способ получения расходуемых электродов

Формула изобретения

1. Способ получения расходуемых электродов, включающий заливку жидким металлом твердой металлической составляющей, преимущественно в виде металлизованных окатышей, подаваемых первоначально перед заливкой, отличающийся тем, что металлизованные окатыши подают в оболочку, имеющую форму готового расходуемого электрода, диаметром, не превышающим 200 мм, которую затем с окатышами погружают в жидкий металл, при этом соотношение высоты расплава жидкого металла к высоте готового расходуемого электрода устанавливают равным 3:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлизованные окатыши предварительно нагревают до температуры 200-300°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде металлической сетки с диаметром ячейки, меньшим диаметра металлизованных окатышей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности к получению расходуемых электродов для электрошлакового переплава.

Известен способ получения расходуемых электродов, включающий заливку твердой металлической составляющей жидким металлом, одновременно подаваемых в изложницу специальной формы в соотношении (2,7-3,3):1. В качестве твердой металлической составляющей используют металлизованные окатыши [Патент РФ №2233895, С22В 9/18, заяв. 24.03.2003, опубл. 10.08.2004. Б.И. №22].

Недостатком данного способа получения расходуемых электродов является то, что необходимо достаточно точное соблюдение технологических параметров, а именно соблюдение постоянными соотношений и скоростей их совместной подачи. При незначительных нарушениях заданных технологических параметров происходит неравномерное распределение металлизованных окатышей в объеме получаемого расходуемого электрода, что приводит при дальнейшем электрошлаковом переплаве к химической неоднородности получаемого металла. В данном способе объем окатышей значительно превосходит объем жидкого металла, что затрудняет получение высоколегированных марок стали без дополнительного по ходу ЭШП легирования, осуществляемого на поверхность рабочего флюса.

Известен способ получения расходуемых электродов, заключающийся в компактировании кусковой шихты, которую с целью упрочнения электрода и стабилизации состава шлаковой ванны в процессе переплава засыпают в форму и заливают расплавом рабочего флюса ЭШП [Авт. св. №1875572, С21С 5/56, заяв. 24.01.73, опубл. 05.06.80. Б.И. №21].

Недостатком данного способа получения расходуемых электродов является то, что использование в качестве связующего вещества флюса ЭШП приводит к тому, что в процессе дальнейшего электрошлакового переплава масса жидкого флюса увеличивается по ходу сплавления расходуемого электрода. Для поддержания неизменного количества рабочего флюса по ходу переплава необходимо его скачивание, что весьма затруднительно на установках ЭШП со стационарным кристаллизатором. Данный способ предполагает использование нерасходуемого электрода для осуществления электрошлакового процесса, т.к. пропускание электрического тока через получаемый по данному способу расходуемый электрод весьма затруднительно из-за перераспределения зон выделения джоулевой теплоты, поскольку расходуемый электрод неоднороден и большинство флюсов в твердом состоянии неэлектропроводны. Данное обстоятельство в значительной степени усложняет технологический процесс и ухудшает технико-экономические показатели. Использование нерасходуемого графитового электрода приводит к науглероживанию металла, получаемого в ходе ЭШП, и затрудняет получение низкоуглеродистых марок стали.

Известен способ получения расходуемых электродов, включающий засыпку шихтовых материалов порциями в матрицу и прессование, при этом в первую порцию шихтовых материалов вносят лигатурные добавки в количестве 30...70% [Авт. св. №427778, B22d 7/00, заяв. 18.04.72, опубл. 29.01.75].

Недостатком данного способа является то, что наблюдается неравномерное распределение лигатурных добавок по высоте получаемого расходуемого электрода, содержание в нижнем слое расходуемого электрода выше, чем в последующих вышележащих слоях. В процессе прессования наблюдается неодинаковая степень обжатия, а также недостаточная механическая прочность, что затрудняет получение расходуемых электродов большого диаметра.

В качестве прототипа принят способ получения расходуемых электродов с применением предварительно подогретых до температуры 650...850°С металлизованных окатышей, подаваемые первоначально в изложницу, при котором подача жидкого металла осуществляется в изложницу снизу под давлением 2...3 атм в соотношении с окатышами 1:(1...2,5) [патент РФ №2260065, С22В 9/19, заяв. 08.10.2004, опубл. 10.09.2005. Б.И. №25].

Недостатком использования данного способа заливки жидким металлом под давлением снизу предварительно подогретых и засыпанных в изложницу металлизованных окатышей является то, что для осуществления данного способа необходимы дополнительные устройства для создания избыточного давления, подаваемого снизу жидкого металла, что оказывается весьма затруднительно в промышленных условиях и требует дополнительных затрат. Предварительный подогрев металлизованных окатышей до температур 650...850°С приводит к их вторичному окислению, что весьма ухудшает дальнейший электрошлаковый переплав. Подача жидкого металла снизу в изложницу под давлением приводит к выдавливанию верхних слоев металлизованных окатышей и требует наличие сверху специальных устройств, предотвращающих данное явление и не препятствующих свободному выходу газов.

Задачей изобретения является упрощение технологии предварительного получения расходуемых электродов, а также повышение химической однородности и обеспечение достаточной механической прочности.

Задача решается тем, что в способе получения расходуемых электродов, включающим заливку жидким металлом твердой металлической составляющей, преимущественно в виде металлизованных окатышей, подаваемых первоначально перед заливкой, согласно изобретению, металлизованные окатыши подают в оболочку, имеющую форму готового расходуемого электрода, диаметром, не превышающим 200 мм, которую затем вместе с окатышами погружают в жидкий металл, при этом соотношение высоты расплава жидкого металла к высоте расходуемого электрода устанавливают равным 3:1.

Отличием заявленного способа является также то, что металлизованные окатыши могут быть предварительно нагреты до температуры 200...300°С. Кроме того, оболочка может быть выполнена в виде металлической сетки с диаметром ячейки, меньшим диаметра металлизованных окатышей.

Использование металлизованных окатышей в качестве твердой металлической составляющей, подаваемых в оболочку, имеющую форму готового электрода, дает возможность получения плотноупакованного расходуемого электрода с равномерным распределением железной составляющей по всему объему, достигаемой в результате того, что металлизованные окатыши имеют сферическую форму и высокую насыпную массу. Получаемый в результате дальнейшего электрошлакового переплава металл имеет низкое содержание вредных газов, примесей цветных металлов, а также других вредных примесей, не удаляемых по ходу ЭШП.

Подача металлизованных окатышей в оболочку и использование для придания формы расходуемому электроду металлической оболочки в виде сетки, с диаметром ячейки несколько меньше диаметра металлизованных окатышей, позволяет отказаться от изложниц специальной формы, что упрощает технологию и повышает технико-экономические показатели способа.

Способ проиллюстрирован фотографиями, где на фото №1 изображено среднее сечение получаемого расходуемого электрода; на фото 2 - боковая поверхность его.

Способ осуществляют следующим образом. При соотношении 1:1 высоты расплава к высоте расходуемого электрода диаметром 250 мм и температуре предварительного подогрева металлизованных окатышей до 200°С наблюдалось незначительное время протекания процесса (происходила необратимая кристаллизация металла на поверхности расходуемого электрода), в результате проникновение жидкого металла в расходуемый электрод составляло порядка 32%. При уменьшении диаметра расходуемого электрода до 200 мм и увеличении температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей в интервале 200...300°С проникновение жидкого металла в расходуемый электрод увеличивалось и составляло порядка 47%. При уменьшении диаметра расходуемого электрода до 150 мм и увеличении температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей свыше 300°С проникновение жидкого металла в расходуемый электрод увеличивалось и составляло порядка 60%. В результате во всех случаях пропитка жидким металлом расходуемых электродов была незначительной, а сами электроды были не пригодны для дальнейшего электрошлакового переплава из-за недостаточной их механической прочности.

При соотношении 2:1 высоты расплава к высоте расходуемого электрода диаметром 250 мм и температуре предварительного подогрева металлизованных окатышей до 200°С наблюдалось незначительное время протекания процесса (происходила необратимая кристаллизация металла на поверхности расходуемого электрода), в результате проникновение жидкого металла в расходуемый электрод составляло порядка 63%. При уменьшении диаметра расходуемого электрода до 200 мм и увеличении температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей в интервале 200...300°С проникновение жидкого металла в расходуемый электрод увеличивалось и составляло порядка 82%. При уменьшении диаметра расходуемого электрода до 150 мм и увеличении температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей свыше 300°С проникновение жидкого металла в расходуемый электрод увеличивалось и составляло порядка 90%. При диаметрах расходуемых электродов 250 и 200 мм пропитка жидким металлом была недостаточной, а сами электроды были не пригодны для дальнейшего электрошлакового переплава из-за недостаточной их механической прочности.

При соотношении 3:1 высоты расплава к высоте расходуемого электрода диаметром 250 мм и температуре предварительного подогрева металлизованных окатышей до 200°С наблюдалось увеличение времени протекания процесса (время в данном случае лимитировалось процессом разрушения металлической оболочки расходуемого электрода), в результате проникновение жидкого металла в расходуемый электрод составляло порядка 93%. При уменьшении диаметра расходуемого электрода до 200 мм и увеличении температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей в интервале 200...300°С проникновение жидкого металла в расходуемый электрод увеличивалось и составляло порядка 100%. При уменьшении диаметра расходуемого электрода до 150 мм и увеличении температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей свыше 300°С проникновение жидкого металла в расходуемый электрод увеличивалось и составляло порядка 100%. Во всех случаях пропитка жидким металлом расходуемых электродов была достаточной, а сами электроды были подвергнуты дальнейшему электрошлаковому переплаву (см. фото 1, 2). Однако увеличение температуры предварительного подогрева металлизованных окатышей свыше 300°С приводит к началу процессов вторичного их окисления, а также значительному увеличению себестоимости получаемых расходуемых электродов.

Пример конкретного выполнения способа.

Промышленные исследования проводились на ОАО «Златоустовском металлургическом заводе» в ЭСПЦ №3. Получение расходуемого электрода включает в себя следующие технологические операции: предварительно подогретые до температуры 200...300°С металлизованные окатыши диаметром 12...15 мм засыпали в стальную оболочку с диаметром ячейки 8 мм, имеющую форму готового расходуемого электрода. Приготовленный по данной технологии расходуемый электрод погружали в сталеразливочный ковш с жидким металлом, имеющим температуру 1600...1650°С. После выдержки расходуемого электрода в течение порядка 2 мин его доставали.

В качестве жидкого металла для пропитки металлизованных окатышей использовались следующие марки стали: 07Х17Н6, ЭП56, 20Х23Н18, 40Х13.

Полученные расходуемые электроды подвергались электрошлаковому переплаву на установке А-550 в кристаллизатор диаметром 120 мм и высотой 500 мм под флюсом АНФ - 6 в количестве 2,5 кг на плавку. С целью увеличения сплавляемой части к переплавляемым расходуемым электродам приваривались инвентарные головки. Разводку процесса осуществляли на токе 1,5 кА, при напряжении 48 В. Основной период плавки проходил на токе 2,5 кА и напряжении 48 В. Вывод усадки не производился. Процесс переплава протекал достаточно устойчиво, имело место вспенивание шлака. Значительные скачки тока отсутствовали. Пылевыделение при протекании процесса было незначительным. Исследование качества металла после электрошлакового переплава позволило констатировать наличие плотной бездефектной структуры, характерной для электрошлакового металла при достаточно хорошей поверхности слитка.

В результате поставленная выше задача достигается. Результаты промышленных испытаний представлены в таблице.

Наименование	Предлагаемые интервалы соотношений
Высота расплава Высота электрода	1:1			2:1			3:1
Температура жидкого металла, °С	1600...1650			1600...1650			1600...1650
Диаметр электрода, мм	250	200	150	250	200	150	250	200	150
Температура металлизованных окатышей, °С	до 200	200-300	более 300	до 200	200-300	более 300	до 200	200-300	более 300
Время протекания процесса, с*	33	52	65	51	67	85	70	92	120
Проникновение жидкого металла в расходуемый электрод, %**	32	47	60	63	82	90	93	100	100
Себестоимость слитка марки 08Х18Н10, руб/т.***						45752	46215	47320	49762
Примечание: *Время протекания процесса определялось экспериментально, исходя из начала протекания процессов разрушения металлической оболочки расходуемого электрода или начала необратимой кристаллизации металла на поверхности последних. ** Глубину проникновения жидкого металла в расходуемый электрод определяли как отношение глубины проникновения расплава в электрод * 100% к радиусу расходуемого электрода *** Себестоимость рассчитывалась только для тех случаев, где получались расходуемые электроды пригодные для дальнейшего электрошлакового переплава и где качество получаемого слитка, удовлетворяло требованиям к металлу электрошлакового переплава.

Из таблицы видно, что наиболее оптимальное по себестоимости и качеству получаемого слитка в ходе электрошлакового переплава было у расходуемых электродов с диаметром преимущественно до 200 мм, получаемых при соотношении высоты расплава к высоте расходуемого электрода 3:1 и температурой предварительного подогрева металлизованных окатышей 200...300°С.

Промышленная применимость

Предлагаемый способ может быть использован в единичном и массовом производстве, при изготовлении расходуемых электродов для электрошлакового переплава.