Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА КОМПАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, точнее к электрошлаковому литью, и может быть использовано для получения деталей из компактных отходов меди и (или) ее сплавов.

Известен способ электрошлакового переплава компактных материалов, по которому производят электрошлаковый переплав расходуемого электрода и расплав формируют в кристаллизатор [1].

Недостатком известного технического решения является низкое качество слитка, получаемого электрошлаковым переплавом компактных отходов меди и ее сплавов.

Наиболее близким аналогом является способ электрошлакового переплава компактных материалов, по которому изготавливают из отходов производства заготовки, получают из них расходуемые электроды, вводят флюс, плавят расходуемый электрод и формируют слиток [2].

Недостатком известного способа является низкое качество слитка, получаемого электрошлаковым переплавом компактных отходов меди и/или ее сплавов.

Техническая задача изобретения - повышение качества слитка, получаемого электрошлаковым переплавом компактных отходов меди и/или ее сплавов.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что берут расходуемый одинарный или расщепленный электрод, изготовленный из компактных отходов меди и/или ее сплавов, и электрошлаковым переплавом формируют слиток в кристаллизатор. Расходуемый электрод изготавливают из компактных отходов, получаемых при изготовлении деталей и (или) из вышедших из строя деталей оборудования. Электроды или заготовки для изготовления электродов подвергают термической обработке - выдержке при температуре 300-600^oC в течение 0,5-4,0 часов. Для облегчения возбуждения процесса электрошлакового переплава используют пакеты из стружки меди и (или) ее сплавов высотой 60-150 мм. Для ведения процесса электрошлакового переплава используют флюс, содержащий 10-30% CaF₂, AlF₃•nNaF - остальное или 10-30% NaCl, 20-45% AlF₃•nNaF, CaF₂ - остальное.

Известно, что электрошлаковый переплав резко повышает качество литого металла (повышаются механические характеристики, уменьшается количество вредных примесей, неметаллических включений и т.д.), поэтому часто для получения качественной заготовки используют двухстадийный процесс: изготавливают обычным литьем расходуемые электроды, которые затем переплавляют электрошлаковым способом для получения качественной отливки. В настоящее время компактные отходы (обрезки заготовок, проката, поковок, вышедшие из строя детали оборудования) перерабатывают также по указанному выше двухстадийному процессу. Попытки использовать стандартную технологию для электрошлакового переплава компактных отходов приводят к нестабильности процесса переплава и снижению качества отливки. Это связано с тем, что часто отходы производства (различные обрезки плит и др.) имеют малую площадь поперечного сечения и достаточно большую длину, поэтому для ведения процесса плавки их набирают в пакеты, т.е. готовят расщепленный электрод. Оборудование, вышедшее из строя и предназначенное для изготовления расходуемых электродов, часто в процессе эксплуатации наклепывается, т.е. имеет напряженное состояние. В процессе переплава электроды нагреваются в нижней части теплом шлаковой ванны и отходящими газами, что приводит к деформации такого электрода по его длине и замыканию на боковые стенки кристаллизатора, что нарушает стабильность процесса электрошлакового переплава и снижает качество слитка. Для предотвращения этого электроды или заготовки электродов подвергают термической обработке, которая снимает остаточные напряжения. Детали оборудования, предназначенные для электрошлакового переплава, часто имеют отверстия, пазы и другие неровности поверхности, где может скапливаться влага, а также остатки смазки, которая использовалась для данного оборудования. Загрязнения на электродах ухудшают качество слитка. Для выжигания смазки, удаления влаги и снижения уровня остаточных напряжений электроды или заготовки электродов прокаливают при температуре 300-600^oC в течение 0,5-4,0 часов. Нижний уровень температуры и малое время рекомендуется для удаления влаги и небольшом уровне остаточных напряжений, верхний уровень температуры и более длительное время необходимо для выжигания большого количества густой смазки из глубоких отверстий и для снятия высокого уровня остаточных напряжений.

Для облегчения возбуждения электрошлакового процесса используют пакеты из стружки меди и (или) ее сплавов высотой 60-150 мм. Указанные размеры обеспечивают быстрое возбуждение электрошлакового процесса и расплавление всего пакета стружки.

Наиболее высокое качество слитка обеспечивается при использовании в электрошлаковом переплаве флюса состава: 10-30% CaF₂, AlF₃•nNaF - остальное или состава: 10-30% NaCl, 20-45% AlF₃•nNaF, CaF₂ - остальное.

Пример реализации способа. Для изготовления расходуемых электродов используют вышедшие из строя плиты кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Материал плит - медь M1. Плиты режутся на бруски сечением 90 х 90 мм, длина не регламентируется (на всю высоту кристаллизатора). Плиты имеют технологические отверстия для охлаждения кристаллизатора, а также имеются места, где наносилась смазка. Порезанные заготовки прокаливают при 500^oC в течение 1 часа. После прокалки заготовки сваривают между собой для получения заданной длины расходуемого электрода. Режимы сварки обычные для меди. На тележку с поддоном устанавливают неподвижный водоохлаждаемый кристаллизатор в виде усеченного конуса. Диаметр нижнего основания - 210 мм, диаметр верхнего основания - 200 мм, высота 1200 мм. На середину поддона устанавливается пакет из прокаленной медной стружки (марки M1) диаметром 100 мм и высотой 90 мм. С помощью крана расходуемый электрод вводится в кристаллизатор до контакта с пакетом стружки и засыпают флюс состава: 20% CaF₂, 80% AlF₃•nNaF. Далее процесс электрошлакового переплава осуществляют по стандартной технологии: подают напряжение и осуществляют переплавление расходуемого электрода. Электрошлаковый переплав осуществляют на установке ЭШП-2,5 ВГ-И1. После окончания формирования слитка и его полного охлаждения слиток удаляют из кристаллизатора и, как правило, без последующей термической обработки направляют на механическую обработку для изготовления деталей металлургического производства, например, рыльной части фурм доменных печей.

Технико-экономическое преимущество заявленного технического решения заключается в возможности утилизации компактных отходов меди и/или ее сплавов с минимальными затратами, при этом исключается ряд пределов и обеспечивается требуемое качество слитка.

Источники информации
1. Медовар Б.И., Латаш Ю.В. Электрошлаковый переплав. Киев: Наукова думка, 1965, с. 19-21.

2. Патент РФ 2063455 C1, C 22 B 9/18, 10.07.1996.