RU2807237C1 - Method for smelting heat-resistant copper base alloys - Google Patents
Method for smelting heat-resistant copper base alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807237C1 RU2807237C1 RU2023103359A RU2023103359A RU2807237C1 RU 2807237 C1 RU2807237 C1 RU 2807237C1 RU 2023103359 A RU2023103359 A RU 2023103359A RU 2023103359 A RU2023103359 A RU 2023103359A RU 2807237 C1 RU2807237 C1 RU 2807237C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- smelting
- metal
- copper
- minutes
- Prior art date
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 30
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 12
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N (2r)-2-[(4-fluorophenoxy)methyl]oxirane Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1OC[C@@H]1OC1 CGWDABYOHPEOAD-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
1. Область техники1. Field of technology
Изобретение относится к области цветной металлургии, конкретно к способам получения низколегированных жаропрочных сплавов на медной основе, предназначенных для изготовления различных деталей, подвергаемых при эксплуатации значительным механическим и термическим нагрузкам.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, specifically to methods for producing low-alloy heat-resistant copper-based alloys intended for the manufacture of various parts subjected to significant mechanical and thermal loads during operation.
2. Предшествующий уровень техники2. Prior art
Известен «Способ получения слитка из дисперсионно-твердеющего низколегированного сплава на медной основе и способ производства из него металлопродукции» (патент RU №2378403, кл. С22С 1/02, С22С 9/00, C22F 1/08, опубл. 10.01.2010). Способ включает выплавку с перегревом медного расплава, с последовательным введением в него легирующих элементов и/или лигатур, литья слитков с последующим охлаждением. Недостатком известного способа является отсутствие эффективных операций, обеспечивающих получение сплава повышенной чистоты, а также требуемой однородности и уровня свойств. Known is the “Method for producing an ingot from a dispersion-hardening low-alloy copper-based alloy and a method for producing metal products from it” (RU patent No. 2378403, class C22C 1/02, C22C 9/00, C22F 1/08, publ. 01/10/2010) . The method includes smelting a copper melt with overheating, with the sequential introduction of alloying elements and/or alloys into it, casting ingots with subsequent cooling. The disadvantage of this known method is the lack of effective operations that ensure the production of an alloy of increased purity, as well as the required homogeneity and level of properties.
Известен «Способ получения слитков особо чистой меди» (патент RU 2762460, кл. С22В 15/00, С22В 9/22, опубл. 21.12.2021). Способ включает подготовку исходных материалов, изготовление из них расходуемого электрода и его последовательный тройной электроннолучевой переплав, с промежуточной механической обработкой поверхности наплавляемых слитков после всех этапов переплава. К недостаткам способа можно отнести высокую трудоемкость процесса изготовления расходуемого электрода, значительные трудозатраты, связанные с необходимостью использования тройного электроннолучевого переплава и наличие соответствующего плавильного оборудования.The “Method for producing extra-pure copper ingots” is known (patent RU 2762460, class C22B 15/00, C22B 9/22, published 12/21/2021). The method includes the preparation of source materials, the manufacture of a consumable electrode from them and its sequential triple electron beam remelting, with intermediate mechanical treatment of the surface of the deposited ingots after all stages of remelting. The disadvantages of the method include the high labor intensity of the process of manufacturing a consumable electrode, significant labor costs associated with the need to use triple electron beam remelting and the availability of appropriate melting equipment.
Известен «Способ получения высококачественной меди вакуумной дуговой плавкой» (патент RU 2156822, кл. С22В 15/14, опубл. 27.09.2000), включающий плавку медных катодов в графитовом тигле нерасходуемым графитовым электродом при удельной мощности электрической дуги в пределах 4×106 - 6×106 Вт на 1 м2 внутреннего поперечного сечения тигля в течение времени, продолжительность которого определяют по выражению: 8,1cth/10-9×q≤τ≤8,9cth/10-9×q, где cth - функция гиперболического котангенса; τ - продолжительность плавки, с; q - удельная мощность электрической дуги, Вт/м2. Недостатком данного способа является невозможность обеспечения высокой однородности наплавляемого слитка по его высоте из-за одновременного протекания процессов плавления и кристаллизации.There is a well-known “Method for producing high-quality copper by vacuum arc melting” (patent RU 2156822, class C22B 15/14, published on September 27, 2000), which includes melting copper cathodes in a graphite crucible with a non-consumable graphite electrode at a specific power of the electric arc within 4×10 6 - 6×10 6 W per 1 m 2 of the internal cross-section of the crucible for a time, the duration of which is determined by the expression: 8.1cth/10 -9 ×q≤τ≤8.9cth/10 -9 ×q, where cth is the function hyperbolic cotangent; τ - duration of melting, s; q is the specific power of the electric arc, W/ m2 . The disadvantage of this method is the impossibility of ensuring high uniformity of the deposited ingot along its height due to the simultaneous occurrence of melting and crystallization processes.
Известен «Способ плавки металлов и сплавов» (патент RU 2405660, кл. B22F 9/22, B22F 9/00, опубл. 10.12.2010), в котором осуществляют загрузку шихты в бункер, наведение на поверхности медного тигля ванны жидкого металла и постепенное расплавление сыпучих компонентов шихты посредством независимого источника нагрева в виде электронно-лучевых пушек с последующим сливом полученного расплава через сливной канал в кристаллизатор-гранулятор. Недостатком способа является высокие трудозатраты и наличие соответствующего плавильного оборудования.There is a well-known “Method for melting metals and alloys” (patent RU 2405660, class B22F 9/22, B22F 9/00, published 12/10/2010), in which the charge is loaded into a hopper, a bath of liquid metal is placed on the surface of a copper crucible and gradual melting of the bulk components of the charge using an independent heating source in the form of electron beam guns, followed by draining the resulting melt through the drain channel into the crystallizer-granulator. The disadvantage of this method is the high labor costs and the availability of appropriate melting equipment.
Известен также, принятый заявителем за наиболее близкий аналог, «Способ получения в вакууме слитков особочистой меди» (патент RU 2407815, кл. С22В 15/14, опубл. 17.12.2010), включающий получение расплава меди, рафинирование расплава от летучих окислов и других примесей, раскисление углеродом, рафинирование в раскисленном состоянии, разливку металла в слитки и кристаллизацию, причем перед расплавлением шихтовые материалы из меди подвергают поверхностному травлению и плавят их в графитовом тигле, на дно которого помещают куски графита в количестве, составляющем 0,15-0,6% от массы шихты из меди.Also known, accepted by the applicant as the closest analogue, is “Method for producing high-purity copper ingots in a vacuum” (patent RU 2407815, class C22B 15/14, published 12/17/2010), including obtaining a copper melt, refining the melt from volatile oxides and other impurities, deoxidation with carbon, refining in a deoxidized state, casting the metal into ingots and crystallization, and before melting, the copper charge materials are subjected to surface etching and melted in a graphite crucible, at the bottom of which pieces of graphite are placed in an amount of 0.15-0, 6% by weight of copper charge.
Недостатком известного способа является то, что техническое решение не всегда обеспечивает получение низкого содержания газов и вредных примесей, из-за малого количества регулируемых параметров ведения плавки, а также не предусматривает возможность выплавки жаропрочных сплавов на медной основе.The disadvantage of this known method is that the technical solution does not always provide a low content of gases and harmful impurities, due to the small number of adjustable smelting parameters, and also does not provide for the possibility of smelting heat-resistant copper-based alloys.
3. Сущность изобретения3. Essence of the invention
3.1. Постановка технической задачи3.1. Statement of technical problem
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение слитков жаропрочных сплавов на медной основе с использованием традиционных металлургических технологий и стандартного металлургического оборудования.The problem to be solved by the invention is the production of ingots of heat-resistant copper-based alloys using traditional metallurgical technologies and standard metallurgical equipment.
Результат решения технической задачиThe result of solving a technical problem
Решение задачи достигается выплавкой в вакуумной индукционной печи с графитовым тиглем независимо от частоты питающего источника и применения однонаправленного электромагнитного перемешивания во время технологических операций.The solution to the problem is achieved by smelting in a vacuum induction furnace with a graphite crucible, regardless of the frequency of the supply source and the use of unidirectional electromagnetic stirring during technological operations.
3.2. Отличительные признаки3.2. Features
В отличие от известного технического решения, включающего получение расплава меди, рафинирование расплава от летучих окислов и других примесей, раскисление углеродом, рафинирование в раскисленном состоянии, разливку металла в слитки и кристаллизацию; в заявленном техническом решении при подготовке к плавке осуществляют предварительный выбор шихтовых материалов, обеспечивающий чистоту металла по примесям, и выполняют плотную загрузку, установленного в индуктор графитового тигля, с толщиной стенки не менее 50 мм.In contrast to the known technical solution, which includes obtaining a copper melt, refining the melt from volatile oxides and other impurities, deoxidation with carbon, refining in a deoxidized state, casting the metal into ingots and crystallization; In the claimed technical solution, when preparing for melting, a preliminary selection of charge materials is carried out, ensuring the purity of the metal in terms of impurities, and a dense loading of a graphite crucible installed in the inductor with a wall thickness of at least 50 mm is performed.
При этом в плавильном узле вакуумной индукционной печи зазор между индуктором и установленным графитовым тиглем заполняют умеренно уплотненной порошкообразной огнеупорной массой.In this case, in the melting unit of a vacuum induction furnace, the gap between the inductor and the installed graphite crucible is filled with a moderately compacted powdery refractory mass.
Для обеспечения химического состава жаропрочных сплавах на медной основе производят выбор шихтовых материалов, обеспечивающий чистоту металла по примесям. Загрузку меди в вакуумную индукционную печь с установленным графитовым тиглем осуществляют, как можно плотнее. При выплавке сплавов, содержащих никель, никель отдают в печь с последней корзиной.To ensure the chemical composition of copper-based heat-resistant alloys, a selection of charge materials is made to ensure the purity of the metal in terms of impurities. Copper is loaded into a vacuum induction furnace with a graphite crucible installed as tightly as possible. When smelting alloys containing nickel, the nickel is given to the furnace with the last basket.
Затем производят форсированное расплавление шихты на максимальной мощности индуктора. После полного расплавления шихтовых материалов при температуре металла 1380-1400°С и вакууме не выше 50×10-3 мм. рт.ст. производят выдержку расплава в течение не более 20 минут с неоднократным подключением однонаправленного электромагнитного перемешивания. При этом по ходу выплавки сплава все выдержки расплава, а также присадку всех необходимых корректирующих добавок (никеля и/или титана, и/или циркония) производят с подключением однонаправленного электромагнитного перемешивания в течение не более двух минут.Then forced melting of the charge is carried out at the maximum power of the inductor. After complete melting of the charge materials at a metal temperature of 1380-1400°C and a vacuum not higher than 50×10 -3 mm. Hg hold the melt for no more than 20 minutes with repeated connection of unidirectional electromagnetic stirring. In this case, during the smelting of the alloy, all melt holdings, as well as the addition of all necessary corrective additives (nickel and/or titanium, and/or zirconium), are carried out with the connection of unidirectional electromagnetic stirring for no more than two minutes.
После присадки в расплав последней корректирующей добавки производят электромагнитное перемешивание в течение двух минут и напуск в плавильную камеру печи аргона на 70-100 мм рт.ст. Далее осуществляют разливку металла в атмосфере аргона при температуре (1250-1280)°С в металлические изложницы.After adding the last corrective additive to the melt, electromagnetic stirring is carried out for two minutes and argon is injected into the melting chamber of the furnace at 70-100 mm Hg. Next, the metal is cast in an argon atmosphere at a temperature of (1250-1280)°C into metal molds.
4. Описание изобретения4. Description of the invention
Жаропрочные сплавы на медной основе характеризуются высокой электро- и теплопроводностью, применяются в узлах деталей, рассчитанных на работу в условиях повышенных температур, сохраняя высокую прочность и твердость.Heat-resistant copper-based alloys are characterized by high electrical and thermal conductivity and are used in components designed to operate at elevated temperatures, while maintaining high strength and hardness.
Основные этапы выплавки сплавов, на основе меди, состоят из нагрева, расплавления, перегрева, легирования, рафинировки, раскисления и разливки. Наиболее важную роль в технологическом процессе изготовления шихтовых заготовок и слитков играют процессы рафинировки и раскисления, благодаря которым обеспечивается низкий уровень содержания вредных примесей. С повышением температуры плавки процессы раскисления протекают быстрее.The main stages of smelting copper-based alloys consist of heating, melting, overheating, alloying, refining, deoxidation and casting. The most important role in the technological process of manufacturing charge billets and ingots is played by the processes of refining and deoxidation, which ensure a low level of harmful impurities. With increasing melting temperature, deoxidation processes proceed faster.
Для выплавки жаропрочных сплавов на основе меди при открытой выплавке излишний перегрев нежелателен, так как возрастают потери металла вследствие испарения меди, повышается опасность насыщения расплава газовыми примесями, такими как водород и кислород.For the smelting of copper-based heat-resistant alloys during open smelting, excessive overheating is undesirable, since the loss of metal due to the evaporation of copper increases, and the risk of saturation of the melt with gaseous impurities such as hydrogen and oxygen increases.
При повышенном содержании кислорода в меди происходит формирование оксидов Cu2O глобулярной формы. Являясь концентраторами напряжений, образовавшиеся оксиды из-за высокой хрупкости снижают механические свойства медных сплавов. Водород также вызывает охрупчивание меди, выделяясь в виде микропор при кристаллизации расплава. Также при расплавлении медь активно взаимодействует с водородом и с повышением температуры растворимость водорода в меди повышается. Следовательно, температура выдержки расплава не должна быть низкой для проведения процессов рафинировки и раскисления, с другой стороны она не должна быть высокой, чтобы предотвратить насыщение расплава водородом. Поэтому температура перегрева не должна превышать 1200°С-1250°С.With an increased oxygen content in copper, the formation of globular Cu 2 O oxides occurs. Being stress concentrators, the resulting oxides, due to their high fragility, reduce the mechanical properties of copper alloys. Hydrogen also causes embrittlement of copper, releasing in the form of micropores during crystallization of the melt. Also, when melted, copper actively interacts with hydrogen and with increasing temperature, the solubility of hydrogen in copper increases. Consequently, the holding temperature of the melt should not be low to carry out the processes of refining and deoxidation; on the other hand, it should not be high to prevent saturation of the melt with hydrogen. Therefore, the overheating temperature should not exceed 1200°C-1250°C.
При выплавке жаропрочных сплавов на основе меди в вакуумной индукционной печи (ВИП) контакта с атмосферой нет, выплавка происходит либо в среде вакуума, либо в среде «технического вакуума» - аргона. Чтобы газ и летучие элементы могли полностью испариться при выплавке в ВИП процесс раскисления допускается проводить при более высоких температурах - до (1300-1400)°С.When melting heat-resistant copper-based alloys in a vacuum induction furnace (VIF), there is no contact with the atmosphere; smelting occurs either in a vacuum environment or in a “technical vacuum” environment - argon. So that gas and volatile elements can completely evaporate during smelting in VIP, the deoxidation process can be carried out at higher temperatures - up to (1300-1400) ° C.
Согласно литературным данным, упругость паров меди выше, чем у хрома, поэтому угар основного легирующего элемента маловероятен. Однако, практика завода АО «МЗ «Электросталь» показывает, что несмотря на теоретически обоснованную гипотезу расчет отклонения от расчетных значений по содержанию хрома может составлять до 0,15% масс. Поэтому требуется строгое соблюдения регламента выдержки расплава при повышенных температурах в период проведения процессов рафинировки и раскисления.According to the literature, the vapor pressure of copper is higher than that of chromium, so waste of the main alloying element is unlikely. However, the practice of the plant JSC MZ Elektrostal shows that, despite a theoretically based hypothesis, the calculation of deviations from the calculated values for chromium content can be up to 0.15% wt. Therefore, strict adherence to the regulations for keeping the melt at elevated temperatures during the refining and deoxidation processes is required.
В заявленном техническом решении последовательность технологических операций при выплавке в вакуумной индукционной печи жаропрочных сплавов на медной основе следующая:In the claimed technical solution, the sequence of technological operations when melting copper-based heat-resistant alloys in a vacuum induction furnace is as follows:
1. Подготовка шихтовых материалов.1. Preparation of charge materials.
Для обеспечения химического состава жаропрочных сплавов на медной основе необходим не только верный выбор технологической схемы процесса, но и выбор шихтовых материалов, обеспечивающий чистоту металла по примесям.To ensure the chemical composition of copper-based heat-resistant alloys, it is necessary not only to select the correct technological scheme of the process, but also to select charge materials that ensure the purity of the metal in terms of impurities.
В таких сплавах основу составляет медь, поэтому ключевым фактором по выбору шихтовых материалов является выбор марки меди. Медь марки М00к содержит наименьшее количество примесей, таких как водород, кислород и особенно фосфор, который наиболее трудно удалим из расплава при вакуумной выплавке. Также при выплавке допустимо применение хрома марки не хуже Х99Н1, никеля электролитического марки Н-0, титана металлического марки ВТ1-00 и циркония иодидного.In such alloys, the base is copper, so the key factor in choosing charge materials is the choice of copper grade. Copper grade M00k contains the least amount of impurities, such as hydrogen, oxygen and especially phosphorus, which are most difficult to remove from the melt during vacuum smelting. Also during smelting it is permissible to use chromium of a grade no worse than X99N1, electrolytic nickel of the N-0 grade, metallic titanium of the VT1-00 grade and zirconium iodide.
2. Загрузка шихтовых материалов.2. Loading of charge materials.
В плавильный узел вакуумной индукционной печи устанавливают графитовый тигель с толщиной стенки не менее 50 мм. Зазор между индуктором и тиглем заполняют умеренно уплотненной порошкообразной огнеупорной массой для компенсации теплового расширения, а также дополнительной теплоизоляции витков индуктора и защиты от протечек расплава в случае образования трещин в графитовом тигле.A graphite crucible with a wall thickness of at least 50 mm is installed in the melting unit of a vacuum induction furnace. The gap between the inductor and the crucible is filled with a moderately compacted powdery refractory mass to compensate for thermal expansion, as well as additional thermal insulation of the inductor turns and protection against melt leakage in the event of cracks in the graphite crucible.
Загрузку меди в вакуумную индукционную печь с установленным графитовым тиглем осуществляют, как можно плотнее. При выплавке сплавов, содержащих никель, никель отдают в печь с последней корзиной.Copper is loaded into a vacuum induction furnace with a graphite crucible installed as tightly as possible. When smelting alloys containing nickel, the nickel is given to the furnace with the last basket.
3. Выплавка сплава.3. Smelting of the alloy.
На максимальной мощности индуктора производят форсированное расплавление шихты. В процессе расплавления необходимо не допускать бурного кипения расплава, создающего угрозу выброса металла из тигля, для этого откачку плавильной камеры бустерными насосами начинают при расплавлении порядка 2/3 завалки.At maximum power of the inductor, forced melting of the charge is carried out. During the melting process, it is necessary to prevent rapid boiling of the melt, which creates a threat of metal ejection from the crucible; for this purpose, pumping out the melting chamber with booster pumps begins when about 2/3 of the charge is melted.
После полного расплавления шихтовых материалов при температуре (1380-1400)°С и вакууме не выше 50×10-3 мм рт.ст. производят неоднократное включение однонаправленного электромагнитного перемешивания (ЭМП), по две минуты каждое, и осуществляют выдержку расплава на установленной мощности в течение не более 20 минут.After complete melting of the charge materials at a temperature of (1380-1400)°C and a vacuum not higher than 50×10 -3 mm Hg. unidirectional electromagnetic stirring (EMM) is switched on repeatedly, for two minutes each, and the melt is held at the set power for no more than 20 minutes.
По окончании выдержки при температуре (1390-1420)°С в расплав присаживают расчетное количество хрома, после чего производят длительную выдержку расплава до 60 минут с периодическим подключением ЭМП, по 2 минуты с интервалом 10-15 минут, для максимального усвоения хрома.At the end of exposure at a temperature of (1390-1420) ° C, the calculated amount of chromium is added to the melt, after which the melt is held for a long time for up to 60 minutes with periodic connection of the EMF, 2 minutes at an interval of 10-15 minutes, for maximum absorption of chromium.
После окончания выдержки снова включают ЭМП на две минуты и в печь вводят аргон на 70-100 мм рт.ст. При выплавке медных сплавов, содержащих никель и/или титан, и/или цирконий присадку их расчетного количества в расплав осуществляют сразу после окончания выдержки, следующей за присадкой расчетного количества хрома. При этом вначале выполняют присадку никеля, затем титана и следом отдают цирконий.After the end of the exposure, the EMF is turned on again for two minutes and argon is introduced into the furnace at 70-100 mm Hg. When smelting copper alloys containing nickel and/or titanium and/or zirconium, the calculated amount of them is added to the melt immediately after the end of the holding period, following the addition of the calculated amount of chromium. In this case, nickel is added first, then titanium, and then zirconium is added.
Применение многократного однонаправленного электромагнитного перемешивания во время выплавки медных сплавов позволяет дополнительно очистить расплав меди от летучих и других примесей, повысить однородность слитков по химическому составу и тем самым дополнительно повысить качество получаемых слитков жаропрочных сплавов меди.The use of multiple unidirectional electromagnetic stirring during the smelting of copper alloys makes it possible to further purify the copper melt from volatile and other impurities, increase the homogeneity of the ingots in chemical composition, and thereby further improve the quality of the resulting ingots of heat-resistant copper alloys.
4. Разливка сплава в изложницу.4. Pouring the alloy into the mold.
Разливку металла производят в атмосфере аргона при температуре (1250-1280)°С в металлические изложницы.Metal is cast in an argon atmosphere at a temperature of (1250-1280)°C into metal molds.
Заявленное техническое решение опробовано в производственных условиях на АО «Металлургический завод «Электросталь» с положительным результатом.The declared technical solution was tested under production conditions at JSC Electrostal Metallurgical Plant with positive results.
Использование предлагаемого способа позволяет снизить содержание газов и минимизировать количество вредных примесей цветных металлов за счет:Using the proposed method allows you to reduce the gas content and minimize the amount of harmful impurities of non-ferrous metals due to:
- исключения выплавки на воздухе;- exclusion of smelting in air;
- дополнительного рафинирования, за счет использования графитового тигля и расплава в вакууме или среде инертного газа (аргона);- additional refining, through the use of a graphite crucible and melt in a vacuum or an inert gas environment (argon);
- применения однонаправленного электромагнитного перемешивания. Предложенный способ выплавки жаропрочных сплавов на медной основе- application of unidirectional electromagnetic stirring. The proposed method for smelting heat-resistant copper-based alloys
позволяет получать слитки требуемого химического состава с использованием традиционных металлургических технологий и стандартного металлургического оборудования.allows you to produce ingots of the required chemical composition using traditional metallurgical technologies and standard metallurgical equipment.
5. Примеры реализации способа5. Examples of method implementation
Способ может быть реализован на комплексной установке стандартного металлургического оборудования: выплавка сплава осуществляется в вакуумной индукционной печи серии ИСВ, емкостью 1,0 т и/или 2,5 т, с установленным в индуктор графитовым тиглем.The method can be implemented on a complex installation of standard metallurgical equipment: the alloy is smelted in a vacuum induction furnace of the ISV series, with a capacity of 1.0 t and/or 2.5 t, with a graphite crucible installed in the inductor.
Пример 1. Выплавка сплава БрХ08Example 1. Smelting of BrKh08 alloy
Выплавку сплава БрХ08 произвели в вакуумной индукционной печи (ИСВ) емкостью 1,0 т с графитовым тиглем. В качестве шихтовых материалов использовали медь катодную марки М00к и хром металлический марки Х99, фракции не более 5 мм.The BrKh08 alloy was smelted in a vacuum induction furnace (VAF) with a capacity of 1.0 tons with a graphite crucible. Cathode copper grade M00k and metal chromium grade X99, fractions no more than 5 mm, were used as charge materials.
После полного расплавления меди при температуре расплава 1390°С и разрежении 9×10-3 мм рт.ст. произвели выдержку расплава в течение 15 минут с неоднократным подключением электромагнитного перемешивания по две минуты. При температуре 1395°С присадили хром по расчету и осуществили выдержку расплава в течение 40 минут с периодическим подключением ЭМП по 2 минуты, с интервалом по 10 минут. Далее осуществили напуск в плавильную камеру печи аргона на 70 мм рт.ст., предварительно произведя электромагнитное перемешивание в течение двух минут. Разливку металла произвели в атмосфере аргона при температуре 1267°С в металлические изложницы. Внешний вид одного из выплавленных и обработанных слитков сплава БрХ08 представлен на фиг. 1.After complete melting of copper at a melt temperature of 1390°C and a vacuum of 9×10 -3 mm Hg. The melt was held for 15 minutes with repeated activation of electromagnetic stirring for two minutes. At a temperature of 1395°C, chromium was added according to calculations and the melt was held for 40 minutes with periodic connection of the EMF for 2 minutes, with an interval of 10 minutes. Next, 70 mmHg of argon was injected into the melting chamber of the furnace, having previously carried out electromagnetic stirring for two minutes. The metal was cast in an argon atmosphere at a temperature of 1267°C into metal molds. The appearance of one of the smelted and processed ingots of the BrKh08 alloy is shown in Fig. 1.
Исследование химического анализа выплавленного слитка (таблицы 1 и 2) показало, что предложенная технология выплавки жаропрочного сплава БрХ08 обеспечивает низкое содержание вредных примесей (железа, кремния, свинца и фосфора), что отвечает предъявляемым требованиям к их содержанию и газов.A study of the chemical analysis of the smelted ingot (Tables 1 and 2) showed that the proposed technology for smelting the BrKh08 heat-resistant alloy provides a low content of harmful impurities (iron, silicon, lead and phosphorus), which meets the requirements for their content and gases.
Пример 2. Выплавка Сплава №1 «В»Example 2. Smelting of Alloy No. 1 “B”
Выплавку жаропрочного медного Сплава №1 «В» произвели в ВИ печи емкостью 2,5 т с графитовым тиглем. В качестве шихтовых материалов использовали медь катодную марки М00к, никель электролитический марки Н-0, рубленный на пластины длиной не более 100 мм и шириной не более 70 мм, хром электролитический рафинированный марки ЭХМД и титан металлический марки ВТ1-00.The smelting of heat-resistant copper Alloy No. 1 “B” was carried out in a VI furnace with a capacity of 2.5 tons with a graphite crucible. The charge materials used were cathode copper of the M00k grade, electrolytic nickel of the N-0 grade, chopped into plates no more than 100 mm long and no more than 70 mm wide, refined electrolytic chromium of the EKhMD grade and metal titanium of the VT1-00 grade.
После полного расплавления меди при температуре расплава 1388°С и разрежении 10×10-3 мм рт.ст. произвели выдержку расплава в течение 15 минут с неоднократным подключением электромагнитного перемешивания по две минуты. При температуре 1400°С присадили хром по расчету и осуществили выдержку расплава в течение 60 минут с периодическим подключением ЭМП по 2 минуты, с интервалом по 15 минут. После чего отдали в печь титан. Далее осуществили напуск в плавильную камеру печи аргона на 70 мм рт.ст., предварительно произведя электромагнитное перемешивание в течение двух минут. Разливку металла произвели в атмосфере аргона при температуре 1265°С в металлические изложницы. Внешний вид одного из выплавленных и обработанных слитков жаропрочного медного сплава №1 «В» представлен на фиг. 2.After complete melting of copper at a melt temperature of 1388°C and a vacuum of 10×10 -3 mm Hg. The melt was held for 15 minutes with repeated activation of electromagnetic stirring for two minutes. At a temperature of 1400°C, chromium was added according to calculations and the melt was kept for 60 minutes with periodic connection of the EMF for 2 minutes, with an interval of 15 minutes. After which the titanium was put into the furnace. Next, 70 mmHg of argon was injected into the melting chamber of the furnace, having previously carried out electromagnetic stirring for two minutes. The metal was cast in an argon atmosphere at a temperature of 1265°C into metal molds. The appearance of one of the smelted and processed ingots of heat-resistant copper alloy No. 1 “B” is shown in Fig. 2.
Для определения химического состава от одного из выплавленных слитков Сплава №1 «В», от его верхнего и нижнего торца, были отобраны образцы, №1 и №2, соответственно. Результаты определения представленный в таблице 3. Из таблицы видно, что химический состав жаропрочного медного сплава №1 «В» отвечает предъявляемым требованиям.To determine the chemical composition of one of the melted ingots of Alloy No. 1 “B”, from its upper and lower ends, samples No. 1 and No. 2, respectively, were selected. The results of the determination are presented in Table 3. The table shows that the chemical composition of heat-resistant copper alloy No. 1 “B” meets the requirements.
Пример 3. Выплавка Сплава №273Example 3. Smelting of Alloy No. 273
Выплавку жаропрочного медного Сплава №273 произвели в ВИ печи емкостью 1,0 т с графитовым тиглем. В качестве шихтовых материалов использовали медь катодную марки М00к, никель электролитический марки Н-0, рубленный на пластины длиной не более 100 мм и шириной не более 70 мм, титан металлический марки ВТ1-00 и цирконий иодидный.The smelting of heat-resistant copper Alloy No. 273 was carried out in a VI furnace with a capacity of 1.0 tons with a graphite crucible. The charge materials used were cathode copper grade M00k, electrolytic nickel grade N-0, chopped into plates no more than 100 mm long and no more than 70 mm wide, metal titanium grade VT1-00 and zirconium iodide.
В тигель загрузили с начала медь, затем с последней корзиной отдали никель. После полного расплавления завалки при температуре расплава 1390°С и разрежении 10×10-3 мм рт.ст. произвели выдержку расплава в течение 20 минут с неоднократным подключением электромагнитного перемешивания по две минуты. После чего в печь отдали титан, включили ЭМП на 2 минуты, далее осуществили выдержку расплава в течение 2-3 минут. Затем отдали цирконий и подключили ЭМП на 2 минуты. После усвоения присадок расплав перемешали ЭМП в течение двух минут и осуществили напуск в плавильную камеру печи аргона на 70 мм рт.ст. Разливку металла произвели в атмосфере аргона.Copper was loaded into the crucible first, then nickel was added to the last basket. After complete melting of the charge at a melt temperature of 1390°C and a vacuum of 10×10 -3 mm Hg. The melt was held for 20 minutes with repeated activation of electromagnetic stirring for two minutes. After that, titanium was placed in the furnace, the EMF was turned on for 2 minutes, and then the melt was held for 2-3 minutes. Then the zirconium was given and the EMF was connected for 2 minutes. After assimilation of the additives, the melt was stirred by EMF for two minutes and argon was injected into the melting chamber of the furnace at 70 mmHg. The metal was cast in an argon atmosphere.
Результат определения химического состава выплавленного Сплава №273 представлен в таблице 4. Из таблицы видно, что химический состав отвечает предъявляемым требованиям.The result of determining the chemical composition of the smelted Alloy No. 273 is presented in Table 4. The table shows that the chemical composition meets the requirements.
Заявленное техническое решение опробовано в производственных условиях на АО «Металлургический завод «Электросталь» с положительным результатом. Химический состав выплавленных плавок сплава БрХ08, Сплава №1 «В» и Сплава №273 соответствует предъявляемым требованиям.The declared technical solution was tested under production conditions at JSC Electrostal Metallurgical Plant with positive results. The chemical composition of the smelted melts of alloy BrKh08, Alloy No. 1 “B” and Alloy No. 273 meets the requirements.
Таким образом, предложенный способ выплавки позволяет получить слитки жаропрочных сплавов на медной основе с использованием традиционных металлургических технологий и стандартного металлургического оборудования, а также гарантирует выполнение требований по химическому составу и обеспечивает низкое содержание в металле вредных примесей и газов.Thus, the proposed smelting method makes it possible to obtain ingots of heat-resistant copper-based alloys using traditional metallurgical technologies and standard metallurgical equipment, and also guarantees compliance with the requirements for the chemical composition and ensures a low content of harmful impurities and gases in the metal.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807237C1 true RU2807237C1 (en) | 2023-11-13 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1010431A1 (en) * | 1981-11-24 | 1983-04-07 | Предприятие П/Я Р-6575 | Induction melting furnace |
| RU2365653C1 (en) * | 2008-08-15 | 2009-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Sintered copper-base alloy for parts operating under friction conditions |
| RU2407815C1 (en) * | 2009-08-03 | 2010-12-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Procedure for production of ingots of super-pure copper in vacuum |
| CN101199988B (en) * | 2007-11-13 | 2011-06-22 | 北京有色金属研究总院 | Ultrahigh pure copper ingot preparing process |
| RU2781701C2 (en) * | 2018-12-07 | 2022-10-17 | Константин Геннадьевич Семенов | Low alloy based on copper and its melting method |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1010431A1 (en) * | 1981-11-24 | 1983-04-07 | Предприятие П/Я Р-6575 | Induction melting furnace |
| CN101199988B (en) * | 2007-11-13 | 2011-06-22 | 北京有色金属研究总院 | Ultrahigh pure copper ingot preparing process |
| RU2365653C1 (en) * | 2008-08-15 | 2009-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Sintered copper-base alloy for parts operating under friction conditions |
| RU2407815C1 (en) * | 2009-08-03 | 2010-12-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Procedure for production of ingots of super-pure copper in vacuum |
| RU2781701C2 (en) * | 2018-12-07 | 2022-10-17 | Константин Геннадьевич Семенов | Low alloy based on copper and its melting method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102616983B1 (en) | Processes for producing low nitrogen, essentially nitride-free chromium and chromium plus niobium-containing nickel-based alloys and the resulting chromium and nickel-based alloys | |
| JP5048222B2 (en) | Method for producing long ingots of active refractory metal alloys | |
| RU2672651C1 (en) | Method of producing heat-resistant superalloy hn62bmktyu on nickel based | |
| CN114934205B (en) | Smelting method for nickel-based superalloy with high purity | |
| CN104152710B (en) | The smelting process of esr refining slag and application thereof | |
| CN112095018B (en) | Method for controlling components in process of refining high-temperature alloy by electron beam | |
| CN114318109B (en) | Method for smelting high-nitrogen die steel by using vacuum induction furnace and pressurized electroslag furnace | |
| CN113278830A (en) | Preparation method of high-uniformity copper-iron alloy | |
| CN110735067B (en) | Purification smelting process of nickel-based high-temperature alloy rich in active elements | |
| CN114032441B (en) | Method for smelting ultra-low carbon stainless steel in vacuum induction furnace | |
| CN105002397A (en) | K418 cast superalloy purification smelting method | |
| RU2807237C1 (en) | Method for smelting heat-resistant copper base alloys | |
| JPH04158955A (en) | Production of ti alloy ingot containing al | |
| CN116043068A (en) | GH4169 high-temperature alloy and smelting process thereof | |
| JP2011173172A (en) | Method for producing long cast block of active high melting point metal alloy | |
| RU2407815C1 (en) | Procedure for production of ingots of super-pure copper in vacuum | |
| RU2749406C1 (en) | Method for production of corrosion-resistant nickel-based hn63mb alloy with carbon content below 0.005% | |
| JPS58133338A (en) | Method for melting titanium group metal or alloy thereof | |
| RU2734220C1 (en) | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode | |
| RU2731540C1 (en) | Method of producing chromium bronze | |
| RU2557438C1 (en) | Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy | |
| RU2770807C1 (en) | Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys | |
| CN114657420B (en) | Light rare earth-zinc alloy, preparation method and application thereof and application of smelting container | |
| CN114717432B (en) | Zinc-holmium alloy, method for producing same and use of container | |
| RU2762460C1 (en) | Method for producing special copper ingots |