочность электрода. К аналогичному результату приводит и нанесение количества сварных швов N меньше определяемого заявленным соотношением.When welding briquettes with the power obtained when using the coefficient values k <28 W / kg, and when the electrode travels more than 5 mm / s, the weld becomes insufficiently strong, and the mechanical strength of the electrode decreases. The application of the number of welds N less than determined by the stated ratio leads to a similar result.
Минимальное значение коэффициента пропорциональности К1 для силы тока дуги первого вакуумно-дугового переплава обусловлено устойчивостью горения дуги, максимальное - предельно допустимым газовыделением из неспеченных брикетов.The minimum value of the proportionality coefficient K 1 for the arc current of the first vacuum-arc remelting is determined by the stability of the arc burning, the maximum - by the maximum allowable gas evolution from unsintered briquettes.
Минимальное значение коэффициента пропорциональности К2 для силы тока дуги второго вакуумно-дугового переплава определяется проплавом периферийных зон, максимальное - увеличением количества литейных дефектов в слитке в виде пор.The minimum value of the proportionality coefficient K 2 for the arc current of the second vacuum-arc remelting is determined by the melt of the peripheral zones, the maximum is determined by the increase in the number of casting defects in the ingot in the form of pores.
При силе тока дуги I2<(0,25×I1) на второй стадии второго вакуумно-дугового переплава процесс горения дуги становится неустойчивым, а при значении I2>(0,5×I1) объем жидкой ванны металла остается еще достаточно большим. В обоих случаях в слитке образуется зона с повышенным количеством литейных дефектов, снижающих выход годного.When the arc current I 2 <(0.25 × I 1 ) in the second stage of the second vacuum-arc remelting, the arc burning process becomes unstable, and when I 2 > (0.5 × I 1 ) the volume of the metal liquid bath remains sufficient great. In both cases, a zone is formed in the ingot with an increased number of casting defects that reduce the yield.
Способ осуществляли следующим образом: из шихтовых гафниевых материалов на прессе П-814 и НРМ 1500Е прессовали брикеты диаметром 200 мм различной плотности. Сварку брикетов проводили в установках электронно-лучевой сварки АСТК-30/6-10 и «Луч-1». Плавку электродов проводили в вакуумно-дуговых печах ДКВ-3,2 и ВДП-300: первый переплав - в изложницу диаметром 280 мм, второй переплав - в изложницу диаметром 320 мм.The method was carried out as follows: briquettes with a diameter of 200 mm of various densities were pressed from batch hafnium materials on a P-814 and HPM 1500E press. The briquettes were welded in the electron-beam welding systems ASTK-30 / 6-10 and Luch-1. The electrodes were melted in the DKV-3.2 and VDP-300 vacuum arc furnaces: the first remelting was made into a mold with a diameter of 280 mm, the second remelting was made into a mold with a diameter of 320 mm.
Для сравнения был проведен двойной вакуумно-дуговой переплав электрода из иодидных прутков гафния (прототип). Масса электрода первого переплава составила 420 кг. Электрод второго переплава состоял из двух слитков первого переплава. Первый вакуумно-дуговой переплав проводился в изложницу диаметром 280 мм (соответствует диаметру слитка) с силой тока дуги 7 кА, второй переплав - в изложницу диаметром 320 мм с силой тока дуги 9 кА.For comparison, a double vacuum-arc remelting of an electrode from hafnium iodide rods was carried out (prototype). The mass of the first remelting electrode was 420 kg. The second remelting electrode consisted of two ingots of the first remelting. The first vacuum-arc remelting was carried out into a mold with a diameter of 280 mm (corresponds to the diameter of the ingot) with an arc current of 7 kA, the second remelting into a mold with a diameter of 320 mm with an arc current of 9 kA.
Пример 1Example 1
Навеску электролитического порошка гафния марки ПГЭ-1 массой 20 кг засыпали в пресс-форму пресса и изготавливали брикеты плотностью 9,1 г/см3. Для формирования электрода первого переплава спрессованные брикеты укладывали в столбики и сваривали четырьмя продольными швами по боковой поверхности на всю длину электрода. Режим сварки: мощность 25,7 кВт (значение коэффициента k=61,2 Вт/кг), скорость перемещения электрода 3,3 мм/с.A portion of PGE-1 grade hafnium electrolytic powder weighing 20 kg was poured into the press mold and briquettes with a density of 9.1 g / cm 3 were made . To form the electrode of the first remelting, the compressed briquettes were laid in columns and welded with four longitudinal seams along the lateral surface over the entire length of the electrode. Welding mode: power 25.7 kW (coefficient value k = 61.2 W / kg), electrode movement speed 3.3 mm / s.
Первый переплав проводили в изложницу диаметром 280 мм (соответствует диаметру слитка) с силой тока дуги 6,2 кА (К1=220 А/см). Электрод второго переплава состоял из двух слитков первого переплава. Второй переплав проводили в изложницу диаметром 320 мм: сила тока дуги первой ступени 11,2 кА (К2=350 А/см), сила тока дуги второй ступени 4 кА (К3=0,36).The first remelting was carried out in a mold with a diameter of 280 mm (corresponds to the diameter of the ingot) with an arc current of 6.2 kA (K 1 = 220 A / cm). The second remelting electrode consisted of two ingots of the first remelting. The second remelting was carried out in a mold with a diameter of 320 mm: the arc current of the first stage was 11.2 kA (K 2 = 350 A / cm), the arc current of the second stage was 4 kA (K 3 = 0.36).
Примеры 2-4Examples 2-4
Отличаются от примера 1 массой и плотностью брикетов, массой электродов, режимами электронно-лучевой сварки и токовыми нагрузками вакуумно-дуговых плавок, пример 4 - количеством швов.They differ from example 1 in the mass and density of briquettes, the mass of electrodes, electron beam welding modes and current loads of vacuum-arc melts, example 4 - in the number of seams.
Пример 5-7Example 5-7
Отличаются от примера 1 составом шихты с использованием электролитического порошка, измельченных иодидных прутков (марки ГФИ-1) и оборотов (химический состав соответствует марке ГФЭ-1), а также силой тока вакуумно-дуговых плавок.They differ from example 1 in the composition of the mixture using electrolytic powder, ground iodide rods (grade GFI-1) and revolutions (chemical composition corresponds to grade GFE-1), as well as the current strength of vacuum-arc melts.
Полученные результаты приведены в таблице. Увеличение выхода годного по сравнению с прототипом составило от 2,6 до 5,3%.The results are shown in the table. The increase in yield compared to the prototype ranged from 2.6 to 5.3%.
Таким образом, разработан новый способ получения слитков гафния путем прессования брикетов из шихтовых материалов с заданной плотностью, изготовления механически прочного электрода с установленными параметрами режимов сварки и количества швов, проведения двойного вакуумно-дугового переплава с выбранными значениями силы тока дуги в зависимости от диаметра слитка и использования двухступенчатого режима второго вакуумно-дугового переплава, что позволило увеличить выход годного за счет уменьшения литейных дефектов слитка (улучшение проплава боковой поверхности и локализация залегания усадочной раковины).Thus, a new method has been developed for producing hafnium ingots by pressing briquettes from charge materials with a given density, manufacturing a mechanically durable electrode with set welding mode parameters and the number of welds, conducting a double vacuum-arc remelting with selected values of the arc current depending on the diameter of the ingot and the use of the two-stage regime of the second vacuum-arc remelting, which allowed to increase the yield by reducing casting defects of the ingot (improvement roplav of the lateral surface and localization of the shrinkage shell).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151997/02A RU2593807C2 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method for production of hafnium by vacuum arc remelting |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151997/02A RU2593807C2 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method for production of hafnium by vacuum arc remelting |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014151997A RU2014151997A (en) | 2016-07-10 |
RU2593807C2 true RU2593807C2 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56372621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014151997/02A RU2593807C2 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method for production of hafnium by vacuum arc remelting |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2593807C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5156689A (en) * | 1991-05-20 | 1992-10-20 | Westinghouse Electric Corporation | Near net shape processing of zirconium or hafnium metals and alloys |
RU2082793C1 (en) * | 1989-07-24 | 1997-06-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии | Process for preparing hafnium |
WO2002052051A2 (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-04 | Rmi Titanium Company | Methods of melting titanium and other metals and alloys by plasma arc or electron beam |
RU2443789C2 (en) * | 2010-04-19 | 2012-02-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace |
-
2014
- 2014-12-23 RU RU2014151997/02A patent/RU2593807C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082793C1 (en) * | 1989-07-24 | 1997-06-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии | Process for preparing hafnium |
US5156689A (en) * | 1991-05-20 | 1992-10-20 | Westinghouse Electric Corporation | Near net shape processing of zirconium or hafnium metals and alloys |
WO2002052051A2 (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-04 | Rmi Titanium Company | Methods of melting titanium and other metals and alloys by plasma arc or electron beam |
RU2443789C2 (en) * | 2010-04-19 | 2012-02-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for obtaining hafnium ingots in electron beam furnace |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Металлургия гафния, под ред. ТОМАСА Д.Е. и др., М, Металлургия, 1967, с.141-142. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014151997A (en) | 2016-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2017279628B2 (en) | A system and method for extraction and refining of titanium | |
JP4707036B2 (en) | Method for producing alloy ingot by molten salt electrolysis using ESR heating | |
JP5048222B2 (en) | Method for producing long ingots of active refractory metal alloys | |
KR20130029018A (en) | Flux for electroslag overlay welding | |
JP5064974B2 (en) | Ingot manufacturing method for TiAl-based alloy | |
JP5027682B2 (en) | Method for producing refractory metal ingot | |
JP2010116581A (en) | Method for producing titanium ingot using vacuum arc melting furnace | |
RU2593807C2 (en) | Method for production of hafnium by vacuum arc remelting | |
RU2335553C2 (en) | Consumable electrode for producing high titanium ferro alloy by means of electro slag melting | |
JP2011173172A (en) | Method for producing long cast block of active high melting point metal alloy | |
RU2011141933A (en) | METHOD OF ELECTRIC SLAG RELEASING OF METAL-CONTAINING WASTE | |
JP5006161B2 (en) | Ingot manufacturing method for TiAl-based alloy | |
CN1335925A (en) | Method and device for melting rare earth magnet scrap and primary molten alloy of rare earth magnet | |
JP5261216B2 (en) | Method for melting long ingots | |
RU2661322C2 (en) | Method for manufacture of bimetallic electrode by electroslag cladding | |
RU2382826C1 (en) | Manufacturing method of consumable electrode | |
RU2247162C1 (en) | Method of production of blanks from copper or its alloys | |
RU2114925C1 (en) | Method for manufacture of consumable electrodes from lumpy metal wastes | |
RU2762460C1 (en) | Method for producing special copper ingots | |
RU2796507C1 (en) | Method for obtaining zirconium-niobium alloy | |
RU2314355C1 (en) | Consumable electrode production method | |
JP5022184B2 (en) | Ingot manufacturing method for TiAl-based alloy | |
RU2602579C1 (en) | Method for production of high-speed steel from wastes of worn-out cutting tool | |
RU2796483C1 (en) | Method for smelting titanium- and boron-containing grade ingots by electroslag remelting method | |
JP2014031551A (en) | Raw material for melt-forming metal ingot and method for melt-forming metal ingot by using the same |