способ получения расходуемых электродов из титана и его сплавов

Формула изобретения

1. Способ получения расходуемых электродов из титана или его сплавов, включающий активирующую обработку шихты из титановых отходов, укладку ее в изложницы и заливку расплавленного титана или его сплава на шихту, отличающийся тем, что шихту используют в виде кусков скрапа, обрези или стружки, активирующую обработку ведут в пескоструйных или дробеметных установках в течение 90 120 мин, после укладки шихты в изложницы их нагревают до 300 350^oС, причем в заливаемый в изложницу расплавленный титан или его сплав вводят 0,001 0,005 (по массе) поверхностно-активного вещества.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества вводят бор.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае использования шихты, обеспечивающей 40 55% объемной плотности загрузки изложницы (от плотности металла), ее укладывают с образованием одного или нескольких литниковых каналов, формируемых на всю высоту изложницы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае использования шихты, обеспечивающей 56 70 объемной плотности загрузки изложницы, заливку расплавленного титана или его сплава в изложницу осуществляют принудительно.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что принудительную заливку в изложницу ведут центробежным методом.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае использования шихты, обеспечивающей более 70% объемной плотности укладки изложницы, ее предварительно формируют в пакеты или брикеты, которые загружают в изложницы с зазором, обеспечивающим заполнение всего объема изложницы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, в частности к производству слитков и слябов для изделий, получаемых деформацией и фасонных отливок в вакуумных электропечах и печах иного типа, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ производства расходуемых электродов, получаемых из дорогостоящих первичных материалов титановой губки с добавлением легирующих элементов [1]

Во всех случаях электроды из первичных материалов столь дороги, что не могут обеспечить конкурентоспособности конечного товарного продукта, например фасонных отливок.

Способ получения расходуемых электродов прессованием ограничивает вовлечение в шихту вторичного металла в виде отходов 30 35% в том числе до 10 15% стружки [1] и требует больших последующих энергозатрат на полный переплав в электродуговых печах с кристаллизатором для получения расходуемых электродов (слитков первого переплава), используемых для изготовления фасонного литья или слитков второго переплава для проката, ковки. В промышленных масштабах такого рода производство является монополией одной-двух фирм.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления расходуемых электродов заливкой кусковых отходов в стальных изложницах, предварительно производят очистку отходов галтовкой [2]

В известном способе заливку жидкого металла производят сверху на шихту, и предварительный нагрев шихты и изложницы не производят, что делает непредсказуемой плотность получаемого электрода и его прочность, которые в ряде случаев разрушаются не только при транспортировке, но и плавке, создавая аварийные ситуации.

С целью удаления поверхностных загрязненных слоев отходов, а также остатков материала литейной формы с их поверхности, применяют галтовку.

Однако независимо от продолжительности галтовки практически не очищаются закрытые и труднодоступные поверхности и незаконченные резы.

Галтовка не обеспечивает удаление пригара даже с открытых поверхностей, что отрицательно сказывается на прочность получаемого расходуемого электрода.

Целью изобретения является получение расходуемых электродов из титановых отходов, в виде металлического скрепа, обрези, стружки и т.д. более высокой плотности и прочности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения расходуемых электродов из титана и его сплавов, включающем активирующую обработку шихты, укладку в изложницы с определенной плотностью и в определенном порядке и заливку жидкого титана на шихту. Металлическую шихту из титановых отходов в виде кусков, обрези, стружки и т.д. подвергают активирующей обработке в течение 90 120 мин, нагревают изложницы с шихтой до T 300 350^oC и заливают подобным по химическому составу основным сплавом, в который входят от 0,001 0,005% (по массе) поверхностно-активного вещества, например бора.

Другое отличие состоит в том, что в случае использования шихты, обеспечивающей объемную плотность загрузки изложницы 40 55% (от плотности металла), ее укладывают с образованием одного или нескольких литниковых каналов, формируемых на всю высоту изложницы, и через них производят заливку жидкого металла.

Кроме того, в случае использования шихты, обеспечивающей объемную плотность загрузки изложницы 56 70% заливку жидкого металла в изложницу осуществляют принудительно, например центробежным методом, а также в случае использования шихты, обеспечивающей объемную плотность загрузки изложницы более 70% ее предварительно формируют в пакеты или брикеты, которые загружают в изложницы с зазором, обеспечивающим заполнение всего объема изложницы.

Поверхность кусков скрепа активируется дробеметной или пескоструйной обработкой в течение 90 120 минут для улучшения смачиваемости отходов и появления прочности расходуемых электродов за счет сил адгезии.

Процесс активации сопровождается удалением на глубину 0,08 0,10 мм тугоплавкой составляющей поверхностного слоя компонентов шихты титановых сплавов в зонах из окисления, а также формовочной смеси.

При обработке поверхности компонентов титановой шихты в дробеметных или пескоструйных установках менее 90 мин увеличивается тугоплавкая составляющая окисленного слоя металла, эффективность активации снижается и ослабляется металлическая связь на границе контакта поверхности компонентов шихты с залитым металлом.

Обработка свыше 120 мин не дает повышения достигнутой прочности.

При содержании бора в жидком металле менее 0,001% эффективность его действия исчезает, а выше 0,005% приводит к охрупчиванию сплавов титана.

Объемная плотность укладки шихты менее 40% экономически не целесообразна, а выше 55% затрудняет заполнение пустот между компонентами шихты жидким металлом при стационарной заливке и плотность расходуемых электродов падает.

При центробежной заливки изложниц интенсивное понижение заполняемости пустот начинается при объемной плотности укладки шихты выше 70% Подогрев изложниц с шихтой более 350^oC приводит к нежелательному ее окислению, а ниже 300^oC к ухудшению заполнения пустот жидким металлом.

Размер зазора между пакетами, брикетами, емкостями с сыпучей шихтой и стенками изложниц определяется их габаритами и возможностью заполнения жидким металлом. Для изложниц с внутренним диаметром менее 300 мм достаточен зазор 10 мм, а 400 мм и более 25 мм.

Расчет величины зазора может быть выполнен по методике [2] При длине зазора, например l₃ 300 мм, перегреве жидкого металла T 100 K, скорость движения металла в канале v 50 мм/с и коэффициенте, характеризующем аккумуляцию тепла титановой шихты 2,5 ширина зазора а при скорости 120 мм/с зазор составит 10 мм.

Пример. Для заливки титановых расходуемых электродов в зависимости от габаритов изложниц, скрап разрезали на куски размером не более, мм:



где l₁, l₂, l₃ длина кусков или других компонентов шихты, зависящие от высоты, расходуемых электродов.

Пример конкретного изготовления расходуемого электрода из отходов литья сплава ТЛЗ.

Литники, прибыля очистили в пескоструйной камере в течение 120 мин, уложили в стальную изложницу диаметром 270 мм с образованием одного литникового канала длинной 300 мм и шириной 24 мм. Объемная плотность загрузки составила 45% Изложницу вместе с шихтой нагрели до температуры 350^oC. Затем в гарнисажной печи залили изложницу сплавом ТЛЗ с добавлением 0,002% (по массе) бора со скоростью 50 мм/с.

При этом прочность слитка составила 465 кгс/см², а плотность 94% (от плотности металла).

Параметры, определяющие плотность и прочность расходуемых электродов, полученных способом компактования шихты заливкой обобщены в табл. 1 и 2.

Данные таблицы показывают, что предлагаемый способ компактования шихты в расходуемые электроды управляем и имеет преимущества перед известным. Способ дает возможность изготовлять расходуемые электроды или их части различной конфигурации и массы в небольших литейных цехах и обеспечивает вовлечение в производство больших масс вторичных ресурсов.

Регулирование объемной плотности загрузки изложниц и методов их заливки с применением литейных каналов гарантирует получение расходуемых электродов плотностью до 91 95%

Активация поверхности пусковой шихты титановых сплавов в сочетании с подогревом и введением поверхностно активного вещества-бора в жидкий металл обеспечивают сравнительно высокую прочность расходуемых электродов (слитков) и гарантируют их целостность при транспортировке и плавке.