×
20.02.2019
219.016.bfeb

СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ПРОМЕЖУТКА В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ПЛАВКИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов. Способ включает измерение напряжения на дуге в момент нахождения ее в центральной части торцевой поверхности переплавляемого электрода во время воздействия на электрическую дугу и расплав аксиальным магнитным полем, при максимальном значении силы тока, с получением контролируемого сигнала напряжения, определения по нему фактической величины межэлектродного промежутка и установку необходимого значения этой величины. Воздействие на электрическую дугу и расплав осуществляют знакопеременным синусоидальным магнитным полем частотой 10-25 Гц периодом 10-50 сек, а межэлектродный промежуток поддерживают в пределах 40-80 мм. Использование изобретения позволяет проводить фиксированное сплавление электрода, поддерживать необходимый межэлектродный промежуток. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков титановых сплавов.

Вакуумная дуговая плавка расходуемого электрода включает процесс управления кристаллизацией слитка. Управление осуществляется непосредственным изменением вводимой в расплав энергии, причем распределение этой энергии влияет на скорость плавления, на потоки в очаге расплава и, соответственно, на объем жидкой ванны. Одним из основных параметров, влияющих на распределение энергии, является межэлектродный промежуток (дуговой зазор) - расстояние между плоским торцом расходуемого электрода и жидкой ванной верхней части наплавляемого слитка, измерение которого непосредственно произвести невозможно. С увеличением межэлектродного промежутка энергия дуги, которая могла быть использована на плавление, будет рассеиваться за счет непосредственного излучения на стенку охлаждаемого медного кристаллизатора. Поэтому особо важным фактором является возможность регулирования величины межэлектродного промежутка для обеспечения эффективности вакуумной дуговой плавки расходуемого электрода, которая должна быть в пределах 40-80 мм.

Для исключения взрывоопасной ситуации во время плавления расходуемого электрода из титана и его сплавов, а также управления электрической дугой, во время плавки на электрическую дугу и расплав воздействуют аксиальным (соосным) магнитным полем величиной 60-80 эрстед, которое вносит значительную ошибку при расчете межэлектродного промежутка.

Для уменьшения ликвационных процессов во время кристаллизации слитка на расплав воздействуют знакопеременным магнитным полем с частотой 0,1-0,5 Гц.

В процессе вакуумного дугового переплава наблюдаются резкие скачки напряжения на дуге, которые имеют различную физическую основу. Доминируют следующие процессы:

- во-первых, так называемые «шумы» - горение части электрических дуг на стенку кристаллизатора (боковое горение дуги), которые вносят значительную ошибку при измерении и регулировании межэлектродного промежутка, т.к. частично учитывается и кольцевой зазор между стенкой кристаллизатора и боковой поверхностью электрода;

- во-вторых, «ионизация» - тлеющий объемный разряд при величине межэлектродного промежутка более 80 мм, сопровождающийся падением напряжения и вакуума.

Таким образом, магнитное поле, с одной стороны, «гасит» ионизацию во время плавки, с другой стороны, чрезмерное увеличение силы тока соленоида (а, значит, и магнитного поля) приводит к ликвации легирующих элементов в титановых сплавах. Вследствие этого величину магнитного поля поддерживают в пределах 40-60 эрстед.

Известен способ вакуумного дугового переплава слитков титановых сплавов, в котором перед началом плавления расходуемого электрода устанавливают оптимальную величину межэлектродного промежутка и поддерживают ее путем одновременного измерения напряжения на дуге, давления в печи и корректировкой значений этих величин с учетом скорости перемещения сплавляемого электрода вниз (патент РФ №2164957, опубл. 10.04.2001, бюл. №10).

В известном способе скачок напряжения на дуге и давление в печи тесно связаны с процессами, протекающими в дуговом разряде, а именно с изменением вида разряда. Данный способ не позволяет точно контролировать межэлектродный промежуток, особенно при небольших значениях тока, когда нет изменения вида разряда, и, следовательно, нет и скачков напряжения и давления.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ контроля и регулирования межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки, включающий измерение напряжения на дуге с получением контролируемого сигнала напряжения, анализ его изменения и регулирование положения расходуемого электрода относительно выплавляемого слитка. Патент РФ №2227167, опубл. 20.04.2004 - прототип.

Недостатком известного способа является невозможность его использования на дуговых зазорах более 25 мм из-за невозможности выделения сигналов капельных замыканий

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение воспроизводимости процесса получения слитков с хорошо проплавленной поверхностью и минимально возможной ликвацией легирующих компонентов сплава за счет максимально точного определения необходимой длины межэлектродного промежутка.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки, включающем измерение напряжения на дуге с получением контролируемого сигнала напряжения, определение по нему фактической величины межэлектродного промежутка и установку необходимого значения этой величины, согласно изобретению измерение напряжения на дуге производят в момент нахождения ее в центральной части торцевой поверхности электрода во время воздействия на электрическую дугу и расплав аксиальным (соосным) магнитным полем, при его максимальном значении. При этом воздействие на электрическую дугу и расплав осуществляют знакопеременным синусоидальным магнитным полем частотой 10-25 Гц периодом 10-50 сек, а межэлектродный промежуток между плоским торцом электрода и расплавом жидкой ванны наплавляемого слитка поддерживают в пределах 40-80 мм. Кроме того, дополнительно проводят корректировку межэлектродного промежутка по магнитному полю соленоида с учетом времени его отключения (паузы).

Предлагается измерение межэлектродного промежутка между расплавом и плоским торцом электрода производить только тогда, когда электрическая дуга находится в центральной части электрода. Для этого управление током соленоида производят в интервале времени 5-10 сек с частотой переключения 5-25 Гц и с максимально возможным током для данного соленоида. Это позволяет более точно измерять дуговой зазор, исключив утечку тока дуги на стенку кристаллизатора и ионизацию. Кроме того, частота переключения соленоида 5-25 Гц из-за инерции расплава исключает его вращение и, следовательно, уменьшает ликвацию. С другой стороны, воздействие на столб электрической дуги магнитного поля такой частоты позволяет создать вибрацию поверхности расплава наплавляемого слитка, способствующую уменьшению толщины гарниссажа на границе раздела между стенкой кристаллизатора и жидким расплавом, тем самым увеличить теплопередачу от слитка к кристаллизатору.

Для уточнения величины дугового зазора ток соленоида отключают на 0,1-1,0 сек через каждые 20-30 измерений.

Наряду с измерением межэлектродного промежутка осуществляют управление магнитным полем соленоида для получения более плоского торца сплавляемого электрода. Для этого выбирают величину тока соленоида и его частоту переключения так, чтобы электрическая дуга горела под торцом электрода и магнитное поле соленоида не влияло на движение расплава наплавляемого слитка. Для выполнения этих условий силу тока соленоида задают в пределах 15-20 А; частоту переключений 0,1-2,0 Гц; величину паузы между переключениями от 0,1 до 3 сек (в это время дуга горит без воздействия магнитного поля под торцом электрода хаотично).

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен график тока соленоида (Iсолен, А) вакуумно-дуговой электропечи, где а - максимальный ток соленоида 30 А, 12 Гц - измерительный период, где происходит измерение напряжения на электрической дуге для определения межэлектродного промежутка, когда дуга находится в центре сплавляемого электрода;

b - пауза. Здесь происходит измерение напряжения на дуге, когда дуга горит хаотично без воздействия магнитного поля;

с - ток соленоида во время сплавления электрода (рабочий ток соленоида), необходимый для управления положением горения электрической дуги в пространстве печи для получения слитка с хорошо проплавленной поверхностью.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Производили выплавку слитка титанового сплава Вт1-0 диаметром 670 мм, массой 8750 кг в вакуумной дуговой электрической печи ДВС-5М. Прессованный электрод диаметром 550 мм помещали на поддон кристаллизатора диаметром 670 мм. После вакуумирования возбуждали электрическую дугу между медным поддоном кристаллизатора и нижним торцом прессованного электрода и установили дуговой зазор величиной 40 мм путем поднятия штока вверх при силе тока дуги 5 кА (напряжение 25 В). Затем плавно, в течение 15 минут, установили рабочий ток дуги 22 кА (напряжение 39-40 В) и осуществляли сплавление электрода в течение 160 мин. Для исключения усадочной раковины в верхней части наплавляемого слитка ток плавно снижали в течение 30 мин до 5 кА. Во время плавки производили контроль межэлектродного промежутка путем измерения напряжения на дуге с определением фактической величины межэлектродного промежутка и устанавливали по нему необходимый дуговой зазор 80±10 мм. Измерение дугового зазора производили в центральной части прессованного электрода путем воздействия на электрическую дугу и расплав магнитным полем соленоида, максимальным по величине для данной печи (ток соленоида 30 А, знакопеременный, синусоидальный) в течение 2 сек (20 измерений напряжения на дуге). Период измерения между максимальной величиной магнитного поля 30 сек. Рабочий ток соленоида во время плавки 5 А. Таким образом, исключается ошибка при определении межэлектродного промежутка, вносимая ионизацией и горением электрической дуги на стенку кристаллизатора.

Пример 2. Выплавляли слиток титанового сплава 6A14V массой 2750 кг и диаметром 770 мм на вакуумной дуговой печи ДВС-5М. Литой электрод сплава 6A14V помещали на поддон кристаллизатора диаметром 770 мм. Возбуждали электрическую дугу между поддоном кристаллизатора и литниковой частью литого электрода и устанавливали дуговой зазор 40 мм. Производили прогрев нижнего торца литого расходуемого электрода на 5 кА в течение 10 мин. Затем плавно в течение 15 мин ток дуги поднимали до рабочей величины 32 кА и плавили в течение 150 мин. В завершение плавления электрода проводили выведение усадочной раковины по известной технологии в течение 210 мин. Контроль межэлектродного промежутка в процессе плавки осуществляли также, как описано в примере 1. Отличие заключается в том, что дополнительно производили корректировку дугового зазора во время отключения (в паузах) магнитного поля соленоида. Для этого, в процессе плавки знакопеременный ток соленоида (5А) кратковременно на 1-3 сек отключали и производили дополнительные измерения напряжения дуги на межэлектродном промежутке. Таким образом, была достигнута точность величины межэлектродного промежутка 60±5 мм.

Предлагаемый способ контроля межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки по сравнению с известными позволяет проводить фиксированное сплавление электрода, поддерживать необходимый межэлектродный промежуток 40-80 мм, величина которого подбирается в зависимости от силы тока дуги и химического состава выплавляемого сплава, а также позволяет поддерживать квазистационарный режим плавления сложнолегированных сплавов за счет более точного поддержания межэлектродного промежутка и получать слитки с хорошо проплавленной поверхностью и минимально возможной ликвацией легирующих компонентов сплава.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 25.
10.04.2013
№216.012.3269

Способ изготовления тонких листов из труднодеформируемых титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к пластической деформации металлов, в частности к способам изготовления тонких листов из (α-β)-, псевдо-β, β-титановых сплавов. Способ изготовления тонких листов из труднодеформируемых титановых сплавов включает подготовку под прокатку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478448
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.06.2013
№216.012.48a4

Способ изготовления тонких листов из псевдо-бета-титановых сплавов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления тонких листов методом холодной прокатки из высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов, которые могут быть использованы в аэрокосмической, химической отраслях промышленности, машиностроении, медицине и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484176
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.06.2013
№216.012.50c0

Устройство для полунепрерывного получения слитков химически активных металлов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству для полунепрерывной выплавки и разливки химически активных тугоплавких металлов, например титана. Устройство содержит герметичную рабочую камеру, холодный под, независимые источники нагрева, механизм загрузки шихты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486265
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.09.2013
№216.012.6803

Способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава и изделия, получаемые из них

Изобретение относится к способу производства длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте. Способ включает отливку слитков из сплава, содержащего следующее соотношение компонентов, мас.%: цинк 3,6-4,1, магний 0,6-1,1, марганец...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492274
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.6804

Способ изготовления плит из двухфазных титановых сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к термомеханической обработке двухфазных титановых сплавов в процессе получения толстых листов и плит. Способ включает горячее деформирование слитка в сляб, горячую прокатку и последующую термическую обработку плит, где горячее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492275
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.02.2019
№219.016.bf91

Расходуемый электрод вакуумной дуговой печи и способ его изготовления

Изобретение относится к области электротехники, в частности к расходуемым электродам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, методом вакуумного дугового переплава, а также к способу изготовления указанных электродов. Электрод состоит из прессованных блоков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002359432
Дата охранного документа: 20.06.2009
20.02.2019
№219.016.c308

Подовая печь для получения расплавленного металла

Изобретение относится к производству жидкого металла в черной и цветной металлургии, в частности, может быть использовано для производства титановых сплавов в вакуумных плавильных печах с холодным подом и независимыми источниками нагрева. Печь дополнительно содержит установленный над расплавом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406048
Дата охранного документа: 10.12.2010
29.03.2019
№219.016.f18d

Способ контроля и регулирования межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов. Технический результат - повышение точности измерения. Способ контроля заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002395596
Дата охранного документа: 27.07.2010
29.03.2019
№219.016.f2e5

Способ правки короткомерных труб

Изобретение относится к области обработки металлов давлением цилиндрических заготовок, преимущественно к правке труб малой длины из труднодеформируемых сплавов, например титановых. Предлагаемый способ заключается в том, что перед нагревом трубы насаживают на металлическую оправку, фиксируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002374022
Дата охранного документа: 27.11.2009
29.03.2019
№219.016.f66a

Способ пластической правки профилей из титановых сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением профильных изделий постоянного сечения из титановых сплавов, преимущественно длинномерных, и может быть использовано в авиастроении, машиностроении, энергетике, судостроении и металлургии. Осуществляют нагрев профиля до температуры выше...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002403114
Дата охранного документа: 10.11.2010
Показаны записи 1-10 из 20.
10.04.2013
№216.012.337b

Способ установки расходуемого электрода в кристаллизатор

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. Способ включает загрузку расходуемого электрода в кристаллизатор, центрирование электрода по оси кристаллизатора и фиксацию данного положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478722
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.06.2013
№216.012.50c0

Устройство для полунепрерывного получения слитков химически активных металлов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству для полунепрерывной выплавки и разливки химически активных тугоплавких металлов, например титана. Устройство содержит герметичную рабочую камеру, холодный под, независимые источники нагрева, механизм загрузки шихты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486265
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.02.2019
№219.016.befe

Электрододержатель дуговой электропечи

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции вакуумной дуговой печи, предназначенной для выплавки титановых сплавов. Электрододержатель дополнительно содержит тепловой сифон, расположенный между полостью с теплоносителем и хвостовиком крепления расходуемого электрода, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002315253
Дата охранного документа: 20.01.2008
20.02.2019
№219.016.bf91

Расходуемый электрод вакуумной дуговой печи и способ его изготовления

Изобретение относится к области электротехники, в частности к расходуемым электродам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, методом вакуумного дугового переплава, а также к способу изготовления указанных электродов. Электрод состоит из прессованных блоков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002359432
Дата охранного документа: 20.06.2009
20.02.2019
№219.016.c308

Подовая печь для получения расплавленного металла

Изобретение относится к производству жидкого металла в черной и цветной металлургии, в частности, может быть использовано для производства титановых сплавов в вакуумных плавильных печах с холодным подом и независимыми источниками нагрева. Печь дополнительно содержит установленный над расплавом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406048
Дата охранного документа: 10.12.2010
29.03.2019
№219.016.f40e

Способ плавления слитков в вакуумной дуговой печи

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву (ВДП) высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано в производстве титановых сплавов. Интенсивность охлаждения слитка регулируют интенсивностью теплопередачи от слитка к внутренней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002323985
Дата охранного документа: 10.05.2008
29.03.2019
№219.016.f482

Плавильная печь с холодным подом

Изобретение относится к металлургии, в частности к плавильному оборудованию, а именно к конструктивным элементам плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей с холодным подом для получения слитков из высокореакционных металлов и сплавов. Плавильная печь содержит независимые источники нагрева,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002413017
Дата охранного документа: 27.02.2011
10.04.2019
№219.017.06bb

Вакуумная дуговая печь

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкциям вакуумных дуговых печей для переплавки титановых отходов. В поддоне печи выполнены, по крайней мере, два углубления сферической или конусной формы, образующие литейные полости, предназначенные для заполнения их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002425158
Дата охранного документа: 27.07.2011
17.04.2019
№219.017.15e1

Способ изготовления расходуемого электрода

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано при изготовлении расходуемого электрода для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, в вакуумной дуговой электропечи. Способ изготовления расходуемого электрода из отходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002382826
Дата охранного документа: 27.02.2010
19.04.2019
№219.017.2ccf

Способ установки и приварки расходуемого электрода вакуумной дуговой печи

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. Контроль центрирования и приварки расходуемого электрода осуществляют путем измерения напряженности магнитного поля тока короткого замыкания в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002294973
Дата охранного документа: 10.03.2007
+ добавить свой РИД