способ плавки и литья металла

Формула изобретения

Способ плавки и литья металла, включающий получение расплава между вертикальным расходуемым электродом и горизонтальным электродом за счет тепла электродуги с последующим сливом его в промежуточную емкость со сливным отверстием и дополнительным подогревом расплава индуктором, при этом вертикальный электрод, горизонтальный электрод и промежуточная емкость имеют разную полярность, сливное отверстие перекрыто расплавом, что позволяет поддерживать автономную среду в зоне плавления и кристаллизации, отличающийся тем, что используют по крайней мере два горизонтальных электрода и перемещают их по мере расходования к центру пересечения с осью вертикального электрода, а индуктор располагают под отверстием промежуточной емкости для концентрации расплава в сплошной поток.

Описание изобретения к патенту

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

Аналогичным техническим решением является способ литья металла с получением расплава от двух горизонтально расположенных по оси электродов, где расплав стекает в вертикально расположенный кристаллизатор. Способ получил название VADER [1] . "...Положительной чертой процесса VADER является возможность получения слитков с мелкозернистой однородной структурой, поскольку капли, стекающие с расходуемых электродов имеют температуру ниже температуры ликвидуса и содержат небольшое количество твердой фазы. Кроме того, при плавке этим методом расход электроэнергии примерно на 40% ниже, чем при плавке расходуемого электрода в кристаллизатор".

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является техническое решение (SU 583176)(2), в котором описан способ плавки и литья металла, включающий получение расплава между вертикальным расходуемым электродом и горизонтальным электродом за счет тепла электродуги с последующим сливом его в промежуточную емкость со сливным отверстием и дополнительным подогревом расплава индуктором, при этом вертикальный электрод, горизонтальный электрод и промежуточная емкость имеют разную полярность, сливное отверстие перекрыто расплавом, что позволяет поддерживать автономную среду в зоне плавления и кристаллизации.

Задачей изобретения является повышение эффективности использования и расширения технических возможностей за счет получения более качественных изделий, более сложной формы, включая слитки, слябы, листы, гранулы, фасонные заготовки, фасонные изделия и т.д.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе плавки и литья металла получают расплав между вертикальным расходуемым электродом и горизонтальным электродом за счет тепла электродуги с последующим сливом его в промежуточную емкость со сливным отверстием и дополнительным подогревом расплава индуктором, при этом вертикальный электрод, горизонтальный электрод и промежуточная емкость имеют разную полярность, сливное отверстие перекрыто расплавом, что позволяет поддерживать автономную среду в зоне плавления и кристаллизации. По крайней мере два горизонтальных электрода перемещаются по мере расходования к центру пересечения с осью вертикального электрода, а индуктор расположен под отверстием промежуточной емкости для концентрации расплава в сплошной поток.

Предложенный способ реализует установка, представленная на фиг.1.

Установка включает камеру плавления 1, в которой расположен вертикальный электрод 2, между ним и горизонтально расположенными электродами 3 с промежуточной емкостью 6 горит дуга 4. Все электроды движутся к образованному центру по мере их расходования. Расплав 5 в виде капель стекает на промежуточную емкость 6, где образуется ванна расплава 7, далее стекает через индуктор 8 в зону кристаллизации 9. В зоне кристаллизации 9 могут находиться изложница, форма, кокиль, распылительное устройство для получения гранул, вращающаяся форма и т.д.

[1] ". ..При литье слитков из гарнисажной печи необходим подогрев с помощью независимого источника тепла верхней торцевой части слитка с тем, чтобы температура металла, независимо от скорости литья, была выше температуры ликвидуса..."

Из сказанного выше, о способе VADER известно, что "... из-за трудности получения качественных слитков без усадочных раковин и неслитин дальнейших работ по совершенствованию этого способа не проводилось...". Падающие со слитков капли имеют температуру ниже температуры ликвидуса, кроме того они имеют часть твердых частиц, что усиливает скорость перехода расплава в твердую фазу. Печи с донным сливом наиболее просты, но не надежны в работе. Трудности проведения контроля донного гарнисажа приводят иногда к преждевременному сливу металла (при не полностью сплавленном электроде), а в других случаях - к нарастанию донного гарнисажа и невозможности его слива.

В предлагаемом способе учитывается положительный экономический эффект сохранения 40% электроэнергии при выплавке слитков так же, как и по способу VADER, но быстрого захолаживания капель расплава при транспортировке в кристаллизатор удается избежать за счет концентрации расплава и подогрева на промежуточной емкости. Поэтому получение расплава за счет плавления нескольких расходуемых электродов и подогрева его в промежуточной емкости позволяет получать качественные полуфабрикаты и изделия. Кроме того, расплав, стекая с промежуточной емкости более плотным потоком, теряет меньше тепловой энергии излучением. При использовании индуктора, который может располагаться под отверстием промежуточной емкости на довольно близком расстоянии, можно дополнительно подогревать расплав, концентрировать его поток, а так же останавливать его на определенное время.

Промежуточная емкость 6, совмещая в себе несколько функций - емкости, сливного желоба, перегородки, позволяет значительно упростить технологический процесс, сократить время и энергию на перемещение расплава, его нагрев, а так же упругость, и уменьшить конструкцию за счет сокращения различных устройств, необходимых для выплавки слитков, изготовления полуфабрикатов и т.д.

В отличие от прототипа, где изготовление слитков осуществляется после сплавления всего расходуемого электрода в гарнисаж, в предлагаемом способе габариты установки значительно меньше, так как процесс плавления и заливки непрерывный. Располагая под промежуточной емкостью 6 на максимально близком расстоянии индуктор 8, возможно усилить тепловую обработку ванны расплава 7, выпускаемого из-под дуги. Кроме того, расплав 7, проходя через ось индуктора 8, получает определенное направление и концентрацию потока, что облегчает его заливку в изложницы, формы и т.д. В отличие от аналога и прототипа, предлагаемое изобретение обеспечивает:

- компактность устройства и высокую экономию электроэнергии;

- организацию перелива расплава из промежуточной емкости в кристаллизаторы, формы и т.п. с заданной постоянной скоростью;

- рафинирование расплава за счет расположения вакуумного патрубка для откачки газов на определенном месте, около ванны расплава;

- интенсивное охлаждение расплава при его кристаллизации,

- хорошую автоматизацию и управление процессом.

Поэтому предлагаемое изобретение целесообразно считать полезным для применения на производстве, при литье металла и выплавке слитков, полуфабрикатов, фасонных изделий, гранул и т.п.

Литература

[1] . Андреев А.Л. и др. - Плавка и литье титановых сплавов, - М.: Металлургия, 1994 г.

[2]. SU 583176, С 22 В 9/20, 05.12.1997.