Способ получения расходуемых электродов для изготовления отливок из циркониевых сплавов



Способ получения расходуемых электродов для изготовления отливок из циркониевых сплавов

 


Владельцы патента RU 2620536:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении расходуемых электродов для электрошлаковой или электродуговой переплавки для изготовления отливок из циркониевых сплавов. Исходные дисперсные материалы размалывают, просеивают, уплотняют, прессуют и обжигают с обеспечением прочности расходуемого электрода. В качестве исходных дисперсных материалов используют сухую смесь неметаллических материалов в виде оксида циркония 79-84 мас.% и каменноугольного пека 16-21 мас.%. Изобретение позволяет получить расходуемые электроды без использования дорогостоящих металлических шихтовых материалов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области переплавки металлов, устройствам для электрошлаковой или электродуговой переплавки металлов, а именно к способам изготовления отливок из коррозионно-стойких сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов.

В частности, к таковым можно отнести циркониевые сплавы, которые сочетают исключительно высокую коррозионную стойкость по отношению к минеральным и органическим кислотам, а также сильнощелочным растворам, что в сочетании с высокой механической прочностью позволяет применять цирконий для изготовления химического оборудования: насосов, вентилей, теплообменников, фильтров, труб и другого оборудования со снижением стоимости и усовершенствованием методов производства.

Может быть использовано для изготовления отливок из циркониевых сплавов в вакуумных гарнисажных печах с расходуемым электродом методом дуговой плавки.

Известен способ производства отливок из высокореакционных металлов и сплавов, в том числе циркониевых, в вакуумных гарнисажных печах с расходуемым электродом методом дуговой плавки [1]. В вакуумную камеру помещают медный водоохлаждаемый тигель, расходуемый электрод и литейные формы. Расходуемый электрод представляет собой шихтовой слиток сплава заданного состава. После вакуумирования печи зажигают электрическую дугу между электродом и дном тигля, прогревают тигель и электрод на малой мощности. При повышении мощности до рабочих ее значений происходит плавление расходуемого электрода, расплавленный металл постепенно заполняет тигель. По мере оплавления расходуемого электрода он автоматически опускается вниз. В связи с высокой теплопроводностью медного водоохлаждаемого тигля на его стенках образуется слой затвердевшего расплава толщиной 10…15 мм, который является гарнисажной футеровкой.

Недостатком [1] является необходимость предварительного изготовления расходуемых электродов из губчатых металлических шихтовых материалов методами литейного производства и обработки металлов давлением. Поэтому широкое применение данной группы сплавов ограничено высокой стоимостью металлических шихтовых материалов, обусловленной многоступенчатой и дорогостоящей операцией обогащения, химической переработки и рафинирования исходных рудных материалов.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является способ получения расходуемых электродов из металлической стружки [2], который заключается в применении расходуемых электродов, изготовленных из металлической стружки заданного состава сплава. Способ включает дробление и очистку стружки, вакуумно-термическую дегазацию при 550-650°С, выдержку от 1 до 2 часов. Стружечные брикеты прессуют и загружают с зазором в изложницу, которую перед заливкой одноименным сплавом нагревают до 400-450°С.

Недостатком прототипа [2] является использование в качестве шихты металлического материала в виде стружки, а также дорогостоящей заливки, служащей связующим стружечного брикета.

Целью предлагаемого изобретения является получение расходуемого электрода без использования дорогостоящих металлических шихтовых материалов.

Цели достигают тем, что в качестве исходных компонентов используется неметаллические материалы в виде оксида циркония и каменноугольного пека.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем. В качестве шихтового материала используется рудный материал - оксид циркония. В качестве восстановителя используется углеродсодержащее сырье, например каменноугольный пек. Его предварительно размалывают в шаровой мельнице, перетирают на бегунах, просушивают в сушильных барабанах, просеивают через сито 0,5 мм. Затем пек смешивают с оксидом циркония. Смесь обрабатывают на вальцах, затем размалывают в шаровых мельницах, просеивают через сито. Из полученного порошка на гидравлических прессах прессуют электроды в форме цилиндров и обжигают в электрических печах сопротивления при температуре 1480°С. Затем электроды устанавливают в плавильно-заливочный агрегат и зажигают электрическую дугу.

Восстановление диоксида циркония углеродом происходит по реакции:

где ZrO2 - диоксид циркония;

C - углерод;

Zr - цирконий;

СO - оксид углерода (II).

При температурах горения дуги (не менее 3000°С) единственно возможными продуктами реакции являются цирконий и оксид углерода, поэтому уравнение представляет реакцию, протекающую в твердой фазе. В зоне реакции должна поддерживаться глубокая степень вакуумирования для удаления газообразного оксида углерода с целью смещения равновесия реакции в сторону конечных продуктов, а также для защиты жидкого металла от загрязнения растворимыми примесями.

На чертеже приведена Таблица, где представлены экспериментальные данные, а именно результаты исследований, где был определен состав смеси, который обеспечивает получение металлического циркония.

Из данных таблицы очевидно, что если содержание каменноугольного пека в составе композиции менее 16% и более 21% выход металлического циркония в процессе плавки резко снижается, поэтому оптимальным содержанием каменноугольного пека в составе композиции находится в пределах от 16% до 21% и оксида циркония от 79% до 84% (масс).

Таким образом, предлагаемый состав расходуемого электрода позволяет получать металлический цирконий без использования дорогостоящего губчатого металлического циркония. Полученный металл при необходимости можно дошихтовать и без дополнительных металлургических операций использовать в качестве литейного сплава для получения фасонных отливок.

Приведенные примеры применения предлагаемого изобретения показывают его полезность для области переплавки металлов, устройствам для электрошлаковой или электродуговой переплавки металлов, а именно к способам изготовления отливок из коррозионно-стойких сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов.

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать без использования дорогостоящих металлических шихтовых материалов путем смешения неметаллических материалов в виде оксида циркония и каменноугольного пека и изготовления из них расходуемых электродов.

Источники информации

1. Литейные сплавы и плавка: учеб. / А.П. Трухов, А.И. Маляров. - М: ИЦ Академия, 2004. - 336 с.

2. Патент РФ №2197548, опубликовано: 27.01.2003.

Способ получения расходуемых электродов для изготовления отливок из циркониевых сплавов, включающий размалывание, просеивание, уплотнение, прессование исходных дисперсных материалов и обжиг с обеспечением прочности расходуемого электрода, отличающийся тем, что в качестве исходных дисперсных материалов используют неметаллические материалы в виде оксида циркония и каменноугольного пека при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%:

Оксид циркония 79-84
Каменноугольный пек 16-21



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента и штамповой оснастки методом электрошлакового переплава.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства титансодержащих коррозионно-стойких марок стали методом электрошлакового переплава.
Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к производству слитков бор- и титансодержащей коррозионно-стойкой стали электрошлаковым переплавом для изготовления деталей атомного оборудования с высокой нейтронной поглощаемостью.

Изобретение относится к графитовому электроду дуговой электропечи. Графитовый электрод проявляет стойкость к окислению в результате модификации внешних характеристик цилиндрической поверхности (14).

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для получения методом электрошлакового переплава (ЭШП) слитков из трещиночувствительной стали. Расходуемый электрод содержит инвентарную головку и сплавляемую часть, состоящую из верхней и нижней стальных частей разного состава.

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.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для выплавки слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых.

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.

Изобретение относится к специальной области электротехники и может быть использовано при вакуумном дуговом переплаве высокореакционных металлов и сплавов, например титановых.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к конструкции расходуемого электрода, используемого при электрошлаковом переплаве титаносодержащей шихты.

Изобретение относится к изготовлению расходуемого электрода для выплавки слитков титан-алюминиевых сплавов, содержащих 15-63 мас. % алюминия.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для плавки и литья высокореакционных металлов и сплавов. В способе регулируют подачу расплава из первой камеры во вторую с обеспечением герметичности между ними посредством установленной в месте сообщения камер охлаждаемой вставки из переплавляемого металла, которую проплавляют по центру с помощью независимого источника плавления, при этом величину проплавляемого отверстия во ставке регулируют с обеспечением пропускной способности, соответствующей объему очищенного расплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе ниобия, которые могут быть использованы для изготовления рабочих лопаток ГТД.

Изобретение относится к получению слитков гафния. Прессуют брикеты из шихтового гафниевого материала с плотностью брикета не менее ρбр=7,2 г/см3.

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 металлургии, в частности к флюсам для электрошлаковых технологий, для сталелитейного производства и для рафинирования и модифицирования сталей.
Наверх