RU2656915C1

RU2656915C1 - Method for obtaining hollow billet by method of electroslag remelting using the bismuth powder

Info

Publication number: RU2656915C1
Application number: RU2017118436A
Authority: RU
Inventors: Илья Валерьевич Чуманов; Дмитрий Владимирович Сергеев
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-06-07

Abstract

FIELD: metallurgy; technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrometallurgy, namely, to special electrofusion processes using electroslag remelting (ESR) and to obtaining a hollow billet using bismuth powder. Method includes vertical surfacing in the water-cooled crystallizer of the consumable electrode. In the liquid slag bath during the entire remelting process, bismuth powder is fed, which is pre-sieved to a fraction no larger than 3 mm and calcined at a temperature of 150 °C for 3 hours, and subjected to melting simultaneously with the consumable electrode, with its crystallization in the center of the preform, the resulting preform is placed in a heating furnace, placed horizontally on a container with stops, are subjected to a thermal treatment at a temperature of 300 °C for 2 hours with the outflow of molten bismuth during the heat treatment from the preform to form the cavity of the preform.

EFFECT: invention makes it possible to obtain hollow billets by the ESR method using a simplified technological chain, with the exception of additional equipment and a reduction in the cost of production.

1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к специальным процессам электроплавки.The invention relates to the field of electrometallurgy, and in particular to special processes of electric melting.

Известен способ получения полой заготовки методом электрошлаковой прошивки (Электрошлаковый переплав / Клюев М.М., Волков С.Е. – М.: Издательство «Металлургия», 1984, 208 с., с.22).A known method of obtaining a hollow billet by electroslag firmware (Electroslag remelting / Klyuev MM, Volkov S.E. - M .: Publishing House "Metallurgy", 1984, 208 S., p.22).

В качестве ближайшего аналога выбран способ получения полого слитка (заготовки) электрошлаковым переплавом (ЭШП) с вращением электрода относительно своей оси (RU 2413016, С22В 9/18, опубл. 27.02.2011).As the closest analogue, the method of obtaining a hollow ingot (billet) by electroslag remelting (ESR) was chosen with the rotation of the electrode about its axis (RU 2413016, C22B 9/18, publ. 02.27.2011).

В способе осуществляют вертикальную наплавку в водоохлаждаемый кристаллизатор расходуемого электрода с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне. 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. Изобретение позволяет повысить качество получаемых полых слитков за счет исключения попадания в металл неметаллических частиц и исключения износа прошивающего дорна.In the method, vertical surfacing is carried out in a water-cooled crystallizer of a consumable electrode with the simultaneous supply of a flashing mandrel through an opening in the pallet. The consumable electrode throughout the process of remelting rotates around its axis at a speed that ensures the delivery of drops of electrode metal along a radial path to the periphery of the slag and liquid metal baths outside the sub-electrode zone. The invention improves the quality of the obtained hollow ingots by eliminating the ingress of non-metallic particles into the metal and eliminating the wear of the flashing mandrel.

Недостатком данного способа является сложность и дороговизна изготавливаемой конструкции, так как реализация данного метода осуществляется благодаря использованию медных водоохлаждаемых элементов, а именно поддона и прошивающего дорна. Вторым минусом предлагаемого способа является то, что использование механизма подъема прошивающего дорна и механизма вращения электрода без увеличения размеров станины, по которой перемещается каретка с электрододержателем, повлечет за собой уменьшение длины переплавляемого электрода, что впоследствии повлияет и на размеры конечного слитка. Увеличение длины станины не всегда возможно вследствие ограниченной высоты помещения. Кроме конструктивных минусов, к минусам также можно отнести сложность вычисления зависимостей скоростей вращения двигателей, отвечающих за подъем прошивающего дорна, опускание переплавляемого электрода и скорости вращения электрода при переходе на другой типоразмер переплавляемого электрода. Также переход на другой типоразмер электрода повлечет за собой и внесение изменений в конструкцию прошивающего дорна.The disadvantage of this method is the complexity and high cost of the manufactured structure, since the implementation of this method is carried out through the use of copper water-cooled elements, namely the tray and the stitching mandrel. The second disadvantage of the proposed method is that the use of the lifting mechanism of the stitching mandrel and the rotation mechanism of the electrode without increasing the size of the bed along which the carriage with the electrode holder moves will result in a decrease in the length of the remelted electrode, which will subsequently affect the size of the final ingot. Extension of the bed length is not always possible due to the limited height of the room. In addition to the design minuses, the minuses also include the difficulty of calculating the dependences of the rotational speeds of the engines responsible for raising the stitching mandrel, lowering the remelted electrode and the rotation speed of the electrode when switching to another standard size of the remelted electrode. Also, the transition to another standard electrode size will entail the introduction of changes in the design of the stitching mandrel.

Задачей изобретения является снижение сложности технологического процесса и себестоимости продукции за счет получения полой заготовки путем подачи порошка висмута, который обладает более высокой плотностью и более низкой температурой плавления относительно переплавляемого металла, в ванну расплавленного шлака с последующим удалением данного элемента из полой заготовки в нагревательной печи.The objective of the invention is to reduce the complexity of the process and the cost of production due to obtaining a hollow billet by feeding bismuth powder, which has a higher density and lower melting point relative to the remelted metal, into a bath of molten slag, followed by removal of this element from the hollow billet in a heating furnace.

Указанная задача решается тем, что во время проведения процесса электрошлакового переплава в жидкую шлаковую ванну подают порошок висмута. Данный порошок предварительно просеивают до фракции размером не более 3 мм, что позволяет избежать попадания крупных кусков в ванну жидкого шлака. Также порошок перед подачей предварительно прокаливают при температуре 150°С, в течение 3-х часов, что позволяет полностью избежать попадания влаги в ванну жидкого шлака, а также снизить градиент температур, при снижении температуры прокаливания не произойдет полного удаления влаги, а при повышении температуры может произойти частичное расплавление порошка висмута.This problem is solved by the fact that during the process of electroslag remelting in a liquid slag bath serves bismuth powder. This powder is pre-sieved to a fraction of no more than 3 mm in size, which avoids the ingress of large pieces into the liquid slag bath. Also, the powder is preliminarily calcined at a temperature of 150 ° C for 3 hours before being fed, which completely eliminates the ingress of moisture into the liquid slag bath, and also reduces the temperature gradient; when the calcination temperature is lowered, moisture will not be completely removed, but when the temperature is increased partial melting of bismuth powder may occur.

В процессе проведения электрошлакового переплава порошок оплавляется вместе с электродом, подача порошка осуществляется в ходе всего процесса переплава, однако благодаря тому, что висмут обладает более высокой плотностью относительно переплавляемого металла, он осаждается в центре заготовки под действием сил гравитации, а высокая скорость кристаллизации жидкого металла при электрошлаковом переплаве не позволяет ему распространиться по всему телу слитка. После завершения процесса плавки заготовка помещается в нагревательную печь, и подвергается термической обработке при температуре 300°С в течение 2-х часов, и охлаждается с печью. Предварительно на подину нагревательной печи устанавливается емкость с упорами, на которой заготовка располагается горизонтально. В процессе проведения термической обработки при данной температуре места скопления висмута расплавляются, висмут вытекает из заготовки в емкость, образуя полость с крупной пористостью внутри тела заготовки. Однако после проведения данной термообработки, отожженная заготовка легче подвергается механической обработке, а крупная пористость способствует механической обработке внутренней стенки получаемой заготовки без больших потерь металла.In the process of electroslag remelting, the powder is melted together with the electrode, the powder is supplied during the entire remelting process, however, due to the fact that bismuth has a higher density relative to the remelted metal, it is deposited in the center of the workpiece under the influence of gravitational forces, and the high crystallization rate of liquid metal during electroslag remelting it does not allow it to spread throughout the body of the ingot. After the melting process is completed, the billet is placed in a heating furnace, and subjected to heat treatment at a temperature of 300 ° C for 2 hours, and cooled with the furnace. Previously, a container with stops is installed on the bottom of the heating furnace, on which the workpiece is horizontal. In the process of heat treatment at a given temperature, the bismuth accumulation sites melt, bismuth flows from the preform into a container, forming a cavity with large porosity inside the preform body. However, after carrying out this heat treatment, the annealed preform is more easily machined, and the large porosity contributes to the machining of the inner wall of the resulting preform without large metal losses.

Сущность данного способа иллюстрируется схемой (фиг.), где 1 – ванна жидкого шлака, 2 – закристаллизовавшаяся легкоплавкая фаза, 3 – порошок висмута, 4 – переплавляемый электрод, 5 – кристаллизатор.The essence of this method is illustrated by the scheme (Fig.), Where 1 is a bath of liquid slag, 2 is a crystallized low-melting phase, 3 is a bismuth powder, 4 is a remelted electrode, 5 is a crystallizer.

Пример осуществления способаAn example of the method

Процесс получения полой заготовки проводился на установке А 550. В качестве переплавляемого металла использовалась ст.20. Длина сплавляемой части переплавляемого электрода – 72 см, а его диаметр - 40 мм. Порошок висмута был просеян до фракции размером не более 3 мм и прокален при температуре 150°С в течение трех часов, что позволило полностью удалить влагу и не привело к расплавлению порошка висмута. Подача порошка висмута осуществлялась после образования жидкой ванны металла на протяжении всей плавки равными порциями, общее количество поданного порошка висмута составило 0,8 кг.The process of obtaining a hollow billet was carried out on the A 550 installation. Art.20 was used as a remelted metal. The length of the fused part of the remelted electrode is 72 cm, and its diameter is 40 mm. Bismuth powder was sieved to a fraction of no more than 3 mm in size and calcined at a temperature of 150 ° C for three hours, which completely removed moisture and did not lead to the melting of bismuth powder. The supply of bismuth powder was carried out after the formation of a liquid metal bath throughout the melting in equal portions, the total amount of bismuth powder supplied was 0.8 kg.

Процесс электрошлакового переплава проводили с использованием флюса АНФ-6 в количестве 0,9 кг. Флюс предварительно подвергался прокаливанию при температуре 400°С в течение 3-х часов для удаления из него остаточной влаги.The electroslag remelting process was carried out using flux ANF-6 in an amount of 0.9 kg. The flux was previously calcined at a temperature of 400 ° C for 3 hours to remove residual moisture from it.

Плавка проводилась на токе (1,2 кА), что способствует меньшему угару висмута. Продолжительность плавки составила 11 минут. Длина полученной заготовки составила 140 мм, а его диаметр 90 мм. После того как заготовка была изъята из кристаллизатора, она была подвергнута термической обработке при температуре 300°C в течение 2-х часов, в ходе которой была удалена легкоплавкая фаза. После проведения всех этапов данной технологии наблюдается крупная пористость в центре заготовки, что является положительным фактором для механической обработки при изготовлении полых заготовок.Melting was carried out at a current (1.2 kA), which contributes to less bismuth burnout. The duration of the heat was 11 minutes. The length of the obtained billet was 140 mm, and its diameter was 90 mm. After the workpiece was removed from the mold, it was subjected to heat treatment at a temperature of 300 ° C for 2 hours, during which the low-melting phase was removed. After carrying out all the stages of this technology, large porosity is observed in the center of the workpiece, which is a positive factor for machining in the manufacture of hollow workpieces.

Предлагаемый способ позволяет упростить технологический процесс получения полых заготовок методом электрошлакового переплава за счет использования легкоплавкой фазы, в роли которой выступает порошок висмута без использования дополнительного оборудования, и тем самым снизить себестоимость продукции.The proposed method allows to simplify the process of obtaining hollow billets by the method of electroslag remelting by using a low-melting phase, the role of which is bismuth powder without the use of additional equipment, and thereby reduce the cost of production.

Claims

A method of obtaining a hollow billet by electroslag remelting using bismuth powder, including vertical surfacing in a water-cooled mold consumable electrode, characterized in that bismuth powder is fed into the liquid slag bath during the entire remelting process, which is pre-sieved to a fraction of no more than 3 mm and calcined at a temperature of 150 ° C for 3 hours, and subjected to melting simultaneously with a consumable electrode with its crystallization in the center of the workpiece, the resulting workpiece placed in a heating furnace, placed horizontally on a container with stops, subjected to heat treatment at a temperature of 300 ° C for 2 hours with the flow of molten bismuth during heat treatment from the workpiece with the formation of the cavity of the workpiece.