Способ получения полой заготовки методом электрошлакового переплава на твердом старте

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к получению полой заготовки методом электрошлакового переплава с применением старта на твердом флюсе. Перед началом процесса к торцу расходуемого электрода приваривают полую заготовку для разведения необходимого количества шлака в начале плавки, на поверхность поддона наносят слой диэлектрика, устанавливают затравку, между которой и расходуемым электродом с полой заготовкой устанавливают пружины, засыпают их экзотермической смесью для создания короткого замыкания в начале процесса, после чего на поддон устанавливают водоохлаждаемый кристаллизатор, в рабочее пространство которого перед стартом подают прокаленный твердый флюс, осуществляют разводку шлака при пропускании через расходуемый электрод тока 2,2 кА, расплавляют твердый флюс, затем силу тока снижают до 1,5 кА, приводят во вращение расходуемый электрод и осуществляют его вертикальную наплавку в водоохлаждаемый кристаллизатор с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне. Изобретение позволяет повысить рентабельность производства полых заготовок методом электрошлакового переплава с вращением электрода путем упрощения технологической цепочки и исключения дополнительного оборудования. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к специальным процессам электроплавки.

Известен способ получения полой заготовки методом электрошлаковой прошивки (Электрошлаковый переплав / Клюев М.М., Волков С.Е. - М.: Издательство «Металлургия», 1984, 208 с. С. 22).

В качестве ближайшего аналога (прототип) выбран способ получения полого слитка электрошлаковым переплавом с вращением электрода относительно своей оси (RU 2413016 C22B 9/18, опубл. 27.02.2011).

В данном способе получение полого слитка (заготовки) электрошлаковым переплавом, включает вертикальную наплавку в водоохлаждаемый кристаллизатор расходуемого электрода с одновременной подачей прошивного дорна через отверстие в поддоне, при этом расходуемый электрод, помещенный в ванну жидкого шлака, на протяжении всего процесса переплава вращают вокруг своей оси со скоростью, обеспечивающей доставку капель электродного металла по радиальной траектории на периферию шлаковой и жидкометаллической ванн за пределы подэлектродной зоны.

Недостатком данного способа является его техническая сторона, а именно необходимость старта на жидком флюсе, что влечет за собой необходимость наличия дополнительного оборудования, в виде флюсоплавильных печей, увеличение этапов получения полого слитка методом электрошлакового переплава в столь сложной технологической цепочке и значительное повышение себестоимости продукции.

Технической задачей изобретения является снижение себестоимости продукции и повышение рентабельности за счет применения старта на твердом флюсе, что также ведет к упрощению технологической цепочки процесса получения полой заготовки.

Техническая задача решается тем, что способ получения полой заготовки методом электрошлакового переплава на твердом старте включает вертикальную наплавку в водоохлаждаемый кристаллизатор с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне и вращением расходуемого электрода, но перед началом процесса на противоположный держателю конец электрода наваривают полую заготовку, в кристаллизатор насыпают твердый шлак и экзотермическую смесь, осуществляют разводку при пропускании через электрод тока силой 2,2 кА, расплавляют флюс, затем силу тока снижают до 1,5 кА, а электрод приводят во вращение.

Электрошлаковый переплав расходуемого электрода на твердом старте ведут по трем режимам, соответствующим маркам стали.

- Разводка (в нашем случае сила тока 2,2 кА);

Служит первоначальным режимом и началом переплава. В момент разводки происходит расплавление твердого флюса за счет силы тока, пропускаемой через электрод к поддону. Так как температура плавления флюса ниже температуры плавления металла электрод остается в твердом состоянии.

- Основной режим переплава (в нашем случае 1,5 кА);

Следует сразу за разводкой. После образования ванны жидкого шлака, переходят на режим, соответствующий марки стали (для каждой марки стали свой стандартный режим, исключающий угар легирующих элементов). Является самым продолжительным по времени режимом.

- Усадка (в нашем случае исключена ввиду малых размеров и масс слитков);

Перед началом электрошлакового переплава на конец электрода, противоположный держателю, наваривается полая заготовка для обеспечения возможности твердого старта. После подготовки установки к переплаву в кристаллизатор засыпается твердый флюс и начинается разводка.

После расплавления флюса электрод начинают вращать вокруг своей оси с необходимой скоростью, так же как в способе-прототипе (RU 2413016 C22B 9/18, опубл. 27.02.2011).

На фиг. 1 а), б), в) представлена технологическая схема способа получения полой заготовки методом электрошлакового переплава с вращающимся электродом на твердом старте, при этом: а) - старт процесса, скорость вращения электрода ω=0, после расплавления флюса и получения жидкой ванны - б) - электрод приводят во вращение, при этом ω>0 в течение всего процесса переплава, после завершения переплава - в) - опять скорость электрода ω=0;

На фиг. 2 иллюстрируется сущность предлагаемого способа.

Пример конкретного осуществления способа

Получение полых слитков методом электрошлакового переплава производилось на модернизированной установке А-550 (фиг. 2). Для переплава (фиг. 2) использовался электрод (1) из стали марки 20Х13 диаметром 40 мм, имеющий длину 1500 мм, диаметр переплавляемого электрода играет важную роль при выборе режима вращения, так как непосредственно влияет на центробежную силу. Электрод закреплялся на подвижной каретке установки электрошлакового переплава с помощью цангового зажима. После закрепления переплавляемого электрода к нему были прижаты токопроводящие щетки с помощью пружин для обеспечения большей поверхности контакта. Переплав производился в кристаллизатор (2) диаметром 90 мм. Перед началом проведения эксперимента, соприкасающиеся поверхности кристаллизатора и поддона (3) тщательно зачищались. К торцу электрода приваривалась полая заготовка (9) для разведения (процесс разводки) флюса, также необходимо было использовать затравку (6) для получения жидкого шлака в начале процесса электрошлакового переплава. Роль затравок в ходе проведения данных экспериментов выполняли пластины диаметром 40 мм и высотой 10 мм, изготовленные из той же марки стали, что и переплавляемые электроды. Между затравкой и переплавляемым электродом устанавливались пружины (8) из проволоки диаметром 2 мм для создания короткого замыкания в начале процесса. Диаметр пружин составлял 12 мм, а длина - 10 мм. По всей высоте данная пружина засыпалась экзотермической смесью С-2 (7), что позволяло расплавить необходимое количество шлака в начале плавки. Состав смеси: 20…30 % порошок ПАМ-3 или ПАМ-4, остальное - флюс АНФ-6. Химический состав ПАМа соответствует ГОСТ 5593-78. Для исключения эффекта пригара электрода к площадке поддона кристаллизатора в процессе розжига, предварительно в месте будущего контакта металла и поверхности поддона наносился тонким слоем порошок оксида алюминия (5), являющийся диэлектриком. Под сам поддон также ложился диэлектрик, роль которого выполнял асбестовый лист, для исключения возникновения короткого замыкания между поддоном и половым покрытием. После проведения процессов предварительной подготовки электрода, водоохлаждаемый кристаллизатор устанавливался на поддон таким образом, чтобы его стенки не касались электрода, во избежание их взаимного замыкания и, как следствие, прогара кристаллизатора. В рабочее пространство установленного водоохлаждаемого кристаллизатора перед стартом засыпался флюс (10) АНФ-6, химический состав которого представлен в табл. 1. Гранулы флюса были предварительно просеяны и имели фракцию не более 3 мм, также флюс предварительно прокаливался в течение двух часов при температуре 200°C для удаления из него остаточной влаги.

Таблица 1 - Химический состав флюса АНФ-6, %

CaF2 Al2O3 CaO SiO2 С TiO2 Fe2O3 S P
Основа 25 Не более
31 8 2,5 0,10 0,05 0,5 0,05 0,02

Флюс засыпался сразу в полном объеме в размере 1,7 кг. После завершения всех предварительных стадий подготовки процесса электрошлакового переплава, был произведен запуск установки. Розжиг, ход плавки и прошивного дорна (4) проводились в автоматическом режиме. Контроль и корректировка электрошлакового переплава производились с помощью сенсорной панели, содержащей всю информацию о процессе. Внесение изменений в ход процесса переплава с помощью данного органа управления можно было двумя способами:

- изменение скорости опускания электрода,

- изменение силы тока;

Внесение изменений требуется, так как при старте необходимо более высокое напряжение для создания дуги и соответствующая корректировка после ее появления. Характерными признаками появления дуги служит снижение силы тока. Выбор тока является важным этапом при получении слитков методом электрошлакового переплава и выбирается в зависимости от химического состава стали, так как при увеличении тока увеличивается скорость переплава и производительность. Однако при этом становится глубже ванна жидкого металла, что в свою очередь приводит к ухудшению структуры слитка. В данном примере осуществления способа была выбрана оптимальная сила тока для заданных величин переплавляемого слитка и кристаллизатора, которая составляла при разводке - 2,2 кА, в основной период переплава - 1,5 кА. Период плавки продолжался до полного переплава электрода и составил 30 минут. После остановки процесса переплава каретка с огарком электрода (1) (фиг. 2) была поднята наверх в исходное положение для упрощения операции извлечения полученного слитка из кристаллизатора. Перед извлечением полученных слитков, шлаку дали остыть, время его полного затвердевания составило 8 мин. После затвердевания шлака слитки извлекались из кристаллизатора. Полученный, при переплаве электрода из стали марки 20Х13, слиток имел высоту 225 мм, диаметр 90 мм и обладал удовлетворительным качеством поверхности.

Для обеспечения возможности оценки пригодности предлагаемого способа по качеству металла одна плавка была проведена по технологии прототипа, т.е. на жидком старте без привара.

После выплавки из донной, средней и головной частей слитков были вырезаны образцы для контроля металла на предмет содержания в нем неметаллических включений. Полученные по предлагаемой технологии слитки по загрязненности неметаллическими включениями не уступают прототипу, а технологическая цепочка получения полой заготовки методом электрошлакового переплава на твердом старте с вращением электрода значительно упрощается и снижается себестоимость продукции.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять получение полой заготовки, для изготовления деталей ответственного назначения, например трубопроводов атомных и теплоэлектростанций, нефтегазовой промышленности.

Способ получения полой заготовки методом электрошлакового переплава с применением старта на твердом флюсе, заключающийся в том, что перед началом процесса к торцу расходуемого электрода приваривают полую заготовку для разведения необходимого количества шлака в начале плавки, на поверхность поддона наносят слой диэлектрика, устанавливают затравку, между которой и расходуемым электродом с полой заготовкой устанавливают пружины, засыпают их экзотермической смесью для создания короткого замыкания в начале процесса, после чего на поддон устанавливают водоохлаждаемый кристаллизатор, в рабочее пространство которого перед стартом подают прокаленный твердый флюс, осуществляют разводку шлака при пропускании через расходуемый электрод тока 2,2 кА, расплавляют твердый флюс, затем силу тока снижают до 1,5 кА, приводят во вращение расходуемый электрод и осуществляют его вертикальную наплавку в водоохлаждаемый кристаллизатор с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрометаллургии, а именно к электрошлаковым печам (ЭШП) для плавки металла. Установка ЭШП содержит колонну, каретку электрододержателя с кронштейном, соединенные тросом через систему блоков и систему натяжения с контргрузом и барабаном привода перемещения каретки, отличается тем, что она снабжена зажимами и тензодатчиком, выполненным с возможностью контроля усилий, воспринимаемых тросом, при этом барабан привода перемещения каретки расположен у основания колонны, имеет двухстороннюю намотку и соединен с кареткой посредством замкнутого троса, один конец которого проходит через систему блоков, расположенную в верхней части колонны, и соединен с зажимом, расположенным с передней стороны каретки электрододержателя, а второй конец троса соединен с зажимом, расположенным на каретке с противоположной стороны колонны, при этом тензодатчик установлен на зажиме с передней стороны каретки.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии, в частности к печам электрошлакового переплава, и может быть использовано при переплаве отходов металлообрабатывающих производств в виде стружки легированных сталей.

Изобретение относится к области металлургии, а конкретнее, к печам электрошлаковой выплавки стали для получения полых слитков. Печь выполнена с возможностью непрерывного измерения по ходу переплава расходуемых металлических электродов температуры шлака и металла в кристаллизаторе, концентрации кислорода и углерода в металле и контроля положения уровня границы раздела шлак-металл, и снабжена системой контроля уровня заглубления торцов упомянутых электродов в шлакометаллический расплав в кристаллизаторе, связанной с компьютерной системой с интерфейсом, обеспечивающей управление процессом переплава электродов в печи с учетом упомянутых измеренных данных, при этом расходуемые металлические электроды выполнены с возможностью вращения вокруг своей оси и с осевыми отверстиями по всей длине, посредством которых соединены с патрубками устройства для подачи раскислителей и шлакообразующих сыпучих материалов в зону переплава торцов упомянутых электродов.

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода для выплавления слитка. Датчики уровня шлаковой ванны размещают в стенке кристаллизатора, а переплав осуществляют с использованием дополнительного источника питания и двух затравок для обогрева периферийной зоны шлаковой ванны, размещенных горизонтально напротив друг друга в стенке кристаллизатора вблизи торцов расходуемых электродов, при этом дополнительный источник питания включают параллельно относительно упомянутого источника питания с образованием двух независимых электрических контуров, каждый из которых включает один из расходуемых электродов, шлаковую ванну, размещенные в поддоне затравки и затравки для обогрева периферийной зоны шлаковой ванны, причем в период приплавления размещенных в поддоне затравок к нижней части выплавляемого слитка отключают электрический контур между шлаковой ванной и затравками для обогрева периферийной зоны шлаковой ванны, а при получении сигнала от датчиков уровня шлаковой ванны о наличии разбаланса в скоростях плавления расходуемых электродов увеличивают скорость плавления электрода с меньшим заглублением в шлаковую ванну при одновременном уменьшении скорости плавления электрода с большим заглублением до устранения разбаланса.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии и может быть использовано при конструировании электрошлаковой печи для выплавки слитков. .

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к печам электрошлакового переплава металлосодержащих отходов с применением нерасходуемых электродов.

Изобретение относится к производству электрошлакового металла и может быть использовано для электрошлаковой сварки металла, электрошлаковой наплавки. .

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано для электрошлаковой выплавки крупных полых слитков с толщиной стенки более 300 мм и сплошных слитков с диаметром больше 300 мм.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при выплавке крупных полых заготовок с толщиной стенки больше 100 мм. .

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к специальным процессам электроплавки с использованием электрошлакового переплава (ЭШП) и получением полой заготовки с использованием порошка висмута.

Изобретение относится к электрошлаковому переплаву и может найти применение при выплавке сплошных и полых слитков из конструкционных борсодержащих сталей для изготовления шестигранных труб устройств хранения отработанного ядерного топлива.

Изобретение относится к электрометаллургии, а именно к электрошлаковым печам (ЭШП) для плавки металла. Установка ЭШП содержит колонну, каретку электрододержателя с кронштейном, соединенные тросом через систему блоков и систему натяжения с контргрузом и барабаном привода перемещения каретки, отличается тем, что она снабжена зажимами и тензодатчиком, выполненным с возможностью контроля усилий, воспринимаемых тросом, при этом барабан привода перемещения каретки расположен у основания колонны, имеет двухстороннюю намотку и соединен с кареткой посредством замкнутого троса, один конец которого проходит через систему блоков, расположенную в верхней части колонны, и соединен с зажимом, расположенным с передней стороны каретки электрододержателя, а второй конец троса соединен с зажимом, расположенным на каретке с противоположной стороны колонны, при этом тензодатчик установлен на зажиме с передней стороны каретки.

Изобретение относится к электрометаллургии, а именно к электрошлаковым печам (ЭШП) для плавки металла. Установка ЭШП содержит колонну, каретку электрододержателя с кронштейном, соединенные тросом через систему блоков и систему натяжения с контргрузом и барабаном привода перемещения каретки, отличается тем, что она снабжена зажимами и тензодатчиком, выполненным с возможностью контроля усилий, воспринимаемых тросом, при этом барабан привода перемещения каретки расположен у основания колонны, имеет двухстороннюю намотку и соединен с кареткой посредством замкнутого троса, один конец которого проходит через систему блоков, расположенную в верхней части колонны, и соединен с зажимом, расположенным с передней стороны каретки электрододержателя, а второй конец троса соединен с зажимом, расположенным на каретке с противоположной стороны колонны, при этом тензодатчик установлен на зажиме с передней стороны каретки.

Изобретение относится к металлургии, а именно к электрошлаковому переплаву, и может быть использовано при производстве сортовой заготовки ЭШП демонтированного изношенного железнодорожного рельса, а также заготовки для сортового и шаропрокатного производства.Способ включает пропускание электрического тока через разнополюсные электроды, частично помещенные в токопроводный расплавленный шлак в печи с металлическими охлаждаемыми стенками с гарнисажным слоем шлака, поступательное погружение по мере оплавления в расплавленном шлаке, предварительно нагретого в проходном индукторе железнодорожного рельса, кристаллизацию и формирование слитка сортовой заготовки в водоохлаждаемом кристаллизаторе, при этом температуру расплавленного токопроводящего шлака устанавливают на 250÷450°С выше температуры плавления стали железнодорожного рельса.

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при электрошлаковой выплавке сплошных, полых и фасонных заготовок из высоколегированных сталей с низким содержанием кислорода, в частности роторов среднего и высокого давления, трубопроводов острого пара, изделий запорной и регулирующей арматуры для энергетического и газо-нефтехимического машиностроения.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении расходуемых электродов для электрошлаковой или электродуговой переплавки для изготовления отливок из циркониевых сплавов.

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

Изобретение относится к специальной металлургии и может быть использовано при электрошлаковом переплаве отработанных изделий из различных металлов и сплавов в слитки.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии, в частности к печам электрошлакового переплава, и может быть использовано при переплаве отходов металлообрабатывающих производств в виде стружки легированных сталей.

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к получению полой заготовки методом электрошлакового переплава с применением старта на твердом флюсе. Перед началом процесса к торцу расходуемого электрода приваривают полую заготовку для разведения необходимого количества шлака в начале плавки, на поверхность поддона наносят слой диэлектрика, устанавливают затравку, между которой и расходуемым электродом с полой заготовкой устанавливают пружины, засыпают их экзотермической смесью для создания короткого замыкания в начале процесса, после чего на поддон устанавливают водоохлаждаемый кристаллизатор, в рабочее пространство которого перед стартом подают прокаленный твердый флюс, осуществляют разводку шлака при пропускании через расходуемый электрод тока 2,2 кА, расплавляют твердый флюс, затем силу тока снижают до 1,5 кА, приводят во вращение расходуемый электрод и осуществляют его вертикальную наплавку в водоохлаждаемый кристаллизатор с одновременной подачей прошивающего дорна через отверстие в поддоне. Изобретение позволяет повысить рентабельность производства полых заготовок методом электрошлакового переплава с вращением электрода путем упрощения технологической цепочки и исключения дополнительного оборудования. 2 ил., 1 табл.

Наверх