UA22677U

UA22677U - Method for electroslag crucible melting of the spending electrode

Info

Publication number: UA22677U
Application number: UAU200613094U
Authority: UA
Inventors: Oleksii Georgiiovyc Bohachenko; Tamila Oleksiivna Bohachenko; Anatolii Pylypovych Burlyka; Yevhen Anatoliiovych Burlyka; Mykhailo Lvovych Zhadkevych; Mykhailo Oleksandrovych Karyi; Vasyl Ivanovych Melnyk; Vitalii Ivanovych Melnyk; Valerii Mykhailovych Pak
Original assignee: Ukrmashprom Closed Joint Stock; Ye O Paton Inst Of Electric We
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2007-04-25

Abstract

A method for electroslag crucible melting of the spending electrode relates to the metallurgical production, in particular to the electroslag remelting, and can be used for the processing of the waste products of mining equipment by melting of the instruments which have worked for their period of operational life and producing of new high-quality instruments for mining and building branches of industry.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель способу електрошлакової тигельної плавки відноситься до металургійного виробництва, 2 зокрема, до електрошлакового переплаву, і може бути використана для переробки відходів гірничновидобувного обладнання, шляхом переплаву інструментів, які відробили свій термін роботи та до останнього часу повноцінно не використовувались і отриманням нових високоякісних інструментів для гірничновидобувної та будівельної галузей промисловості.A useful model of the method of electroslag crucible melting refers to metallurgical production, 2 in particular, to electroslag remelting, and can be used for processing waste from mining equipment, by remelting tools that have served their service life and until recently were not fully used, and obtaining new high-quality tools for mining and construction industries.

Для електрошлакового переплаву, як правило використовують витратний електрод. Відомий витратний 70 електрод для електрошлакової тигельної плавки і лиття металів та сплавів, набраний з відпрацьованого інструменту: бурових коронок, фрез, різців, що містять твердосплавні вставки, які розміщені на одному з декількох горизонтальних рівні. (заявка на корисну модель Мои 200611494 від 31.10.2006, МПК 7; С21с 5/56,For electroslag remelting, as a rule, a consumable electrode is used. A well-known consumable 70 electrode for electroslag crucible melting and casting of metals and alloys, collected from used tools: drill bits, cutters, cutters, containing carbide inserts, which are placed on one of several horizontal levels. (application for utility model Moy 200611494 dated 31.10.2006, IPC 7; C21c 5/56,

В23К25/00). Основна частина корпусів інструменту зроблена зі сталі марок: ЗБХГСА, Ст45, 45ХН та інших з температурою плавлення, орієнтовно, 140020. Для переплаву інструментів з твердосплавними вставками, таких то як карбід вольфраму, які розміщені на робочих торцях даного інструменту, необхідна значно вища температура.В23К25/00). The main part of the tool housing is made of steel grades: ЗБХГСА, Ст45, 45ХН and others with a melting temperature of approximately 140020. A much higher temperature is required for remelting tools with hard alloy inserts, such as tungsten carbide, which are placed on the working ends of this tool.

Для вирішення цієї проблеми необхідно вести електрошлаковий переплав з періодичною зміною потужності.To solve this problem, it is necessary to carry out electroslag remelting with periodic power changes.

За прототип запропонованої корисної моделі прийнятий відомий спосіб електрошлакового переплаву витратних електродів з періодичною модуляцією потужності плавки. (Проблеми специальной злектрометаллургии" вьіп.Мо5, 1976бг. с.5 "Схемь! питания и управления бифилярной печи ЗШП-40"Патон Б.Е. 720 Бондаренко О.П. и др.)The well-known method of electroslag remelting of consumable electrodes with periodic modulation of the melting power is adopted as the prototype of the proposed useful model. (Problems of special electrometallurgy" vyp.Mo5, 1976bg. p.5 "Scheme! power supply and management of bifilar furnace ZSHP-40" Paton B.E. 720 Bondarenko O.P. and others)

Відомий спосіб електрошлакового переплаву полягає у плавленні витратних електродів з модуляцією потужності на одній печі в одному кристалізаторі. Цей спосіб може бути реалізовано тільки при використанні двох трансформаторів та декількох електродів з модуляцією потужності, наприклад, 3095. Це означає, що на одному трансформаторі в даний відрізок часу потужність становить (10095-3095-7095), а на другому, в цей же 25 період часу, 10095. У наступний проміжок часу потужність на трансформаторах змінюють на 10095 та 7095, щей відповідно. При цьому сумарна потужність трансформаторів у кожний період часу є номінальною і не перевищує її, а час змінювання її, є постійним та доволі частим на протязі всього періоду плавлення електродів та формування високоякісного зливка з мінімальним об'ємом рідкої металевої вани, що робить такий спосіб М непридатним для переплаву одного електроду на тигельній печі з одним трансформатором, коли у тиглі 30 відбувається накопичення рідкого металу без формування зливка. -A known method of electroslag remelting consists in melting consumable electrodes with power modulation in one furnace in one crystallizer. This method can be implemented only when using two transformers and several electrodes with power modulation, for example, 3095. This means that on one transformer in a given time period the power is (10095-3095-7095), and on the other, in the same 25 period of time, 10095. In the next period of time, the power on the transformers is changed to 10095 and 7095, respectively. At the same time, the total power of the transformers in each period of time is nominal and does not exceed it, and the time of its change is constant and quite frequent throughout the entire period of melting of the electrodes and the formation of a high-quality ingot with a minimum volume of the liquid metal bath, which makes this method M unsuitable for remelting one electrode in a crucible furnace with one transformer, when liquid metal accumulates in the crucible 30 without forming an ingot. -

У відпрацьованого різноманітного інструменту: бурових коронках, різцях, фрезах завжди залишається до 7095 с та більше твердосплавних вставок з карбіду вольфраму, якій має велику вартість. Для повноцінного використання таких твердосплавних вставок, тобто для розпаду карбіду вольфраму і використання вольфраму с як легуючого елементу для сталі, необхідно створити відповідний високотемпературний нагрів шлака, що сч 35 відомий спосіб не дозволяє зробити.A variety of used tools: drill bits, cutters, milling cutters always have up to 7095 s and more tungsten carbide carbide inserts, which have a high value. For the full use of such hard alloy inserts, i.e. for the decomposition of tungsten carbide and the use of tungsten as an alloying element for steel, it is necessary to create an appropriate high-temperature heating of the slag, which the known method cannot do.

В основу корисної моделі поставлена задача отримання структурно- та хімічнооднорідної відливки з новими якісними властивостями, шляхом здійснення переплаву відходів різноманітного інструменту з твердосплавними вставками, який відробив свій термін використання, та розливу рідкого металу легованого вольфрамом, що « накопичений у тиглі, в кокіль з отриманням вищезгаданої відливки. зThe useful model is based on the task of obtaining a structurally and chemically homogeneous casting with new quality properties by remelting the waste of a variety of tools with hard alloy inserts that have reached the end of their useful life, and pouring the liquid metal doped with tungsten, which is "accumulated in the crucible, into a crucible with obtaining of the aforementioned casting. with

Поставлена задача вирішується таким чином, що в способі електрошлакової тигельної плавки витратного с електроду, виготовляють витратний електрод шляхом підбору відповідної кількості відпрацьованих бурових :з» коронок, фрез, різців та інших відходів виробництва, які містять твердосплавні вставки з карбіду вольфраму.The task is solved in such a way that in the method of electroslag crucible melting of a consumable electrode, a consumable electrode is manufactured by selecting the appropriate number of used drill bits, cutters, cutters and other production waste, which contain tungsten carbide carbide inserts.

Бурові коронки, фрези, різці розміщують таким чином, щоб їх твердосплавні вставки були розташовані щонайменше на одному горизонтальному рівні, а переплав кожного рівня ведуть на потужності, яка перевищує 7 но номінальний рівень потужності на 5-50965.Drill bits, cutters, and cutters are placed in such a way that their carbide inserts are located on at least one horizontal level, and remelting of each level is carried out at a power that exceeds the nominal power level of 7 no by 5-50965.

Вказаний технічний результат від використання запропонованого винаходу обумовлений ознаками, які ко відрізняють його від ознак рішень, описаних згідно відомого технічного рівня. бу Процес одержання відливки здійснюють в тигельній печі, яка має один трансформатор, а не два як у прототипі. Корпуси бурових коронок, фрез, різців виготовлені з сталей марок ЗБХГСА, Ст45, 45ХН та інших, а -і 50 твердосплаві вставки, з карбіду вольфраму. Орієнтовна температура плавлення цих марок сталей-14002С, а «м температура розпаду карбіду вольфраму близька до 26002. Для успішного проведення переплаву витратного електроду його здійснюють з урахуванням цих особливостей. Для гарантованого розпаду карбіду вольфраму, піднімають температуру шлаку і тим самим забезпечують найбільш повне протікання фізіко-хімічних процесів в шлаку, які забезпечують розпад та рівномірний розподіл вольфраму у об'ємі рідкого металу в тиглі перед його розливом. Такі умови забезпечуються шляхом підйому потужності в шлаку на величину 5-5095 від номінальної, с відповідно до кількості вставок на період входження їх в шлак, що забезпечує оптимальні умови їх розпаду.The specified technical result from the use of the proposed invention is determined by features that distinguish it from the features of solutions described according to the known technical level. bu The casting process is carried out in a crucible furnace, which has one transformer, instead of two as in the prototype. The housings of drill bits, cutters, and cutters are made of ZBHHSA, St45, 45KHN, and other steel brands, and 50 carbide inserts are made of tungsten carbide. The approximate melting temperature of these grades of steel is 14002С, and the decomposition temperature of tungsten carbide is close to 26002. For successful remelting of the consumable electrode, it is carried out taking into account these features. For the guaranteed decomposition of tungsten carbide, the temperature of the slag is raised and thereby ensure the most complete flow of physico-chemical processes in the slag, which ensure the decomposition and uniform distribution of tungsten in the volume of liquid metal in the crucible before its pouring. Such conditions are ensured by increasing the power in the slag by 5-5095 from the nominal value, according to the number of inserts for the period of their entry into the slag, which provides optimal conditions for their decay.

Витратний електрод повинен бути зібраним таким чином, щоб твердосплавні вставки були розташовані щонайменше на одному горизонтальному чи декількох рівнях. Це дає можливість цілеспрямованого підйому бо температури.The consumable electrode must be assembled in such a way that the hard alloy inserts are located on at least one horizontal or several levels. This makes it possible to purposefully increase the temperature.

Запропонований спосіб електрошлакової тигельної плавки пояснюють приведені креслення, на яких зображено: - на фіг. 1- схема електрошлакової тигельної плавки витратного електроду; - на фіг. 2 - графік підйомів та опускань (піків) потужності; 65 - на фіг. З - схема відбору проб та результати досліджень розподілу вольфраму в литій заготовці корпуса бурової коронки с 11Омм з сталі типу ЗБХГСА.The proposed method of electroslag crucible melting is explained by the following drawings, which show: - in fig. 1- scheme of electroslag crucible melting of consumable electrode; - in fig. 2 - schedule of power ups and downs (peaks); 65 - in fig. C - the sampling scheme and the results of tungsten distribution studies in the cast workpiece of the drill bit body with 11 Ω made of steel of the ZBHHSA type.

На фіг. 1 зображена схема електрошлакової тигельної плавки витратного електроду. Витратний електрод 1, набраний із відпрацьованого інструменту з твердосплавними вставками, приварюють до інвентарної головки 2 і закріплюють у електродотримачі 3. Витратний електрод переміщують по колоні 4 вниз до контакту з струмопідводом 5 у тиглі 6. У тигель засипають флюс, вмикають джерело струму 7. Спочатку у дуговому, а потім у шлаковому режимі наводять шлакову ванну 9. Ведуть переплав витратного електроду до повного його розплаву та накопичення у тиглі необхідної кількості рідкого металу 8. Плавлення ведеться по запропонованому електричному режиму з добавленням при необхідності легуючих, розкислювачів та інших добавок. Потім інвентарну головку з огарком електрода виводять з тиглю й відводять за колону 4 для звільнення плавильного 7/0 простору над тиглем. На тиглі встановлюють та закріплюють сталеву форму (кокіль). Шляхом оберту тигля і кокілю навколо вісі 10 на 1802, переливають метал і шлак у кокіль й витримують у такому положенні кокіль до повної кристалізації шлаку та металу. Знову роблять оберт на 1802 - повертають тигель разом з кокілем до початкового стану. Знімають кокіль, вибивають шлак разом з відливками, які віддають на термічну обробку.In fig. 1 shows the scheme of electroslag crucible melting of a consumable electrode. The consumable electrode 1, collected from a used tool with carbide inserts, is welded to the inventory head 2 and fixed in the electrode holder 3. The consumable electrode is moved down the column 4 to the contact with the current lead 5 in the crucible 6. Flux is poured into the crucible, the current source 7 is turned on. First in the arc mode, and then in the slag mode, a slag bath is introduced 9. The consumable electrode is remelted until it is completely melted and the required amount of liquid metal accumulates in the crucible 8. Melting is carried out according to the proposed electric mode with the addition of alloying agents, deoxidizers and other additives, if necessary. Then, the inventory head with the electrode pickle is removed from the crucible and taken behind the column 4 to free the melting 7/0 space above the crucible. A steel form (mold) is installed and fixed on the crucible. By rotating the crucible and mold around the axis 10 by 1802, metal and slag are poured into the mold and the mold is kept in this position until the slag and metal are completely crystallized. Turn again to 1802 - return the crucible together with the mold to the initial state. The mold is removed, the slag is knocked out together with the castings, which are sent for heat treatment.

На фіг. 2 зображений графік підйомів та опускань (піків) потужності на 5-5095, завдяки чому забезпечують 75 Цілеспрямований підйом температури шлаку в процесі плавки. Перший підйом потужності здійснюють при підході першого горизонтального рівня твердосплавних вставок до шлаку на 5-10мм. На цьому режимі потужність підтримується постійною до повного сплавлення першого рівня твердосплавних вставок. Далі потужність опускають до номінального рівня і на цьому рівні розплавляють сталеві корпуси інструменту. При підході до шлаку твердосплавних вставок другого рівня знову підіймають потужність на необхідну величину до повного розплаву цих твердосплавних вставок. Потім потужність опускають до номінальної і так далі. Число підйомів та опускань потужності (піків) дорівнює числу горизонтальних рівнів з твердосплавними вставками.In fig. 2 shows a graph of power rises and falls (peaks) on the 5-5095, thanks to which they provide 75 Purposeful rise in the temperature of the slag during the smelting process. The first increase in power is carried out when the first horizontal level of carbide inserts approaches the slag by 5-10 mm. In this mode, the power is kept constant until the first level of hard alloy inserts is completely melted. Next, the power is lowered to the nominal level and at this level the steel bodies of the tool are melted. When approaching the slag of the second-level hard alloy inserts, the power is again raised by the required amount until these hard alloy inserts are completely melted. Then the power is lowered to the nominal and so on. The number of power ups and downs (peaks) is equal to the number of horizontal levels with carbide inserts.

На фіг. З показана схема відбору проб та результати досліджень розподілу вольфраму в литій заготовці корпуса бурової коронки 2 110мм з сталі типа ЗБХГСА, де: перший варіант плавки витратного електроду з довільним розташуванням твердосплавних вставок при постійному електричному режимі; другий варіант - переплав витратного електроду з розташуванням твердосплавних вставок у чотирьох горизонтальних рівнях та з З пікоборазною зміною потужності. ти 71795131 51515 й 0.97-0.930.93-0.91 0.94 -0.89 0.91-0.87 0.89-0.84 0.89- 0.83 те дв 082 090 ов 00087000 086 . 0.92 . 0.88 . . счIn fig. C shows the sampling scheme and the results of studies of the distribution of tungsten in the cast workpiece of the drill bit body 2 110 mm made of ZBHHSA type steel, where: the first version of the consumable electrode melting with arbitrary arrangement of hard alloy inserts at a constant electrical mode; the second option is the remelting of the consumable electrode with the arrangement of hard alloy inserts in four horizontal levels and with a peak-like power change. you 71795131 51515 and 0.97-0.930.93-0.91 0.94 -0.89 0.91-0.87 0.89-0.84 0.89- 0.83 te dv 082 090 ov 00087000 086 . 0.92. 0.88. . high school

Зо Щ 0.95-0.93 0.96-0.92 0.94 -0.92 0.95-0.92 0.93-0.91,0.93- 0.90). 0.94 0.93 0.93 0.93 0.92 0.92 їх - с Приклади конкретного виконання способу: й Приклад 1. В електрошлаковій установці для кокільного лиття типу УШ-159, з використанням одного "» трансформатора потужністю 140Оква, проводили переплав витратного електроду, який зібраний з відпрацьованих бурових коронок, 2 110мм з корпусами зі сталі ЗБХГСА. При збірці та зварюванні електроду, за вказаним вище способом, твердосплавні вставки розташовувались довільно по висоті та перетину електроду. Маса електроду ко становила 43,4- 44,бкг. Переплав вели при постійній потужності 78-84квт (ч40...418 і 1,9...2,1ка) на протязі 44...46 хвилин. Розлив металу і шлаку проводили у чотирьохмісний сталевий, неохолоджений кокіль. Час о витримки металу і шлаку у кокілі дорівнював 16...18 хвилин. Після вибивання з кокілю відливки підверглиFrom Sh 0.95-0.93 0.96-0.92 0.94 -0.92 0.95-0.92 0.93-0.91, 0.93- 0.90). 0.94 . 2 110 mm with bodies made of ZBHHSA steel. When assembling and welding the electrode, according to the method indicated above, carbide inserts were located arbitrarily along the height and cross-section of the electrode. The mass of the electrode was 43.4-44.bkg. Remelting was carried out at a constant power of 78-84 kW ( h40...418 and 1.9...2.1ka) for 44...46 minutes. Pouring of metal and slag was carried out in a four-seat steel, non-cooled mold. The time of exposure of metal and slag in the mold was equal to 16... 18 minutes After being knocked out of the mold, the castings were exposed

Ге») відпалу.Ge") of annealing.

Відбір проб металу з відливок на хімічний аналіз проводили за схемою наведеною на фіг. 3. Результати розподілу вольфраму, наведені в таблиці (1-й рядок). З приведених даних слідує висновок, що вміст вольфраму "| знижується у напрямку від краю відливки до центру і від верхньої її частини до дна (від 0,9595 до 0,859).Sampling of metal samples from castings for chemical analysis was carried out according to the scheme shown in Fig. 3. The results of tungsten distribution are shown in the table (1st row). From the given data, it can be concluded that the tungsten content "| decreases in the direction from the edge of the casting to the center and from its upper part to the bottom (from 0.9595 to 0.859).

Приклад 2. При збірці та зварюванні електроду за вказаним вище способом, твердосплавні вставки розташовувались у чотирьох горизонтальних рівнях. Наведення шлакової ванни і подальше плавлення вели на режимі 72...82квт, аналогічно режиму першої серії випробувань. При наближенні до шлаку твердосплавних вставок першого рівня на 5-10мм, потужність стрибкоподібно підіймали до 94...97квт і тримали на цьому с показнику до повного сплавлення твердосплавних вставок. Після цього потужність знову зменшували до 78...82квт і тримали цей рівень до повного розплавлення сталевих корпусів, після чого знову підвищували потужність до 94...97квт для переплавлення другого рівня твердосплавних вставок. Таким чином кількість циклів 60 змін потужності дорівнює кількості горизонтальних рівнів з твердосплавними вставками у витратному електроді.Example 2. When assembling and welding the electrode according to the above method, hard alloy inserts were located in four horizontal levels. The introduction of the slag bath and the subsequent melting were carried out at the mode of 72...82 kW, similar to the mode of the first series of tests. When the carbide inserts of the first level approached the slag by 5-10 mm, the power was increased in leaps and bounds to 94...97 kW and kept at this level until the carbide inserts were completely melted. After that, the power was again reduced to 78...82 kW and kept at this level until the steel bodies were completely melted, after which the power was again increased to 94...97 kW to remelt the second level of hard alloy inserts. Thus, the number of cycles of 60 power changes is equal to the number of horizontal levels with carbide inserts in the consumable electrode.

Результати випробувань підтвердили, те що різниці у вмісту вольфраму в обсязі відливки, як по висоті, так і по перерізу, практично немає, що видно з другого рядка таблиці.The results of the tests confirmed that there is practically no difference in the tungsten content in the volume of the casting, both in height and cross-section, as can be seen from the second row of the table.

Дослідження показують також, що при такому способі електрошлакової тигельної плавки гарантовано забезпечується розклад карбіду вольфраму та його рівномірний розподіл спочатку в тиглі, а потім і в обсязі 65 відливки при абсолютному вмісту вольфраму від 0,4 до 4,095. При цьому втрати вольфраму в процесі плавки в наслідок окислення і переходу окислів до шлаку, не перевищує 3905.Research also shows that this method of electroslag crucible melting guarantees the decomposition of tungsten carbide and its uniform distribution first in the crucible, and then in the volume of 65 castings with an absolute content of tungsten from 0.4 to 4.095. At the same time, the loss of tungsten in the smelting process as a result of oxidation and the transition of oxides to slag does not exceed 3905.

Даний спосіб електрошлакової тигельної плавки дозволяє одержувати високоякісні хімічно однорідні зливки, леговані вольфрамом з новими механічними та спеціальними властивостями.This method of electroslag crucible melting allows obtaining high-quality chemically homogeneous ingots alloyed with tungsten with new mechanical and special properties.

Застосування способу дозволить не тільки одержувати нові високоякісні вироби з новими властивостями, а й при цьому значно зекономити витрати на їх виробництво.Application of the method will allow not only to obtain new high-quality products with new properties, but also to significantly save costs for their production.

Claims

The formula of the invention 70 The method of electroslag crucible melting of a consumable electrode, which includes the formation of a consumable electrode by selecting the appropriate number of spent various tools: drill bits, cutters, cutters, containing carbide inserts made of tungsten carbide (M/S), which are sequentially placed on at least one horizontal level, which differs in that the remelting of each level of the electrode with hard alloy inserts is carried out at a power that exceeds the nominal power level by 5-50 905. that 2 y y (Ce) s s

- and? ime) ime) (o) -and what 60 b5