RU2661322C2 - Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки - Google Patents

Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки Download PDF

Info

Publication number
RU2661322C2
RU2661322C2 RU2016132025A RU2016132025A RU2661322C2 RU 2661322 C2 RU2661322 C2 RU 2661322C2 RU 2016132025 A RU2016132025 A RU 2016132025A RU 2016132025 A RU2016132025 A RU 2016132025A RU 2661322 C2 RU2661322 C2 RU 2661322C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
slag
copper
steel
pipe
Prior art date
Application number
RU2016132025A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016132025A (ru
Inventor
Николай Васильевич Шепелев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ)
Priority to RU2016132025A priority Critical patent/RU2661322C2/ru
Publication of RU2016132025A publication Critical patent/RU2016132025A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2661322C2 publication Critical patent/RU2661322C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K25/00Slag welding, i.e. using a heated layer or mass of powder, slag, or the like in contact with the material to be joined
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16Remelting metals
    • C22B9/18Electroslag remelting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении биметаллических деталей. В способе используют стальную трубу, которую жестко закрепляют на стальной пластине - нижнем электроде, образующем донную часть отрезка стальной трубы, вводят в нее графитовый электрод до соприкосновения с нижним электродом и засыпают шлак, содержащий 60% CaF, 30% AlO, 10% CaO, пропускают ток для расплавления шлака и одновременного прогрева стальной трубы до температуры 950-1000°С, удаляют графитовый электрод и вводят наплавляемый медный электрод до касания его со шлаком и замыкания электрической цепи, после полного сплавления медного электрода процесс прекращают, полученную заготовку охлаждают, удаляют нижний электрод и шлак с поверхности меди, закрывают пространство трубы над медью фланцем с трубками для подачи и удаления охлаждающей жидкости и приваривают стальной стержень, который является держателем электрода и проводником тока. Изобретение позволяет получить биметалл для изготовления нерасходуемого электрода, который используют в электрошлаковых установках в процессе утилизации отходов металлургических шлаков и золы ТЭЦ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении биметаллических деталей и утилизации металлургических шлаков и зол ТЭЦ.
Известен способ изготовления биметаллических деталей, включающей основной металл, кристаллизатор, второй металл в виде электрода электрошлаковой сварки, который расплавляют электрошлаковым способом, при этом происходит приплавление второго металла к основному. / Электрошлаковая сварка и наплавка / Под ред. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1980. 511 с.
Недостатком данного способа является то, что для такого плавления нужен кристаллизатор с заданными геометрическими размерами, которые не всегда можно обеспечить, стоимость изготовления таких кристаллизаторов может превышать стоимость детали, которую изготовляют таким способом.
Известен так же способ наплавки биметаллических деталей электродами большого сечения / стр. 57 / Электрошлаковая наплавка. Ю.М. Кусков, В.Н. Скороходов, И.А. Рябцев, И.С. Сарычев. М.: «Наука и технологии» 2001. 179 с./. Сущность данного способа заключается в том, что старт процесса осуществляется наплавляемым электродом и весь процесс проводят на одном электроде. Для того чтобы осуществлять старт необходимо иметь вторую печь для расплавления шлака. После расплавления шлака его сливают в нагретый до температуры 600-800 град. Ковш. Затем данный жидкий шлак заливают в кристаллизатор и включают трансформатор. Электрическая цепь, включающая верхний наплавляемый электрод, жидкий шлак и нижний электрод, замыкается и по цепи проходит заданный ток, который и плавит металл наплавляемого электрода. Таким образом, происходит наплавка и изготовляется биметаллической детали
Недостатком данного способа является то, что старт осуществляется через жидкий шлак. Для того чтобы его расплавить, нужна вторая электрошлаковая печь. Прогретый ковш. При таком старте нет гарантии прочности приварки. Так как наплавляемый электрод начинает плавиться, а основание, на которое наплавляется металл, имеет еще низкую температуру и сплавление между ними происходит тогда, когда температура основы будет порядка температуры плавления наплавляемого электрода. Такой способ не пригоден, если наплавляемый металл и основной имеют разность температур плавления, превышающую 50-100 град.
Известен способ восстановления руды на рудовосстановительных печах [Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория Технология Электрометаллургии Ферросплавов. М.: «СП Интермет Инжиниринг». 1999 г. 764 с.]. Для расплавления руды (металлургического шлака) в таких печах используют в качестве не расходуемого электрода графитовый стержень определенного диаметра
Недостатком данного способа является то, что такой электрод вносит в получаемый металл примеси. В процессе работы, взаимодействуя с восстановленным металлом, может образовывать карбиды.
Задача изобретения и технический результат состоят в том, чтобы получить биметалл меди и стали, разница в температурах плавления которых составляет 500 град. Иметь гарантированную приварку их по всей площади с начала процесса и совместить получение жидкого шлака в одной установке электрошлакового переплава. Полученный биметалл необходим для изготовления не расходуемого электрода, при использовании в процессе утилизации отходов металлургических шлаков и зол ТЭЦ в электрошлаковых установках, с получением полезного продукта без вредных примесей (углерод, фтор, сера). Электрод должен служить продолжительное время, быть безопасен и после восстановления металла не иметь примесей, которые приводят продукт к браку.
Поставленная задача достигается тем, что в способе электрошлаковой наплавки биметаллических изделий, включающем расплавление шлака (60% Са F2, 30% Al2O3, 10% СаО) с использованием графитового электрода, в соответствии с изобретением графитовый электрод приводят в соприкосновение с нижним электродом, образующим донную часть отрезка стальной трубы, в которую засыпают шлак и пропускают ток, после расплавления шлака при одновременном прогреве стальной трубы до температуры 950-1000 град, графитовый электрод удаляют и заменяют на наплавляемый медный электрод, опуская его в стальную трубу до касания со шлаком, замыкая таким образом электрическую цепь, ток устанавливают таким, чтобы стальная труба на протяжении всего процесса переплава меди наплавляемого электрода была в заданном интервале температур до окончания процесса наплавки, после чего, полученную заготовку охлаждают, удаляют нижний электрод, удаляют шлак над медью и пространство трубы над медью закрывают фланцем с вводной и выводной трубками для подачи и удаления охлаждающей жидкости и металлическим держателем, способным выполнять функцию проводника тока.
Если температура основного металла (стали) будет меньше 900 град., то его поверхность покрывается шлаковой корочкой, так называемый автогорнесаж, и медь не приваривается к металлу (стали) и при использовании в дальнейшем в процессе утилизации металлургических шлаков и зол ТЭЦ при подаче охлаждающей жидкости в полость электрода она просачивается между медью и металлом по шлаку. Таким образом, электрод будет не пригоден к работе.
Если температура основного металла больше, чем 1050, то происходит значительное растворение железа в меди, что приводит уменьшению теплопроводности меди, а следовательно к перегреву электрода во время работы
Подтверждение выбора температуры приведено в Таблице №1
Figure 00000001
Figure 00000002
Таким образом, данный интервал температуры наплавки обеспечивает работоспособность электрода фото 1.
Пример реализации способа.
Стальную трубу диаметром 150 мм и толщиной стенки 15 мм, высота заготовки 400 мм, жестко закрепляют на стальной пластине толщиной 30 мм служащей нижним электродом, вводят в трубу графитовый электрод диаметром 100 мм до касания с нижним электродом, засыпают шлак, состоящий из CaF2, СаО, Al2O3, подают напряжение 35 В, возникает электрический ток 2000 А, который разогревает и плавит шлак, одновременно нагревая стальную трубу. При температуре 1000 град, удаляют графитовый электрод и вводят медный электрод до касания с жидким шлаком при включенном трансформаторе. Во все время плавления медного электрода ток поддерживают в таком диапазоне, чтобы температура стальной трубы была порядка 1000 град. После полного сплавления медного электрода процесс прекращают.
Заготовку охлаждают до комнатной температуры, удаляют нижний электрод, удаляют шлак с поверхности меди, пространство над медью высотой 150 мм (фото 1) закрывают фланцем (например, приваривают). Фланец имеет две трубки диаметром 32 мм и высотой 1200 мм для ввода и вывода воды. Вводная трубка должна быть расположена на расстоянии 15 мм от поверхности меди, а выводная - на уровне фланца. На фланец приваривают стальной стержень квадратного сечения 50×50 мм, высотой 800 мм. В дальнейшем этот стержень служит держателем электрода и проводником тока.
Способ утилизации металлургических шлаков и зол ТЭЦ восстановительной плавкой в печи электрошлакового переплава, включающей тигель с подовым электродом и нерасдуемый электрод, согласно изобретению состоит в следующем, в качестве нерасходуемого электрода используют биметаллический медно-стальной электрод по п. 1, который закрепляют на электрододержателе, на трубках электрода закрепляют шланги и подают охлаждающую жидкость, затем электрод опускают до касания с подовым электродом тигля и подают напряжение, при этом через электрод пойдет ток, в этот момент начинают подсыпать смесь металлургического шлака или золы ТЭЦ с CaF2. После расплавления смеси и стабилизации режима по току подсыпают только металлургический шлак или золу ТЭЦ, затем добавляют соответствующее количество восстановителя и сливают расплав в форму, где он при охлаждении разделяется на полезный продукт (металл) и шлак.
Если вместо нерасходуемого медно-стального электрода использовать графитовый электрод, то в выплавленном продукте-металле после восстановления будут примеси в виде карбидов и сам углерод (таблица 2)
Пример реализации способа.
Исходным сырьем является металлургический шлак, который получается при производстве алюмо-марганцевых лигатур, содержащий 45% MnO и 55% Al2O3. общим весом 300 кг
Закрепляют стальной держатель не расходуемого медно-стального электрода в электродержателе электрошлаковой установки. Соединяют гибкие шланги с трубками системы охлаждения. Опускают медно-стальной электрод в тигель и устанавливают его на расстоянии одного двух миллиметров над поверхностью подового электрода таким образом, чтобы при качании медно-стального электрода он касался подового электрода боковиной. Подают напряжение 32 В на медно-стальной электрод.
Засыпают в тигель смесь исходного металлургического шлака с CaF2 в пропорции 90% CaF2 и 10% металлургического шлака общим весом 0,5-1 кг. Включают подачу охлаждающей жидкости. Медленно покачивают медно-стальной электрод. В момент касания его с подовым электродом возникает дуга и через электроды пойдет ток, который будет расплавлять смесь (фото 2), которую засыпали в тигель. После ее расплавления засыпают остальную смесь 4 кг, как только она расплавится и установится стабильный ток порядка 10000 А плюс минус 200 А. начинают засыпать металлургический шлак порционно по 3-4 кг.
После расплавления металлургического шлака весом около 20-25 кг начинают вместе с порциями металлургического шлака добавлять восстановитель (для данного случая - металлический алюминий) из расчета по стехиометрии на каждый килограмм оксида марганца 253 грамма алюминия.
В 300 кг металлургического шлака содержится 135 оксида марганца, т.е. для его восстановления потребуется 25 кг металлического алюминия.
После проплавления последней порции металлургического шлака, в результате которого получают 94,5 кг металлического марганца, добавляют металлический алюминий из расчета получить лигатуру А/ Mn 10(A) весом 945 кг
Удаляют медно-стальной электрод из тигля и выключают напряжение. Жидкий расплав выливают из тигля в форму. После охлаждения отделяют металлическую лигатуру - полезный продукт от шлака (окислы алюминия и фторид кальция) Выключают подачу охлаждающей жидкости на медно стальной электрод
В таблице 2 указаны результаты утилизации металлургических шлаков от производства алюминиевых лигатур и, в частности, алюминий-марганец 45 и получения лигатуры А/Mn10(А).
Figure 00000003
Таким образом при переплаве данных отходов с использованием медно-стального электрода получаем годный продукт в соответствии с (ГОСТ Р53777-2010 А/Mn10(А) сумма примесей не должна превышать 0,04)., в то время как при использовании графитового электрода процент примесей превышает норму.

Claims (2)

1. Способ изготовления биметаллического электрода, включающий электрошлаковую наплавку электрода путем расплавления шлака, содержащего 60% Ca F2, 30% Al2O3, 10% CaO, с использованием графитового электрода, отличающийся тем, что осуществляют наплавку медного электрода, при этом используют стальную трубу, которую жестко закрепляют на стальной пластине, служащей нижним электродом, образующим донную часть отрезка стальной трубы, вводят в трубу графитовый электрод до соприкосновения с нижним электродом и засыпают упомянутый шлак, пропускают ток для расплавления шлака и одновременного прогрева стальной трубы до температуры 950-1000°С, удаляют графитовый электрод и вводят наплавляемый медный электрод до касания его со шлаком и замыкания электрической цепи, при этом в течение всего процесса переплава медного электрода силу электрического тока поддерживают в диапазоне, обеспечивающем прогрев стальной трубы в упомянутом интервале температур до окончания процесса наплавки, после чего полученную заготовку охлаждают, удаляют стальную пластину и шлак с поверхности меди, закрывают пространство трубы над медью фланцем с трубками для подачи и удаления охлаждающей жидкости, к которому приваривают стальной стержень, используемый в качестве держателя полученного биметаллического электрода и проводника тока.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устье трубки для подачи охлаждающей жидкости располагают на расстоянии 15 мм от поверхности меди, а трубку для удаления охлаждающей жидкости - на уровне упомянутого фланца.
RU2016132025A 2016-08-03 2016-08-03 Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки RU2661322C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016132025A RU2661322C2 (ru) 2016-08-03 2016-08-03 Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016132025A RU2661322C2 (ru) 2016-08-03 2016-08-03 Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016132025A RU2016132025A (ru) 2018-02-08
RU2661322C2 true RU2661322C2 (ru) 2018-07-13

Family

ID=61173983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016132025A RU2661322C2 (ru) 2016-08-03 2016-08-03 Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661322C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112974791B (zh) * 2021-02-09 2022-08-30 包头市金为达稀土材料有限公司 一种阴极铸模装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2525133A (en) * 1945-06-22 1950-10-10 Kellogg M W Co Manufacture of composite metal articles
SU1026947A1 (ru) * 1981-10-05 1983-07-07 Институт проблем литья АН УССР Способ наплавки металла на деталь
WO1993009258A1 (en) * 1991-10-28 1993-05-13 Elektrometallurgichesky Zavod 'elektrostal' Imeni I.F.Tevosiana Method for electroslag casting of ingots from a granular metal-containing blend
RU2139155C1 (ru) * 1998-04-14 1999-10-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Валок" Способ ремонта, способ электрошлаковой наплавки, устройство для электрошлаковой наплавки и кристаллизатор устройства для электрошлаковой наплавки чугунных прокатных валков
RU2485188C1 (ru) * 2011-11-14 2013-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ получения биметаллического слитка

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2525133A (en) * 1945-06-22 1950-10-10 Kellogg M W Co Manufacture of composite metal articles
SU1026947A1 (ru) * 1981-10-05 1983-07-07 Институт проблем литья АН УССР Способ наплавки металла на деталь
WO1993009258A1 (en) * 1991-10-28 1993-05-13 Elektrometallurgichesky Zavod 'elektrostal' Imeni I.F.Tevosiana Method for electroslag casting of ingots from a granular metal-containing blend
RU2139155C1 (ru) * 1998-04-14 1999-10-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Валок" Способ ремонта, способ электрошлаковой наплавки, устройство для электрошлаковой наплавки и кристаллизатор устройства для электрошлаковой наплавки чугунных прокатных валков
RU2485188C1 (ru) * 2011-11-14 2013-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ получения биметаллического слитка

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016132025A (ru) 2018-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3472650A (en) Electric-arc steelmaking
RU2002125939A (ru) Способ и устройство для получения расплавленного железа
US3469968A (en) Electroslag melting
RU2661322C2 (ru) Способ изготовления биметаллического электрода путем электрошлаковой наплавки
US7849912B2 (en) Process for electroslag remelting of metals and ingot mould therefor
JPH11310833A (ja) 金属・合金の溶解方法及び溶解鋳造方法
JP5408417B2 (ja) フェロニッケル製錬用電気炉の操業方法
CN205382196U (zh) 一种锌锡真空蒸馏炉
JP5455193B2 (ja) ステンレス鋼の製造方法
JP3746921B2 (ja) 電気溶融炉の運転方法
KR101075452B1 (ko) 유리 용해로
Sears Current processes for the cold-wall melting of titanium
JP5203680B2 (ja) 金属のエレクトロスラグ再溶解のプロセスおよびこれに使用されるインゴット・モールド
RU2194780C1 (ru) Вакуумная дуговая гарнисажная печь
JP4985903B2 (ja) 溶解炉の合金溶製方法
JPS5840791A (ja) 出滓方法
WO2013056348A4 (en) Energy efficient salt-free recovery of metal from dross
RU199207U1 (ru) Многофункциональная лабораторная электрическая печь сопротивления
Zaitsev et al. Reliable steel-copper anodes for direct current electric arc furnaces manufactured by electroslag remelting under two circuits diagram
JP2006046824A (ja) 溶融炉用排出ノズルおよび溶融物の排出方法
JPS62502598A (ja) エレクトロスラグ再溶融により中空のビレツトを製造する方法及びその方法を実施する装置
JP2747983B2 (ja) 都市ごみ焼却灰の溶融処理方法及びその装置
RU72227U1 (ru) Установка электрошлакового переплава чугунной стружки
JPS6364485B2 (ru)
SU796627A1 (ru) Тигельна печь