Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ

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

Известен способ получения слитков титановых сплавов диаметром 650-850 мм, включающий порционное прессование расходуемого электрода из сыпучих компонентов в виде одного блока и его дальнейший двойной вакуумно-дуговой переплав с воздействием на зону плавления и кристаллизации пульсирующим магнитным полем (Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Отв. редактор В.В.Добаткин. - М.: Металлургия, 1978, с.265-306).

Плавление расходуемого прессованного электрода на больших токах дуги (25 кА) приводит к ликвации легкоплавких элементов типа железа, хрома и т.п. от донника к литнику, которые затем невозможно удалить последующим переплавом.

Второй переплав также ведется на больших токах дуги (25-37 кА), что еще больше усугубляет процесс плавления и приводит к образованию различного рода дефектов и большему разбросу легкоплавких включений по сечению и длине выплавляемого слитка. Таким способом невозможно выплавить сложнолегированные титановые сплавы типа 10V-2Fe-3Al; 5Al-4Mo-2Zr-2Sn.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения слитков, включающий подготовку прессованного расходуемого электрода к плавлению, начальный период плавки, основной период плавки, окончание процесса плавления, регулирование силы тока дуги и величины дугового зазора воздействием на зону плавления и кристаллизации магнитным полем таким образом, что после наведения на поддоне ванны жидкого металла определенной высоты объем жидкого металла на протяжении всего процесса плавления уменьшают за счет снижения силы тока дуги и уменьшения величины дугового зазора (патент РФ №2191836, кл. С 22 В 9/20, публ. 2002 г.) - прототип.

Данный способ используется для плавления прессованных расходуемых электродов и не обеспечивает получение слитков с хорошо проплавленной поверхностью. Известный способ не позволяет регулировать тепловые потоки через донную часть слитка на поддон и не обеспечивает возможность плавления на минимальных токах дуги (до 7,5 кА).

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение выхода годного выплавляемых слитков за счет снижения ликвационных и литейных дефектов, а также получения слитков с хорошо проплавленной поверхностью.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения слитков сложнолегированных, преимущественно титановых, сплавов, включающем подготовку расходуемого электрода к, по крайней мере, двойному вакуумному дуговому переплаву с получением на первом переплаве литого расходуемого электрода, при этом в процессе первого переплава после наведения ванны жидкого металла объем его уменьшают на протяжении всего процесса плавления, согласно изобретению при окончательном переплаве расходуемого электрода наведение ванны жидкого металла осуществляют на максимальном токе дуги на подложку с тепловым зазором 1-3 мм до получения слитка высотой (0,20-0,35) Д_к, где Д_к - диаметр кристаллизатора (мм), после чего расходуемый электрод плавят на минимально возможном токе дуги, который определяют по выражению J_д=К·Д_к, где J_д - ток дуги (А); К=10 А/мм - коэффициент пропорциональности. Плавление литого расходуемого электрода ведут с кольцевым зазором величиной 25-45 мм между стенкой кристаллизатора и боковой поверхностью слитка при величине дугового зазора 10-15 мм. Подложка выполнена с кольцевой проточкой диаметром Д_пр=(0,1-0,2) Д_к.

Начальный период плавления (разведение ванны жидкого металла на поддоне) производят на максимальном токе дуги с целью накопления необходимой тепловой энергии, требуемой для равномерного прогрева нижнего торца электрода (для получения плоского торца слитка) при минимальном дуговом зазоре (10-15 мм). Аккумуляция тепловой энергии достигается за счет использования подложки с тепловым зазором 1-3 мм от поддона, а также кольцевой проточки на подложке величиной (0,1-0,2) Д_к. Этого количества тепла достаточно для перехода на рабочий режим плавки на минимально возможном токе дуги (~7,5 кА) с минимально возможной высотой слитка (0,20-0,35) Д_к. Дальнейшее увеличение высоты слитка приводит к ликвации железа, образованию литейных дефектов и уменьшению выхода годного за счет удаления дефектной части слитка.

Кольцевой зазор между стенкой кристаллизатора и боковой поверхностью слитка величиной 25-45 мм обеспечивает безопасность процесса плавления и качественный проплав слитка, что исключает потери металла в виде стружки за счет исключения операции механической обработки поверхности слитка.

Пример конкретного выполнения.

Выплавляли слиток титанового сплава 10V2Fe3Al диаметром 770 мм массой 5050 кг методом двойного вакуумно-дугового переплава. Плавку осуществляли в вакуумной дуговой электрической печи ДТВ-8,7-Г10. Первому переплаву подвергали прессованный расходуемый электрод с получением литого расходуемого электрода. Второй переплав проводили следующим образом. Слиток (литой электрод) литниковой частью помещали на поддон кристаллизатора диаметром 770 мм и к донной части приваривали огарок. Для аккумуляции тепла с целью лучшего разогрева торца электрода между электродом и поддоном была установлена подложка в виде темплета диаметром 740 мм, толщиной 100 мм из сплава, соответствующего выплавляемому сплаву, с тепловым зазором от поддона 1-2 мм. На подложке выполнили кольцевую проточку шириной 15 мм диаметром 154 мм (0,2Д_к). Затем одновременно нагревали нижний торец электрода и подложку по следующей схеме: сила тока дуги 5 кА; время прогрева 30 мин, дуговой зазор 30 мм. Затем ток увеличивали каждые 10 мин на 5 кА (5, 10, 15 кА) до 18 кА и плавили на этом токе 10 мин. При этом высота наплавленного слитка составила 250 мм (0,32 Д_к). После чего каждую минуту производили снижение тока дуги по 0,2 кА до рабочей величины 7,7 кА; дуговой зазор установили 12 мм. Выплавку слитка осуществляли с кольцевым зазором 30 мм между боковой поверхностью слитка и стенкой кристаллизатора. После 19 ч плавления перешли на режим выведения усадочной раковины (плавное снижение тока дуги по 0,5 кА в течение 180 мин). Дуговой зазор поддерживали 12 мм. Печь отключили при силе тока дуги 1,5 кА. Слиток остывал вместе с печью в течение трех часов. Был получен слиток требуемого качества с хорошо проплавленной поверхностью, с незначительной ликвацией железа по длине слитка, что позволило увеличить выход годного на 2,0% за счет снижения дефектов и исключения операции механической обработки поверхности слитка.

Предлагаемый способ получения слитков по сравнению с известными позволяет повысить выход годного слитков второго и последующих переплавов на 2,0-2,5% за счет снижения ликвационных и литейных дефектов, а также получить слитки с хорошо проплавленной (зеркальной) поверхностью, что исключает механическую обработку слитка.