Способ и устройство электронно-лучевой или плазменной плавки металла из кристаллизатора в кристаллизатор

Авторы патента:

C22B9/22 - нагреванием с помощью волновой энергии или облучением частицами

Владельцы патента RU 2489506:

Волков Анатолий Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для зонной плавки любых металлов, включая тугоплавких и химически активных. В способе осуществляют загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой в верхний кристаллизатор, выполненный с вертикальным пазом, в который перед загрузкой металлической шихты устанавливают пластину из очищенного от примесей переплавляемого металла, перекрывающую упомянутый паз, наплавление в верхнем кристаллизаторе ванны расплава металла глубиной не более 50 мм, без проплавления упомянутой пластины, при этом электронным лучом или плазмой проплавляют паз в упомянутой пластине на глубину меньше глубины наплавляемой ванны расплава на 20-30% и сливают рафинированную порцию расплава металла в нижний кристаллизатор для формирования слитка. В верхнем кристаллизаторе выполнен перекрываемый пластиной из очищенного от примесей переплавляемого металла вертикальный паз с образованием уступа для удерживания тяжелых примесей в процессе плавки, а упомянутые кристаллизаторы установлены на поддоне. Изобретение позволяет повысить эффективность использования и расширения технических возможностей за счет снижения энергозатрат, сокращения производственного цикла, увеличения массы металла при плавлении и уменьшения габаритов оборудования. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные.

В качестве аналога предлагаемого изобретения принят способ электронно-лучевого переплава с холодным подом [1]. В этом способе исходный материал в виде шихты, губки, порошка или гранул перемещается с определенной скоростью из шихтового бункера в охлаждаемый кристаллизатор. В кристаллизаторе происходит плавление металла и образующийся жидкий металл каплями или (при достаточной мощности электронного луча) непрерывной струей стекает в скользящий охлаждаемый кристаллизатор, образуя слиток нужного размера. Такой метод переплава может быть также назван электронно-лучевой переплав с промежуточной емкостью. По назначению и схеме осуществления он полностью идентичен широко используемому в промышленности плазменному переплаву. Однако в отличие от плазменного переплава здесь возможна более глубокая очистка металла от газовых примесей, когда расплав в вакууме удерживается в течение достаточно большого времени, необходимого для рафинирования металла.

Наиболее близким техническим решением, в качестве прототипа, является способ зонной плавки металлов, включающий загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой путем сканирования поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, рафинированные порции которого периодически сливают в нижний кристаллизатор для формирования слитка [2].

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей за счет снижения энергозатрат, сокращения производственного цикла, увеличения массы металла при плавлении, уменьшения габаритов оборудования. Поставленная задача достигается тем, что способ зонной плавки металлов, включающий загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой путем сканирования поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, рафинированные порции которого периодически сливают в нижний кристаллизатор для формирования слитка, при этом загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой осуществляют в верхнем кристаллизаторе, выполненном с вертикальным пазом, в который перед загрузкой металлической шихты устанавливают пластину из очищенного от примесей переплавляемого металла, перекрывающую упомянутый паз, наплавление в верхнем кристаллизаторе ванны расплава металла глубиной не более 50 мм, без проплавления упомянутой пластины, при этом электронным лучом или плазмой проплавляют паз в упомянутой пластине на глубину меньше глубины наплавляемой ванны расплава на 20÷30% и сливают рафинированную порцию расплава металла в нижний кристаллизатор для формирования слитка, с оставлением на дне верхнего кристаллизатора расплава металла, содержащего тяжелые примеси. В верхнем кристаллизаторе осуществляют плавление шихты электронным лучом или плазмой путем периодического сканирования ее поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, используют одновременно отдельные электронно-лучевые пушки или плазматроны на каждой стадии плавления, проплавления пластины и подогрева расплава металла в нижнем кристаллизаторе или на всех упомянутых стадиях используют одну электронно-лучевую пушку или плазматрон.

Устройство для зонной плавки металлов, содержащее электроннолучевую или плазменную пушку, кристаллизатор для формирования слитка, который расположен в камере плавления с вакуумным патрубком, соединенным с вакуумной системой, отличающееся тем, что оно снабжено верхним кристаллизатором для последовательного плавления металлической шихты с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей металлического расплава, размещенным над кристаллизатором для формирования слитка, поддоном с механизмом его съема, герметично соединенным с камерой плавления, при этом в верхнем кристаллизаторе выполнен перекрываемый пластиной из очищенного от примесей переплавляемого металла вертикальный паз с образованием уступа для удержания тяжелых примесей в процессе плавки, а упомянутые кристаллизаторы установлены на поддоне, верхний кристаллизатор выполнен V-образным, практически полностью перекрывающим поперечную плоскость плавильной камеры печи, за исключением сектора, отведенного под слив рафинированного расплава металла.

Предложенный способ осуществляется с помощью установки, изображенной на фиг.1. Установка содержит электронно-лучевую пушку 1, корпус которой может быть расположен под разными углами по отношению к оси корпуса плавильной камеры 2, закрывающуюся снизу поддоном 3, на который устанавливается медный охлаждаемый верхний кристаллизатор 4 и нижний кристаллизатор 5. Камера 2 с поддоном 3 крепятся с помощью болтовых соединений, через уплотнительную вакуумную резину. В кристаллизатор 4 загружается непрессованная или прессованная в брикет шихта 6, после установки кристаллизатора на поддоне, в камере плавления создается вакуум через патрубок 7. При достижении требуемой глубины вакуума производится плавление шихты за счет электронного луча 8. Плавление шихты 6 будет начинаться по всей площади, образуемой верхним кристаллизатором 4, не достигая определенного расстояния до его периметра. Луч от одной или нескольких пушек будет перемещаться по поверхности металла, пока контур, образующейся жидкой ванны металла 9 не достиг, на определенном расстоянии, медной поверхности верхнего кристаллизатора 4. То есть нужно будет стремиться к выплавке, как можно большего количества металла, при этом не проплавляя самого кристаллизатора 4. Шихта начинает переплавляться по по всей верхней плоскости кристаллизатора, образуя ванну металла определенной глубины, чтобы за определенное время можно было производить рафинированный металл от легких, тяжелых и газовых включений.

За счет плавления образуемая ванна расплава металла 9, достигнув определенной глубины h, сливается в нижний кристаллизатор 5 за счет проплавления лучом пластины 10, состоящей из чистого металла, установленной в кристаллизатор 4 перед загрузкой шихты 6, таким образом, чтобы перекрыть в кристаллизаторе 4, вертикальный паз 11, прорезанный, не достигая днища на определенную высоту d. Глубина проплавления пластины должна быть меньше глубины ванны расплава, примерно на 20÷30%. За глубиной проплавления паза и всем процессом плавления идет слежение с помощью датчиков 12, совмещенных с камерами слежения, установленных в корпусе 2. Металл, сливаясь в кристаллизатор 5, образует слиток 13. Для того чтобы его структура была без полостей и качественно проплавлена, металл может подогреваться электронным лучом 8. Если металл в дальнейшем идет на повторный переплав, данного подогрева не требуется. Электронные пушки 1 должны быть установлены таким образом на корпусе 2, чтобы они с наибольшей эффективностью могли перекрывать поверхность в верхнем кристаллизаторе 4, проплавлять паз в пластине 10 и подогревать, если требуется, сливаемый металл в нижнем кристаллизаторе 5.

На фиг.2 изображена установка, где в качестве верхнего кристаллизатора 4 выступает квадратный V-образный кристаллизатор, который позволяет вмещать в три-пять раз больше металла, по сравнению с круглым кристаллизатором.

Этот кристаллизатор может заполнять почти весь периметр камеры 2, за исключением небольшого сектора, через который будет сливаться металл в нижний кристаллизатор. На фиг.2 изображен сектор с углом 90°, через который идет слив, но этот сектор может занимать меньший угол. Данная конструкция кристаллизатора позволяет производить очистку металла не только от тяжелых и легких включений, но и производить очистку за счет зонной плавки от присутствующих в сплаве металлических и неметаллических включений. Так, например, в одной половине кристаллизатора луч, проплавляя узкую полосу 14, прогоняет ее от одной стенки кристаллизатора к другой. То есть на фиг.2 от стороны А к С и от стороны В к Д. Полоса расплава всегда проходит в одну сторону, по типу светлой полосы в сканере, достигая стороны С и Д, луч снова начинает плавить металл от стороны В и А. Проплавив таким образом металл один или несколько раз, в зависимости от требований к очистке металла, металл проплавляется на глубину h, затем проплавляется пластина 10 и сливается расплав в нижний кристаллизатор 5. Далее процесс очистки повторяется до полной переплавки шихт, за исключением только той ее массы, в которой остаются включения и которая образует гарнисаж на дне верхнего кристаллизатора 4. Печь, изображенная на фиг.2, очень компактна, но в то же время способна выплавлять очень большое количество металла.

Особенности предлагаемого способа заключаются в следующем.

- Данный способ может производить слиток круглой, квадратной или прямоугольной формы, одной или несколькими пушками (или плазматронами), без применения засыпных подающих и вытяжных устройств для металла, за счет переплава металла из верхнего в нижний неподвижные кристаллизаторы.

- Верхний кристаллизатор одновременно служит накопительной емкостью для шихты и промежуточной емкостью, в которой идет очистка от тяжелых и легких примесей, т.е. он совмещает функции бункера с промежуточной емкостью, где загружается шихта и происходит очистка металла, кроме того, за счет зонной выплавки обеспечивается очистка от сопутствующих металлов и неметаллов.

- Загрузка шихты обеспечивается в верхний кристаллизатор как с подпрессовкой, так и без ее подпрессовки.

- Из верхнего кристаллизатора металл сливается в определенном месте через паз, проходящий вертикально, почти по всей высоте кристаллизатора.

- Место слива металла находится над нижним кристаллизатором по его центру или около края кристаллизатора.

- Для очистки металла в верхнем кристаллизаторе используется метод гидродинамической очистки, тяжелые примеси оседают на его дне, так как паз по вертикали не достигает днища, тем самым образуется уступ, удерживающий тяжелые примеси.

- Для гарантированного не попадания в сливаемый расплав тяжелых примесей перед загрузкой шихты паз закрывается металлической пластиной из очищенного металла, таким образом, чтобы получаемый расплав от шихты очищался от тяжелых и легких включений на подходе к данной пластине. В дальнейшем, проплавляя данную пластину на определенную глубину, для слива полученной ванны расплава в нижний кристаллизатор будет попадать только чистый расплав, так как металл пластины ранее был очищен, а расплав, полученный от шихты очистился ранее за отведенное для этого время.

- Верхний и нижний кристаллизаторы крепятся на поддоне, являющемся одновременно крышкой для печи.

- Экономия энергии происходит за счет экранирования жидкой фазы от кристаллизатора, твердой фазой металла их разделяющего.

- Печь может содержать одну действующую пушку, поочередно наплавляя металл в верхнем кристаллизаторе, затем прорезая щель для его слива в пластине и затем, подогревая металл в нижнем кристаллизаторе, используя возможность отклонения луча от центральной оси. При одновременном использовании нескольких пушек переплавляемый объем металла и скорость плавления значительно увеличится.

- Так за счет использования возможности отклонения луча от центральной оси, конструкция печи значительно упрощается, не требуя использования механизмов для подачи шихты, перемещения кристаллизатора и вытяжки слитка, что значительно повышает ее надежность и значительно снижает ее стоимость.

- Конструкция устройства печи для осуществления способа имеет минимальный объем камеры плавления, так как внутренняя конфигурация полости этой камеры занимает пространство только для размещения кристаллизаторов и перемещения луча. Данная особенность позволяет удешевить конструкцию установки, снизить стоимость вакуумной системы и уменьшить время на откачку воздуха из камеры плавления.

- Местом герметизации камеры плавления служит в основном соединение этой камеры и поддона, что позволяет снизить в нее натекание и обеспечить хороший доступ к загрузке-выгрузке.

- Съем поддона с кристаллизаторами может быть обеспечен за счет стационарных гидро- и пневматических устройств или за счет независимых механизмов, например за счет подъезжающей электрокары.

- Наблюдение за процессом обеспечивается с помощью датчиков и кинокамер, установленных в корпусе плавильной камеры.

- Выгрузка кристаллизаторов осуществляется с противоположной стороны от вакуумного патрубка, соединенного с вакуумной системой.

- Подпрессовка шихты перед ее загрузкой в верхний кристаллизатор позволяет снизить время ее плавления, увеличить объем выплавки металла, а также снизить потери на испарение легирующих элементов.

Тяжелые включения в расплаве падают на днище верхнего кристаллизатора, при очистке металла от тяжелых включений подбирается такой режим плавки, когда луч сначала в верхнем кристаллизаторе создает ванну расплава определенной глубины, не проплавляя пластину, закрывающую вертикальный паз, затем проплавляет ее на меньшую глубину. Тем самым, давая стекать расплаву, оставляя тяжелые включения на дне ванны в верхнем кристаллизаторе. При окончании плавления часть металла остается на дне верхнего кристаллизатора, где скапливаются все тяжелые включения. Для гарантированного их удержания, паз в верхнем кристаллизаторе выполнен не до самого его днища, образуя тем самым, естественное препятствие для тяжелых включений. Металл будет полностью очищен от легких включений за счет тепловой мощности луча, концентрируемой на поверхности ванны металла, куда всплывают легкие включения. Попадая под луч, они испаряются и удаляются через вакуумную систему откачки.

Экономическая целесообразность проекта.

Сравнение идет с печью (ОАО "Композит", г.Королев), которая использует четыре пушки по 250 кВт и выпускает слиток ⌀200, длиной 1,5 м, общей массой 200 кг (при загрузке титана 220 кг). Объем печи 10³, объем трубопроводов вакуумной системы 12 м³. Время откачки 1,5 часа, плавки 1 час, охлаждения 1,5 часа, т.е. полный цикл работы печи занимает 4 часа. Дополнительное время занимает выгрузка-загрузка, которая составляет 1,5 часа. Стоимость подобной печи 1 млн. € или 36 млн. руб. Стоимость данной печи распределяется между основными узлами. (Таблица 1).

Если предлагаемая печь, изображенная на фиг.1, также будет содержать в своем арсенале 4 эл. лучевых пушки, мощностью по 250 кВт, объем выплавляемого металла, за счет технологических особенностей процесса, значительно увеличится. Примем верхний кристаллизатор, диаметром 800 мм и глубиной 600 мм, при этом масса титана, загружаемая при плотной упаковке, будет находиться в пределах 1000 кг. Вследствие того, что все четыре пушки могут быть направлены на выплавку ванны металла, это позволит значительно увеличить скорость плавления и позволит сократить количество энергии за счет снижения тепловых потерь.

По сравнению с аналогами, где в промежуточную емкость постоянно поступает новая шихта, приходится одну или две пушки устанавливать на ее расплавление. Так, например, в случае компановки печи по классической схеме с промежуточной емкостью, контейнер с которого на торце сплавляется титан, нагревается по своему объему и за счет значительной своей массы, забирает на себя часть тепла, а следовательно, часть энергии, которую затрачивают лучевые пушки на его плавление. Поэтому можно отметить, что это одна из основных частей тепловых потерь классической печи. Далее в этой печи расплав металла попадает в неглубокую медную охлаждаемую емкость, где при взаимодействии небольшой массы металла и относительно большой массы охлаждаемого кристаллизатора происходит также значительная потеря тепла, отводимая промежуточной емкостью.

Далее металл, попадая в медный охлаждаемый, скользящий кристаллизатор, формируется в слиток под действием тепла луча одной из пушек, где также происходит потеря тепловой энергии. Как известно, на сегодня, лучевые печи превосходят рафинирующими возможностями все известные печи по плавлению титана (вакуумно-дуговые, плазменные, индукционные, гарнисажные и т.п.), но при этом страдают тем, что не могут получать жестко регламентированный, равномернораспределенный химический состав по длине слитка. В связи с этим, стремление проектировщиков эл. лучевых печей объединить в единой конструкции возможность переплава шихты любого состава, рафинирования ее от примесей с выходом в итоге готового слитка, приводит к тому, что, затраты вложенные на строительство печи, ее эксплуатацию и обслуживание, а также качество производимых слитков не оправдывает ожиданий металлургов. В предлагаемом способе была поставлена задача - использовать высокое рафинирующее свойство электронно-лучевых печей для производства достаточно больших объемов металла при низких затратах.

В связи с тем, что в предлагаемой печи все четыре эл. лучевые пушки могут быть направлены на выплавку ванны металла в верхнем кристаллизаторе, по сравнению с классической печью, достигаются следующие преимущества.

1. Верхний кристаллизатор, имея глубину 600 мм, при выплавке жидкой ванны, глубиной не более 50 мм, не теряет свое тепло на обогрев днища кристаллизатора.

2. Шихта, имея упакованную, но не сплавленную структуру, имеет низкую теплопроводность, поэтому больше энергии идет на полезный расплав металла.

3. После слива очередной порции расплава металла лучи начинают плавить уже прогретый до точки плавления следующий слой металла.

4. Часть энергии луча только иногда расходуется на проплав пластины для слива расплава, а также на подогрев металла в нижнем кристаллизаторе, если это требуется.

Как было сказано выше, в связи с тем, что лучевые печи страдают низкой способностью перемешивания расплава, для производства слитка, который предназначен к последующему переплаву, не следует тратить значительное количество энергии на прогрев и сплавление слитка. Экономически более выгодно, полученный слиток в дальнейшем переплавить вакуумно-дуговым или индукционным переплавом, у которых перемешивающая способность расплава значительно выше. В то же время, их рафинирующая способность не идет не в какое сравнение с электроннолучевой выплавкой.

При сравнении классической и новой печи ЭЛП можно отметить, что новая печь с теми же пушками в новой компановке за одно и то же время, сможет выплавить 1000 кг титана, вместо 210 кг по классической схеме. При этом ее габариты будут находиться в пределах 3×3×4 м. Классическая печь занимает габариты 15×20×12 м.

При составлении расчетов (табл.1) использовались цены, которые диктовали производители современных печей. Поэтому стоимость новой печи складывалась при сравнении с классической печью.

ЛИТЕРАТУРА

[1]. А.А. Андреев. Плавка и литье титановых сплавов, - М.: Из-во "Металлургия". 1994 г., стр.182-184.

[2]. RU 2087563 C1, C22D 9/22, 20.08.1997.

Таблица 1.
№ п/п	Наименование узлов	Классическая ЭЛП	%	Наименова ние узлов	Новая ЭЛП	%
Примечание	Стоимость, млн. руб	Примечание	Стоимость, млн. руб.
1.	Эл. лучевые пушки	4 шт.	2,52	7	Эл. лучевые пушки	4 шт.	2,52	7
2.	Силовой источник питания	1,2 МВт	1,8	5	Силовой источник питания	1,2 МВт	1,8	5
3.	Вакуумные системы	Производительность на 42 м³	4,32	12	Вакуумные системы	Производительность на 8 м³	1,08	3
4.	Корпус камеры плавления	На 20 м³	3,6	10	Корпус камеры плавления	На 5 м³	0,9	2,5
5.	Вакуумные трубопроводы	На 12 м³	1,8	5	Вакуумные трубопроводы	На 3 м³	0,36	1
6.	Корпус камеры подачи шихты	На 5 м³	1,8	5
7.	Корпус камеры для вытяжки слитка	5 м³	1,8	5
8.	Промежуточная емкость		0,72	2	Верхний кристаллизатор		1,8	5
9.	Скользящий кристаллизатор		1,08	3	Нижний кристаллизатор		1,08	3
10	Механическая система вытяжки слитка		2,88	8
11	Мех. система подачи шихты		2,88	8
12	Шахта под вытяжку слитка		2,88	8
13	Крепежная ферма и система обеспечения печи	Габариты 15×20×12 м	3,6	10	Крепежная ферма, и система обеспечения печи	Габариты 3×3×4 м	0,9	2,5
14	Монтаж и пусконаладка		4,32	12	Монтаж и пусконаладка		1,08	3
Итого:	36	100	Итого:	11,52	32

1. Способ зонной плавки металлов, включающий загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой путем сканирования поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла, рафинированные порции которого периодически сливают в нижний кристаллизатор для формирования слитка, отличающийся тем, что загрузку металлической шихты и ее последовательное плавление электронным лучом или плазмой осуществляют в верхнем кристаллизаторе, выполненным с вертикальным пазом, в который перед загрузкой металлической шихты устанавливают пластину из очищенного от примесей переплавляемого металла, перекрывающую упомянутый паз, наплавление в верхнем кристаллизаторе ванны расплава металла глубиной не более 50 мм, без проплавления упомянутой пластины, при этом электронным лучом или плазмой проплавляют паз в упомянутой пластине на глубину меньше глубины наплавляемой ванны расплава на 20-30% и сливают рафинированную порцию расплава металла в нижний кристаллизатор для формирования слитка, с оставлением на дне верхнего кристаллизатора расплава металла, содержащего тяжелые примеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхнем кристаллизаторе осуществляют плавление шихты электронным лучом или плазмой путем периодического сканирования ее поверхности с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей расплава металла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют одновременно отдельные электронно-лучевые пушки или плазматроны на каждой стадии плавления, проплавления пластины и подогрева расплава металла в нижнем кристаллизаторе или на всех упомянутых стадиях используют одну электронно-лучевую пушку или плазматрон.

4. Устройство для зонной плавки металлов, содержащее электронно-лучевую или плазменную пушку, кристаллизатор для формирования слитка, который расположен в камере плавления с вакуумным патрубком, соединенным с вакуумной системой, отличающееся тем, что оно снабжено верхним кристаллизатором для последовательного плавления металлической шихты с образованием рафинированного от легких и тяжелых примесей металлического расплава, размещенным над кристаллизатором для формирования слитка, поддоном с механизмом его съема, герметично соединенным с камерой плавления, при этом в верхнем кристаллизаторе выполнен перекрываемый пластиной из очищенного от примесей переплавляемого металла вертикальный паз с образованием уступа для удерживания тяжелых примесей в процессе плавки, а упомянутые кристаллизаторы установлены на поддоне.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что верхний кристаллизатор выполнен V-образным, практически полностью перекрывающим поперечную плоскость плавильной камеры печи, за исключением сектора, отведенного под слив рафинированного расплава металла.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам электронно-лучевой выплавки изделий из тугоплавких металлов и сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом машиностроении при изготовлении деталей горячего тракта газотурбинных двигателей.

Способ электронно-лучевой или плазменной зонной плавки в квадратный кристаллизатор // 2454471

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные. .

Способ получения слитков гафния в электронно-лучевой печи // 2443789

Изобретение относится к получению слитков гафния и может быть использовано для получения слитков тугоплавких металлов в электронно-лучевой печи. .

Способ и печь для плавления стального лома // 2441078

Изобретение относится к черной металлургии, а в частности к способу плавления стального лома. .

Способ управления процессом плавки // 2436853

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при выплавке слитков из высокореакционных металлов и сплавов плазменно-дуговым и электронно-лучевым переплавом.

Водоохлаждаемый плавильный инструмент // 2436852

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструктивным элементам плавильного оборудования вакуумно-дуговых, плазменно-дуговых и электронно-лучевых печей, в конструкции которых используется водоохлаждаемый плавильный инструмент - холодный тигель.

Способ получения высокочистого кобальта для распыляемых мишеней // 2434955

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способу получения высокочистого кобальта для распыляемых мишеней. .

Способ получения сферических гранул жаропрочных и химически активных металлов и сплавов, устройство для его осуществления и устройство для изготовления исходной расходуемой заготовки для реализации способа // 2413595

Изобретение относится к области порошковой металлургии и направлено на получение порошков, состоящих из сферических гранул жаропрочных и химически активных сплавов.

Плавильная печь с холодным подом // 2413017

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.

Подовая печь для получения расплавленного металла // 2406048

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.

Способ получения слитка сплава // 2494158

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения слитка сплава высокой чистоты. Способ включает: стадию загрузки исходного материала сплава в холодный тигель в индукционной плавильной печи с холодным тиглем и образование ванны расплава исходного материала сплава индукционным нагревом в атмосфере инертного газа, стадию продолжения индукционного нагрева и добавления первого рафинирующего агента к ванне расплава, и затем уменьшения содержания по меньшей мере фосфора из числа примесных элементов, присутствующих в ванне расплава, и стадию формирования слитка сплава посредством отверждения расплава, содержание фосфора в котором было уменьшено. Первый рафинирующий агент представляет собой смесь металлического кальция и флюса, при этом флюс содержит фторид кальция и по меньшей мере один компонент из оксида кальция и хлорида кальция. Массовая доля суммарного содержания оксида кальция и хлорида кальция по отношению к фториду кальция находится в интервале от 5 до 30 масс.%, и массовая доля металлического кальция по отношению к ванне расплава составляет 0,4 масс.% или более. Слиток сплава также может быть получен в электроннолучевой печи с холодным подом. Изобретение позволяет получить слиток сплава высокой чистоты с минимальным содержанием фосфора за счет использования рафинирующего агента специального состава. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 табл., 9 ил.

Способ рафинирования сплавов на основе тантала // 2499065

Изобретение относится к металлургии, в частности к рафинированию тантала. Способ рафинирования сплавов на основе тантала включает вакуумный электронно-лучевой переплав в горизонтальном кристаллизаторе помещенной в него шихты с выделением возгонов ее металлических примесей на конденсирующей их поверхности и возгонов газосодержащих примесей и получением слитка тантала путем перемещения электронного луча от начала к концу кристаллизатора по всей поверхности шихты с его последующим отключением. Шихта содержит металлические примеси тугоплавких металлов с близкой к танталу температурой плавления. Вакуумный электронно-лучевой переплав ведут в два этапа. Полученный на первом этапе слиток тантала с примесями тугоплавких металлов подвергают электрохимической переработке с выделением танталсодержащего катодного осадка, который подвергают второму этапу переплава с получением слитка кондиционного тантала и содержащих тантал возгонов, которые возвращают на электрохимическую переработку. От первого этапа переплава ко второму удельную мощность электронного луча увеличивают с 0,024-0,035 до 0,040-0,045 кВт/мм2, а скорость перемещения луча снижают с 40-60 до 4-6 мм/мин Увеличивается степень извлечения и чистоты тантала. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 2 пр.

Способ получения карбида кальция // 2501733

Изобретение относится к способу получения карбида кальция. Способ включает термическую обработку дробленых известняка и угля с отводом газообразных продуктов, которые используют для производства углекислоты. Термическую обработку ведут в одном реакторе. На первом этапе в процессе ввода сырья в реактор его подвергают нагреву до 1000°-1200°С теплопередачей от конструктивных элементов загрузочного канала и воздействием на сырье плазменного луча в зоне свободного перемещения частиц сырья. Термическую обработку сырья осуществляют в атмосфере диоксида углерода. Последующий синтез карбида кальция осуществляют при температуре как минимум 1700-1800° индукционным нагревом реакционной массы. Полученный расплав карбида кальция отводят. Из верхней части реактора отводят газообразные продукты, из которых выделяют окись углерода и диоксид углерода, причем как минимум часть отводимого диоксида углерода используют для заполнения загрузочного канала. Для производства углекислоты используют объем диоксида углерода, оставшийся после заполнения загрузочного канала, и весь объем окиси углерода. Техническим результатом является повышение выхода целевого продукта и снижение энергоемкости процесса. 1 ил.

Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы // 2501867

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы, в частности при пирометаллургической переработке никель-пирротиновых концентратов, содержащих металлы платиновой группы. Сущность способа заключается в том, что исходный материал предварительно смешивают с оксидом кальция в количестве 15-20% от массы исходного материала и расплавляют с получением штейно-шлакового расплава. Затем на его поверхность подают кремнийсодержащий сплав-коллектор в виде ферросилиция марки ФС25, коллектирующего платиновые металлы и никель. При этом медь остается в штейне. Полученный расплав подвергают выдерживке. В качестве исходного материала используют никель-пирротиновый концентрат. Кроме того, кремнийсодержащий сплав используют в измельченном виде. Технический результат заключается в повышении извлечения и концентрирования металлов платиновой группы в металлической фазе, разделении меди и никеля по продуктам плавки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

Способ переработки золотосодержащих неорганических материалов, включая переработку ювелирного лома и рафинирование золота // 2525959

Изобретение относится к пирометаллургии. Способ переработки золотосодержащих неорганических материалов включает расплавление исходного сырья с флюсом, содержащим 3-15 мас.% обезвоженной буры, 0,5-3 мас.% оксида кальция и 0,4-3 мас.% кварцевого песка относительно суммы масс примесей в исходном продукте. Нагретый до 1100-1200°C расплав барботируют кислородосодержащим газом до завершения окисления примесей. После чего переливают окисленный расплав при температуре 1200-1250°C в нагретую футерованную изложницу, установленную в роторе центрифуги. Осуществляют вращение изложницы с расплавом со скоростью, создающей гравитационный коэффициент Kg=50÷500. Используют изложницу, обеспечивающую скорость охлаждения залитого расплава не более 10°C/мин. Вращение изложницы прекращают при завершении процесса кристаллизации расплава с получением отливки с температурой ниже температуры солидус. Обеспечивается повышение степени очистки золотосодержащих материалов от примесей при одновременном обеспечении требуемых геометрических параметров конечного продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Способ выделения ультрадисперсных и коллоидно-ионных благородных включений из минерального сырья и техногенных продуктов и установка для его осуществления // 2541248

Изобретение относится к выделению ультрадисперсных и коллоидно-ионных благородных включений из минерального сырья и техногенных продуктов. Способ включает подачу исходного сырья на подложку и его обработку лазерным излучением с интенсивностью, достаточной для их высокоскоростного нагрева. Обработку ведут комплексным инициированием процессов полной дефрагментации путем оплавления без испарения, с последующим термокапиллярным высокоуровневым извлечением благородных включений при их агломерации до размеров, достаточных для обнаружения и выделения гравитационными методами. При этом оптимальную интенсивность источника лазерного излучения, его режим работы, скорость подачи сырья на подложку и скорость ее перемещения в области лазерного излучения устанавливают в зависимости от уровня наиболее полного переплава исходного сырья, определяемого по яркости цифровых изображений регистрируемых поперечных профилей рассеянного излучения. Установка для осуществления способа имеет цифровую камеру со щелевым коллиматором для определения яркости цифровых изображений регистрируемых поперечных профилей рассеянного излучения и устройством обратной связи с персональным компьютером. Техническим результатом является расширение минерально-сырьевой базы выделения тонкого золота и других благородных металлов. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 2 пр.

Ионно-плазменные излучатели электронов для плавильной печи // 2544328

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при электронно-лучевой плавке электропроводящего металлического материала. Устройство содержит вакуумную камеру с подом, по меньшей мере один ионно-плазменный излучатель электронов, выполненный с возможностью создания первого поля электронов, имеющего первую площадь покрытия, и вспомогательный ионно-плазменный излучатель электронов, расположенный в вакуумной камере или смежно с ней и выполненный с возможностью создания второго поля электронов, имеющего вторую площадь покрытия и достаточную энергию для нагревания части электропроводящего металлического материала до его температуры плавления, плавления твердого конденсата внутри электропроводящего металлического материала и подачи тепла в зоны образующегося слитка. Вспомогательный ионно-плазменный излучатель электронов выполнен с возможностью фокусирования второго поля электронов так, что вторая площадь покрытия меньше, чем первая площадь покрытия, и ориентирующее устройство выполнено с возможностью ориентирования второго поля электронов для направления его к одному из упомянутых электропроводящего металлического материала, твердого конденсата и образующегося слитка. Изобретение позволяет использовать проволочно-разрядный ионно-плазменный излучатель для направления нелинейного, обширного поля электронов на поверхность переплавляемых упомянутых материалов. 4 н. и 36 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ выращивания монокристаллических дисков из тугоплавких металлов и устройство для его осуществления // 2553905

Изобретение относится к металлургии высокочистых металлов и может быть использовано при выращивании монокристаллических дисков из тугоплавких металлов и сплавов на их основе методом бестигельной зонной плавки (БЗП) с электронно-лучевым нагревом. Способ включает формирование расплавленной зоны 12 между поликристаллической заготовкой 5 и боковой поверхностью горизонтально расположенного цилиндрического затравочного кристалла 6, выдержку расплавленной зоны в течение времени, необходимого для стабилизации тепловых условий роста монокристаллического диска, наплавление расплава на боковую поверхность затравочного кристалла в процессе перемещения затравочного кристалла в вертикальном направлении роста монокристалла и вращения затравочного кристалла в направлении наступления фронта кристаллизации, при этом в процессе роста автоматически измеряют текущий диаметр монокристаллического диска, по результатам измерений которого задают скорости перемещения и вращения заготовки 5 и затравочного кристалла 6, перемещение затравочного кристалла в процессе роста осуществляют непрерывно в течение всего процесса роста монокристаллического диска. Способ осуществляют в устройстве, включающем ростовую камеру 1 с верхним 3 и нижним 2 штоками для перемещения, соответственно, поликристаллической заготовки 5 и затравочного кристалла 6, дополнительный привод 4 для наплавления жидкого металла из расплавленной зоны на боковую поверхность затравочного кристалла 6, установленного на валу 7 дополнительного привода 4. Устройство дополнительно снабжено связанной с нижним 2 и верхним 3 штоками, а также с дополнительным приводом 4 системой автоматического управления вращением и перемещением затравочного кристалла и поликристаллической заготовки, при этом нижний шток 2 механически связан с дополнительным приводом 4, преобразующим ось вращения нижнего штока 2 из вертикального положения в горизонтальное. Технический результат - обеспечение стабильности роста монокристаллического диска большого диаметра (150 мм и более) и увеличение выхода годной продукции путем стабилизации состояния расплавленной зоны в процессе роста. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ получения титанового слитка // 2556255

Изобретение относится к металлургии. Титановый сплав плавят в течение заданного времени методом индукционной плавки в холодном тигле 5 и подают расплав в холодный под 10. Отделяют высокоплотные включения (8) осаждением в холодном поде (10) посредством обдувки поверхности ванны расплавленного титана (6) плазменной струей 11 или облучения поверхности ванны электронным пучком. Расплавленный титановый сплав подают в кристаллизатор (20) для получения титанового слитка 30. Обеспечивается повышение качества титанового слитка и надежность его использования в технике. 4 ил., 2 пр.

Пирометаллургический способ // 2559600

Предложен способ пирометаллургической переработки никельсодержащего сульфидного материала с использованием флюсовой композиции, содержащей соединение кальция. При этом указанная флюсовая композиция в процессе переработки образует шлак, имеющий соотношение Fe/CaO от примерно 0,5 до примерно 5,0 по массе и соотношение SiO2/Fe менее 0,2 по массе. Флюсовая композиция образует шлак на основе кальция-феррита. Исходный материал представляет собой никелевую руду, концентрат, штейн, шлак или их комбинацию. Пирометаллургический процесс, в котором применяют указанный способ, представляет собой плавку, продувку в конвертере или рафинирование. Техническим результатом является получение стабильного шлака в процессе переработки, что приводит к снижению потерь ценного металла. 8 з.п. ф-лы, 6 ил., 9 табл.