Способ получения слитков гафния вакуумно-дуговым переплавом


 


Владельцы патента RU 2593807:

Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ) (RU)
Акционерное общество "Чепецкий механический завод" (RU)

Изобретение относится к получению слитков гафния. Прессуют брикеты из шихтового гафниевого материала с плотностью брикета не менее ρбр=7,2 г/см3. Формируют расходуемый электрод путем электронно-лучевой сварки брикетов. Проводят первый вакуумно-дуговой переплав полученного расходуемого электрода с силой тока дуги I=K1×Dсл, где коэффициент пропорциональности K1=70-220 А/см, Dсл - диаметр выплавляемого слитка, см, а затем проводят второй вакуумно-дуговой переплав в двухступенчатом режиме, причем сила тока дуги первой ступени I1=K2×Dсл, где коэффициент пропорциональности К2=220-350 А/см, а сила тока дуги второй ступени I23×I1, где коэффициент пропорциональности К3=0,25-0,5. В качестве шихтового гафниевого материала может быть использован электролитический порошок гафния и дополнительно измельченный оборотный и/или иодидный гафний. Обеспечивается повышение качества получаемых слитков гафния за счет уменьшения литейных дефектов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению слитков гафния.

Известен способ выплавки слитков гафния в электронно-лучевой печи (патент РФ №2443789 МПК С22В 9/22, С22В 34/14 опубл. 27.02.2012 г.), включающий загрузку шихты и плавку металла электронным лучом с электромагнитным перемешиванием расплава, при этом плавку проводят в тигле с гарнисажем в трехступенчатом режиме.

Этот способ не предназначен для получения слитков из порошков тугоплавких металлов. Кроме того, недостатком известного метода является длительность процесса плавки, небольшие размеры получаемого слитка, ограниченные размером тигля.

Наиболее близким аналогом является способ получения слитков гафния двукратным вакуумно-дуговым переплавом иодидных прутков гафния («Металлургия гафния» под редакцией Томаса Д.Е. и Хейса Е.Т., 1967 г., с. 141-142). Формирование расходуемого электрода в описанном способе производится точечной сваркой иодидных прутков, предварительно правленых холодной деформацией, а затем проводится отжиг для снятия остаточного напряжения, после чего двукратным вакуумно-дуговым переплавом изготавливается слиток.

Недостатками описанного способа являются:

- невозможность изготовления электродов из электролитического порошка;

- не определены оптимальные значения силы тока дуги вакуумно-дуговой плавки в зависимости от диаметра выплавляемого слитка, в том числе режима вывода усадочной раковины, что приводит к появлению литейных дефектов в слитке (например, непроплавы на боковой поверхности, усадочные дефекты в верхней части), вследствие чего снижается выход годного.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего изготавливать слитки гафния путем формирования механически прочного электрода, стабилизации процесса плавки за счет выбора силы тока дуги в зависимости от диаметра изложницы (слитка) и использования двухступенчатого режима второго вакуумно-дугового переплава.

Техническим результатом является получение слитков гафния повышенного качества за счет уменьшения литейных дефектов (на боковой поверхности и в верхней части слитка) и увеличение выхода годного.

Технический результат в заявляемом способе получения слитков гафния достигается путем прессования брикетов из шихтовых материалов, при этом плотность брикета составляет не менее ρбР=7,2 г/см3; формирования расходуемого электрода электронно-лучевой сваркой брикетов с мощностью, определяемой по формуле Р=k×mэл, где коэффициент пропорциональности k=28-70 Вт/кг, причем скорость перемещения электрода при сварке составляет не более 5 мм/сек, а минимальное количество швов N определяют по формуле N=2+n×DбP, где Dбp - диаметр брикета, см, коэффициент пропорциональности n=0,1 см-1, при этом осуществляют первый вакуумно-дуговой переплав полученного расходуемого электрода с силой тока дуги I=K1×Dсл, где коэффициент пропорциональности K1=70-220 А/см, Dсл - диаметр выплавляемого слитка, см, а второй вакуумно-дуговой переплав проводят в двухступенчатом режиме: сила тока дуги первой ступени I1=K2×Dсл, где коэффициент пропорциональности К2=220-350 А/см, сила тока дуги второй ступени I23×I1, где коэффициент пропорциональности К3=0,25-0,5. В качестве шихтовых материалов используют электролитический порошок гафния и дополнительно - измельченные иодидные прутки и/или обороты.

Прессование брикетов с плотностью менее 7,2 г/см3 приводило к увеличенному образованию осыпи с поверхности брикетов при их кантовке и транспортировке. Максимально возможная плотность брикетов 13,1 г/см3, что соответствует теоретической плотности гафния. Мощность, получаемая при использовании значений коэффициента k>70 Вт/кг, приводит к излишним энергозатратам, повышенному газовыделению из брикетов, а также стеканию расплава с боковой поверхности брикетов из-за увеличения объема расплавленного металла.

При сварке брикетов с мощностью, получаемой при использовании значений коэффициента k<28 Вт/кг, и при скорости перемещения электрода более 5 мм/сек сварной шов становится недостаточно прочным, снижается механическая прочность электрода. К аналогичному результату приводит и нанесение количества сварных швов N меньше определяемого заявленным соотношением.

Минимальное значение коэффициента пропорциональности К1 для силы тока дуги первого вакуумно-дугового переплава обусловлено устойчивостью горения дуги, максимальное - предельно допустимым газовыделением из неспеченных брикетов.

Минимальное значение коэффициента пропорциональности К2 для силы тока дуги второго вакуумно-дугового переплава определяется проплавом периферийных зон, максимальное - увеличением количества литейных дефектов в слитке в виде пор.

При силе тока дуги I2<(0,25×I1) на второй стадии второго вакуумно-дугового переплава процесс горения дуги становится неустойчивым, а при значении I2>(0,5×I1) объем жидкой ванны металла остается еще достаточно большим. В обоих случаях в слитке образуется зона с повышенным количеством литейных дефектов, снижающих выход годного.

Способ осуществляли следующим образом: из шихтовых гафниевых материалов на прессе П-814 и НРМ 1500Е прессовали брикеты диаметром 200 мм различной плотности. Сварку брикетов проводили в установках электронно-лучевой сварки АСТК-30/6-10 и «Луч-1». Плавку электродов проводили в вакуумно-дуговых печах ДКВ-3,2 и ВДП-300: первый переплав - в изложницу диаметром 280 мм, второй переплав - в изложницу диаметром 320 мм.

Для сравнения был проведен двойной вакуумно-дуговой переплав электрода из иодидных прутков гафния (прототип). Масса электрода первого переплава составила 420 кг. Электрод второго переплава состоял из двух слитков первого переплава. Первый вакуумно-дуговой переплав проводился в изложницу диаметром 280 мм (соответствует диаметру слитка) с силой тока дуги 7 кА, второй переплав - в изложницу диаметром 320 мм с силой тока дуги 9 кА.

Пример 1

Навеску электролитического порошка гафния марки ПГЭ-1 массой 20 кг засыпали в пресс-форму пресса и изготавливали брикеты плотностью 9,1 г/см3. Для формирования электрода первого переплава спрессованные брикеты укладывали в столбики и сваривали четырьмя продольными швами по боковой поверхности на всю длину электрода. Режим сварки: мощность 25,7 кВт (значение коэффициента k=61,2 Вт/кг), скорость перемещения электрода 3,3 мм/с.

Первый переплав проводили в изложницу диаметром 280 мм (соответствует диаметру слитка) с силой тока дуги 6,2 кА (К1=220 А/см). Электрод второго переплава состоял из двух слитков первого переплава. Второй переплав проводили в изложницу диаметром 320 мм: сила тока дуги первой ступени 11,2 кА (К2=350 А/см), сила тока дуги второй ступени 4 кА (К3=0,36).

Примеры 2-4

Отличаются от примера 1 массой и плотностью брикетов, массой электродов, режимами электронно-лучевой сварки и токовыми нагрузками вакуумно-дуговых плавок, пример 4 - количеством швов.

Пример 5-7

Отличаются от примера 1 составом шихты с использованием электролитического порошка, измельченных иодидных прутков (марки ГФИ-1) и оборотов (химический состав соответствует марке ГФЭ-1), а также силой тока вакуумно-дуговых плавок.

Полученные результаты приведены в таблице. Увеличение выхода годного по сравнению с прототипом составило от 2,6 до 5,3%.

Таким образом, разработан новый способ получения слитков гафния путем прессования брикетов из шихтовых материалов с заданной плотностью, изготовления механически прочного электрода с установленными параметрами режимов сварки и количества швов, проведения двойного вакуумно-дугового переплава с выбранными значениями силы тока дуги в зависимости от диаметра слитка и использования двухступенчатого режима второго вакуумно-дугового переплава, что позволило увеличить выход годного за счет уменьшения литейных дефектов слитка (улучшение проплава боковой поверхности и локализация залегания усадочной раковины).

1. Способ получения слитков гафния, включающий вакуумно-дуговой переплав расходуемого электрода, отличающийся тем, что осуществляют прессование брикетов из шихтового гафниевого материала с плотностью брикета не менее ρбр=7,2 г/см3, проводят формирование расходуемого электрода путем электронно-лучевой сварки брикетов с мощностью, определяемой по формуле P=k×mэл, где коэффициент пропорциональности k=28-70 Вт/кг, причем скорость перемещения электрода при сварке составляет не более 5 мм/сек, а минимальное количество швов N определяют по формуле N=2+n×Dбр, где Dбр - диаметр брикета, см, коэффициент пропорциональности n=0,1 см-1, осуществляют первый вакуумно-дуговой переплав полученного расходуемого электрода с силой тока дуги I=K1×Dсл, где коэффициент пропорциональности Κ1=70-220 А/см, Dсл - диаметр выплавляемого слитка, см, а затем проводят второй вакуумно-дуговой переплав в двухступенчатом режиме, причем сила тока дуги первой ступени I1=K2×Dсл, где коэффициент пропорциональности К2=220-350 А/см, сила тока дуги второй ступени I2=K3×I1, где коэффициент пропорциональности K3=0,25-0,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шихтового гафниевого материала используют электролитический порошок гафния.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что шихтовой гафниевый материал дополнительно содержит измельченный оборотный и/или иодидный гафний.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки титановых сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок, агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.

Изобретение относится к металлургии. Гильзу из сплава помещают в тигель установки вакуумно-дугового переплава.

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом заявляемого решения является отслеживание длины дуги в процессе плавки в вакуумной дуговой печи.
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков преимущественно из титановых сплавов.
Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов, например, меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна, для плавки шлаков и флюсов, а также для перемешивания их расплавов в плавильных печах, миксерах, печах-ковшах, агрегатах комплексной обработки сплавов.

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов, например меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна, а также для плавки шлаков и флюсов.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при производстве титана, тантала, урана, ниобия и циркония в вакуумной электродуговой печи (ВДП).
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения сплавов на основе титана, плавка и разливка которых проводится в вакуумных дуговых гарнисажных печах.

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.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии и может быть использовано при вакуумно-дуговом переплаве базового -TiAl-сплава, который затвердевает через -фазу.

Изобретение относится к технологии редких и редкоземельных металлов и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях для вскрытия и переработки трудно разлагаемых концентратов для извлечения редкоземельных металлов (РЗМ), циркония, титана и других металлов.

Группа изобретений относится к получению металлического циркония из его рудных пород. Способ получения металлического циркония из водной суспензии частиц руды, содержащей соединения циркония, включает генерацию в объеме сырья физических трапецеидальных магнитных полей, напряженность которых составляет 1,1·105 - 1,5·105 А/м.
Изобретение может быть использовано для дезактивации сложнообогащаемого цирконового концентрата Зашихинского месторождения, содержащего примесь кремния в виде кварца и полевых шпатов.

Изобретение относится к способу обработки сырья, содержащего минерал и/или оксид/силикат металла, полученный из минерала или ассоциируемый с минералом. В способе осуществляют обработку исходного сырья при взаимодействии минерала и/или оксида/силиката металла, полученного из минерала или ассоциируемого с минералом, с кислым фтористым аммонием, имеющим общую формулу NH4F·xHF, в которой 1<х≤5.

Группа изобретений относится к области иодидного рафинирования циркония в замкнутых металлических аппаратах и может быть использовано при иодидном рафинировании других металлов, например титана и гафния.
Изобретение относится к способу переработки эвдиалитового концентрата. Способ включает разложение концентрата минеральной кислотой с получением геля, термическую обработку геля, регенерацию кислоты, водное выщелачивание геля с переводом в раствор редкоземельных элементов (РЗЭ), а в нерастворимый остаток - соединения циркония.

Изобретение относится к металлургии. Способ очистки тетрафторида циркония от примесей включает сублимацию тетрафторида циркония в смеси с 8-30 мас.% металлического циркония и десублимацию образующихся паров.
Изобретение относится к технологии получения соединений циркония из бадделеитового концентрата, в частности оксохлорида и диоксида циркония, и может найти применение в волоконной оптике при получении функциональной керамики, специальных стекол, монокристаллов фианита.
Изобретение относится к технологии редких металлов, в частности к гидрометаллургии циркония и гафния. Способ разделения циркония и гафния включает получение гидроксидов циркония и гафния при температуре, не превышающей 30-35°С, обезвоживание полученных гидроксидов циркония и гафния, растворение их в азотной кислоте и последующее извлечение циркония экстракцией трибутилфосфатом из полученного раствора в противотоке, причем из ячейки в середине каскада выводят водную фазу, добавляют в нее азотную кислоту и полученный раствор вводят в следующую ступень по движению водной фазы.

Изобретение относится к способу получения металлического циркония из материала, содержащего оксихлорид циркония и оксихлорид гафния, а, конкретно, к способу получения металлического циркония прямым восстановлением или электролитическим рафинированием в расплаве солей из материала, содержащего, по меньшей мере, одно из соединений циркония, выбранных из оксихлорида циркония и оксида циркония, образующихся на промежуточной стадии.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе ниобия, которые могут быть использованы для изготовления рабочих лопаток ГТД. Способ получения высокотемпературного сплава на основе ниобия включает изготовление расходуемого электрода, плавку расходуемого электрода в вакуумной дуговой печи и разливку расплава. Готовят расходуемый электрод из шихтовых материалов в виде ниобия, кремния и по крайней мере одного из легирующих элементов, включающих титан, гафний, алюминий, хром, цирконий, молибден, вольфрам, олово и иттрий, плавку расходуемого электрода осуществляют с получением слитка, который затем подвергают переплаву в вакуумной индукционной печи при температуре 1800-2100°С в инертном керамическом тигле, выполненном по крайней мере из одного из оксидов иттрия, гафния, скандия или циркония, а разливку полученного расплава осуществляют в инертную форму. Полученные заготовки имеют равноосную структуру и однородный химический состав по всему объему и могут быть использованы для последующего литья с направленной структурой, что позволяет повысить ресурс и надежность работы авиационных газотурбинных двигателей. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.
Наверх