UA119446U

UA119446U - METHOD OF ELECTRIC SLACING

Info

Publication number: UA119446U
Application number: UAU201703422U
Authority: UA
Inventors: Георгій Іванович Камель; Борис Петрович Середа; Руслан Анатолійович Куликовський; Роман Артурович Руденко; Павло Костянтинович Яковлєв; Микола Сергійович Котляров; Єлизавета Сергійовна Таран
Original assignee: Дніпровський Державний Технічний Університет
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2017-09-25

Abstract

Спосіб електрошлакового переплаву включає введення у шлакову ванну витратного електрода уздовж вертикальної осі кристалізатора, подавання живлення на згаданий витратного електрод і плавлення згаданого витратного електрода зі створенням металевої ванни. Як витратний електрод використовують заздалегідь виготовлений пакет з окремих пластин, між якими знаходяться стільникові елементи, у вічках яких розміщують твердосплавні зерна. При цьому рівномірний розподіл зерен по об'єму злитка регулюють товщиною пластин та розмірами вічок стільникових елементів.The method of electroslag remelting involves the introduction into the slag bath of the consumable electrode along the vertical axis of the mold, supplying power to said consumable electrode and melting said consumable electrode to create a metal bath. As a consumable electrode, a pre-made package of separate plates is used, between which are the cellular elements, in the cells of which are placed carbide grains. The uniform distribution of grains by volume of the ingot is governed by the thickness of the plates and the cell sizes of the cellular elements.

Description

Корисна модель належить до галузі спеціальної електрометалургії і може бути використана для одержання злитків складнолегованих сплавів методом електрошлакового переплаву.The useful model belongs to the field of special electrometallurgy and can be used to obtain ingots of complex alloys by the method of electroslag remelting.

Відомо, що забезпечення високої якості крупних сталевих виробів енергетичного і металургійного машинобудування традиційно пов'язано з однорідністю структури і хімічного складу вихідних поковок, що виготовляються 3 крупких злитків. Але відомі способи електрошлакового переплаву не можуть гарантувати здобуття однорідної дрібнозернистої макро- і мікроструктури наплавленого багатошарового злитка по його висоті. Тому метал крупних литих злитків не може повною мірою відповідати постійно зростаючим вимогам до гомогенності конструкційного матеріалу і, перш за все, до гомогенності мікроструктури і ізотропності його фізико-механічних властивостей.It is known that ensuring the high quality of large steel products of power and metallurgical engineering is traditionally associated with the homogeneity of the structure and chemical composition of the initial forgings, which are made of 3 large ingots. But the known methods of electroslag remelting cannot guarantee obtaining a homogeneous fine-grained macro- and microstructure of the deposited multilayer ingot along its height. Therefore, the metal of large cast ingots cannot fully meet the ever-increasing requirements for the homogeneity of the structural material and, above all, for the homogeneity of the microstructure and isotropy of its physical and mechanical properties.

Відомий спосіб електрошлакового переплаву витратним електродом в охолоджуваний кристалізатор, що включає порційну подачу легуючих матеріалів в центр шлакової ванни через лійку в момент відключення струму на електроді (Патент РФ Мо 2242526, С2289/18, 2004).There is a known method of electroslag remelting with a consumable electrode in a cooled crystallizer, which includes batch feeding of alloying materials into the center of the slag bath through a funnel at the moment of disconnection of the current at the electrode (Russian Patent Mo 2242526, C2289/18, 2004).

Недоліком цього способу є те, що подача легуючих матеріалів відбувається лише з однієї сторони кристалізатора, що призводить до неоднорідності розподілу матеріалів по об'єму злитка.The disadvantage of this method is that the supply of alloying materials occurs only from one side of the crystallizer, which leads to the inhomogeneity of the distribution of materials throughout the volume of the ingot.

Відомий спосіб одержання злитків електрошлаковою переплавкою, при якому вводять інокулятор у шлакову ванну з наступною обробкою рідкої металевої ванни, при цьому інокулятор починають вводити в період формування головної частини злитка в кількості, що складає 3110-7590 від маси металлу, що переплавляється в цей період, при цьому використовують інокулятор фракцією 2-10 мм (Патент України Мо 28530, С2289/18, 2007).There is a known method of obtaining ingots by electroslag remelting, in which the inoculator is introduced into the slag bath with subsequent processing of the liquid metal bath, while the inoculator is introduced during the formation of the main part of the ingot in an amount that is 3110-7590 of the mass of metal remelted in this period, at the same time, an inoculator with a fraction of 2-10 mm is used (Patent of Ukraine Mo 28530, C2289/18, 2007).

Недоліком відомого способу є те, що незалежно від того, в який період формування злитка подають інокулятор і в якій кількості, при проведенні переплаву можливий нерівномірний розподіл інокулятора по об'єму ванни розплаву і злитка.The disadvantage of the known method is that, regardless of the period of ingot formation, the inoculator is fed and in what quantity, during remelting, uneven distribution of the inoculator over the volume of the melt bath and the ingot is possible.

Найбільш близьким до способу, що заявляється (прототипом), є спосіб електрошлакового переплаву, що включає під'єднання струмопідвідного кристалізатора і витратного електрода до джерел живлення по двоконтурній схемі, подавання живлення на кристалізатор і наведення шлакової ванни у кристалізаторі, введення у шлакову ванну витратного електрода уздовж вертикальної осі кристалізатора, подавання живлення на згаданий витратний електрод іThe closest to the proposed method (prototype) is the method of electroslag remelting, which includes connecting a current-carrying crystallizer and a consumable electrode to power sources according to a two-circuit circuit, supplying power to the crystallizer and guiding the slag bath in the crystallizer, introducing the consumable electrode into the slag bath along the vertical axis of the crystallizer, supplying power to the mentioned consumable electrode and

Зо плавлення згаданого витратного електрода зі створенням металевої ванни, при цьому для забезпечення осьової кристалізації металу з великою поперечною площею перерізу вводять у шлакову ванну витратний електрод з площею поперечного перерізу не менше як 0,25 площі поперечного перерізу кристалізатора, причому витратний електрод набирають з окремих прутків, згадані прутки скріплюють між собою з зазорами між ними, а площу поперечного перерізу кожного прутка вибирають не більше 0,15 загальної площі поперечного перерізу витратного електрода (Патент України Мо 55470, В22011/04, 20031.From the melting of the mentioned consumable electrode with the creation of a metal bath, while in order to ensure the axial crystallization of metal with a large cross-sectional area, a consumable electrode with a cross-sectional area of at least 0.25 of the cross-sectional area of the crystallizer is introduced into the slag bath, and the consumable electrode is collected from separate rods , the mentioned rods are fastened together with gaps between them, and the cross-sectional area of each rod is chosen to be no more than 0.15 of the total cross-sectional area of the consumable electrode (Patent of Ukraine Mo 55470, B22011/04, 20031.

Недоліком відомого способу є те, що при проведенні переплаву має місце нерівномірний розподіл легуючих елементів по об'єму ванни розплаву і злитка, внаслідок чого не забезпечується однорідний хімічний склад наплавленого металу. Крім цього даним способом неможливо отримати злиток, в якому могли б рівномірно розміщуватися твердосплавні зерна, наприклад зерна карбідів вольфраму.The disadvantage of the known method is that during remelting there is an uneven distribution of alloying elements over the volume of the melt bath and the ingot, as a result of which the homogeneous chemical composition of the deposited metal is not ensured. In addition, with this method, it is impossible to obtain an ingot in which hard alloy grains, for example tungsten carbide grains, could be evenly placed.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу електрошлакового переплаву шляхом введення в шлакову ванну витратного електрода з твердосплавними зернами, що призводить до їх рівномірного розподілу по об'єму злитка при переплаві витратного електрода, внаслідок чого забезпечується висока зносостійкість злитка.The basis of the useful model is the task of improving the method of electroslag remelting by introducing a consumable electrode with hard alloy grains into the slag bath, which leads to their uniform distribution throughout the volume of the ingot during remelting of the consumable electrode, as a result of which high wear resistance of the ingot is ensured.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі електрошлакового переплаву, що включає введення у шлакову ванну витратного електрода уздовж вертикальної осі кристалізатора, подавання живлення на згаданий витратний електрод і плавлення згаданого витратного електрода зі створенням металевої ванни, як витратний електрод використовують заздалегідь виготовлений пакет з окремих пластин, між якими знаходяться стільникові елементі, в вічках яких розміщують твердосплавні зерна, при цьому рівномірний розподіл зерен по об'єму злитка регулюють товщиною пластин та розмірами вічок стільникових елементів.The problem is solved by the fact that in the method of electroslag remelting, which includes the introduction of a consumable electrode into the slag bath along the vertical axis of the crystallizer, the supply of power to the mentioned consumable electrode and the melting of the mentioned consumable electrode with the creation of a metal bath, a pre-manufactured package of individual plates is used as a consumable electrode , between which there are honeycomb elements, in the cells of which carbide grains are placed, while the uniform distribution of grains over the volume of the ingot is regulated by the thickness of the plates and the sizes of the cells of the honeycomb elements.

Поступове розплавлення витратного електрода з рівномірно розподіленими в ньому твердосплавними зернами як присадного матеріалу забезпечує рівномірний розподіл цих зерен по об'єму злитка: по висоті - за рахунок розмірів вічок стільникових елементів, а по довжині - за рахунок товщини пластин.The gradual melting of the consumable electrode with carbide grains uniformly distributed in it as filler material ensures a uniform distribution of these grains throughout the volume of the ingot: in height - due to the sizes of the cells of the cellular elements, and in length - due to the thickness of the plates.

Спосіб пояснюють приведені креслення, на яких зображено: на фіг 1 - схема електрошлакового процесу з подаванням витратного електрода, виготовленого з окремих пластин, між якими знаходяться стільникові елементи, у вічках яких бо розміщені твердосплавні зерна;The method is explained by the following drawings, which show: Fig. 1 - a diagram of the electroslag process with the supply of a consumable electrode made of separate plates, between which there are honeycomb elements, in the cells of which hard alloy grains are placed;

на фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1; на фіг. З - розріз Б-Б на фіг. 1; на фіг. 4 - розріз В-В на фіг. 1; на фіг. 5 - розріз Г-Г на фіг. 1, де: 1 - кристалізатор, 2 - злиток, З - рідка металева ванна, 4 - рідкий шлак, 5 - витратний електрод, 6 - пластини, 7 - вічка стільникових елементів, 8 - твердосплавні зерна, 9 - джерело живлення.in fig. 2 - section AA in fig. 1; in fig. C - section B-B in fig. 1; in fig. 4 - section B-B in fig. 1; in fig. 5 - section GG in fig. 1, where: 1 - crystallizer, 2 - ingot, C - liquid metal bath, 4 - liquid slag, 5 - consumable electrode, 6 - plates, 7 - mesh of cellular elements, 8 - carbide grains, 9 - power source.

Спосіб електрошлакового переплаву здійснюється таким чином.The method of electroslag remelting is carried out as follows.

Витратний електрод 5, що складається з пластин б, між якими знаходяться стільникові елементи з вічками 7, в яких розміщуються твердосплавні зерна 8, переплавляють в кристалізаторі 1. При проходженні електричного струму через розплавлений шлак 4 відбувається перетворення електричної енергії в тепло, що призводить до плавлення пластин 6 і вічок стільникових елементів 7. Від поверхні пластин б відриваються краплі металу і твердосплавні зерна 8, які проходять через розплавлений шлак 4. При контакті з поверхнею рідкої металевої ванни З краплі металу поповнюють її, а твердосплавні зерна 8, щільність яких в 2 рази більше щільності металевої ванни, під дією сили тяжіння осідають на дно металевої ванни 3, розташовуючись в певному місці злитка 2. Рідка металева ванна З при наплавленні підіймається доверху, а твердосплавні зерна 8, температура плавлення яких значно вища температури рідкої металевої ванни, не руйнуються і залишаються в металі, який кристалізується. При цьому місце знаходження кожного твердосплавного зерна 8 в злитку 2 при кристалізації залежить від місця знаходження його на витратному електроді. Загальне об'ємне розміщення твердосплавних зерен 8 в злитку 2 є точною копією їх розміщення на витратному електроді 5.The consumable electrode 5, consisting of plates b, between which there are cellular elements with holes 7, in which hard alloy grains 8 are placed, is remelted in the crystallizer 1. When an electric current passes through the molten slag 4, electrical energy is converted into heat, which leads to melting plates 6 and cells of cellular elements 7. Drops of metal and hard alloy grains 8 break off from the surface of plates b and pass through the molten slag 4. Upon contact with the surface of the liquid metal bath C, metal drops replenish it, and hard alloy grains 8, the density of which is 2 times greater than the density of the metal bath, under the action of gravity settle to the bottom of the metal bath 3, settling in a certain place of the ingot 2. The liquid metal bath C rises to the top during surfacing, and the hard alloy grains 8, the melting temperature of which is much higher than the temperature of the liquid metal bath, are not destroyed and remain in the metal, which crystallizes. At the same time, the location of each hard alloy grain 8 in the ingot 2 during crystallization depends on its location on the consumable electrode. The general volumetric placement of hard alloy grains 8 in ingot 2 is an exact copy of their placement on consumable electrode 5.

Таким чином, запропонований спосіб електрошлакового переплаву забезпечує формування злитка з рівномірним розподілом твердосплавних зерен по довжині і перерізу злитка, що дозволяє одержати злиток з покращеними фізико-механічними характеристиками - твердістю та зносостійкістю, при одночасному зниженні трудомісткості його виготовлення.Thus, the proposed method of electroslag remelting ensures the formation of an ingot with a uniform distribution of carbide grains along the length and cross-section of the ingot, which makes it possible to obtain an ingot with improved physical and mechanical characteristics - hardness and wear resistance, while simultaneously reducing the complexity of its production.

Claims

FORMULA OF USEFUL MODEL Zo The method of electroslag remelting, which includes introducing a consumable electrode into the slag bath along the vertical axis of the crystallizer, supplying power to the said consumable electrode and melting the said consumable electrode with the creation of a metal bath, which is characterized by the fact that as a consumable electrode a pre-made package of individual plates, between which there are honeycomb elements, in the cells of which carbide grains are placed, while the uniform distribution of grains throughout the volume of the ingot is regulated by the thickness of the plates and the sizes of the cells of the honeycomb elements. Op U: še E

Fig. is

Fig. 2

Chg. WITH

Fig. 4 Fig. 5