способ электрошлаковой выплавки ферротитана

Формула изобретения

1. Способ электрошлаковой выплавки ферротитана, включающий сплавление титановой и стальной стружки в шлаковой ванне в водоохлаждаемом кристаллизаторе путем подвода электрического тока в шлак через нерасходуемый графитовый электрод, отличающийся тем, что сплавление стружки в шлаке производят порциями в количестве 20-50% от общей массы стружки, после сплавления каждой порции стружки снижают плотность тока на электроде на 50-70% относительно плотности тока сплавления стружки и производят выдержку при сниженной плотности тока в течение 1-5 мин, а затем производят сплавление следующей порции стружки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в период выдержки при сниженной плотности тока на электроде подают шлакообразующие в количестве 7-10% от массы сплавленной порции стружки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и предназначено для получения ферротитана высокого качества из титановой и стальной стружки или из других металлоотходов, содержащих железо и титан.

Известен способ получения ферротитана путем электрошлакового переплава титановой и стальной стружки, включающий сплавление стружки в шлаковой ванне в водоохлаждаемом кристаллизаторе с подводом тока к шлаковой ванне через нерасходуемые водоохлаждаемые электроды. В процессе переплава температуру шлаковой ванны поддерживают в пределах 1750-1850°С, а плотность тока не изменяют.

Недостатком способа является неравномерность содержания титана по высоте слитка, которая зависит от содержания масс титана и стальной загружаемой стружки. (Проблемы специальной электрометаллургии. Киев: Наукова Думка, №3, 1991, с.50-56).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ электрошлаковой выплавки ферротитана, включающий подвод тока к шлаковой ванне нерасходуемыми графитовыми электродами, подачу стальной и титановой стружки в водоохлаждаемый кристаллизатор и постепенное сплавление в шлаке титановой и стальной стружки. Температура шлаковой ванны поддерживается 1600-1700°С. Плотность тока на электроде поддерживают от 7 до 11 А/см² в процессе сплавления стружки (Патент РФ №2039101, МКИ С22В 9/18, 09.07.1995. Прототип).

Недостатком известного способа является большой разброс содержания титана и железа по высоте слитка. При постоянной плотности тока на электроде в процессе переплава глубина металлической ванны увеличивается в процессе всего времени переплава вследствие того, что получаемый сплав имеет температуру плавления значительно ниже, чем каждый из переплавляемых ингредиентов (сталь и титан). Так как удельный вес стали значительно выше удельного веса титана, скорость прохождения стальной стружки через слой шлака больше, чем у титановой стружки. Поэтому сплавление стальной стружки совместно с титановой в слое шлака происходит лишь частично, сплавление стальной стружки происходит в основном в металлической ванне. При глубокой металлической ванне стальная стружка накапливается в нижних ее слоях, поэтому возникает неравномерность содержания титана по высоте слитка. Кроме того, температура в нижних слоях глубокой ванны недостаточна для полного сплавления стальной стружки. Чем глубже металлическая ванна, тем больше неравномерность содержания титана по высоте выплавляемого слитка.

Задачей, решаемой изобретением, является получение ферротитана с высокой химической однородностью по высоте наплавляемого слитка.

Поставленная задача решается тем, что в способе электрошлаковой выплавки ферротитана, включающем сплавление титановой и стальной стружки в шлаковой ванне в водохлаждаемом кристаллизаторе путем подвода электрического тока в шлак через нерасходуемый графитовый электрод, сплавление стружки производят порциями в количестве 20-50% от общей массы стружки, после сплавления каждой порции стружки снижают плотность тока на электроде на 50-70% относительно плотности тока сплавления и производят выдержку при сниженной плотности тока в течение 1-5 минут, а затем производят сплавление следующей порции стружки. Кроме того, в период выдержки при сниженной плотности тока подают шлакообразующие в количестве 7-10% от массы сплавленной порции стружки.

Новизна способа заключается в том, что сплавление стружки производят порциями в количестве 20-50% от общей массы стружки, после сплавления каждой порции стружки снижают плотность тока на электроде на 50-70% относительно плотности тока сплавления и производят выдержку при сниженной плотности тока в течение 1-5 минут, а затем производят сплавление следующей порции стружки. В период выдержки при сниженной плотности тока подают шлакообразующие в количестве 7-10% от массы сплавленной порции стружки.

Вследствие того, что равномерность содержания титана по высоте слитка зависит от глубины и температуры металлической ванны, необходимо регулировать в процессе всего переплава ее глубину и температуру в нижних слоях металлической ванны. Для регулирования глубины металлической ванны в процессе всего переплава сплавление стружки осуществляют порциями в количестве 20-50% от общей массы стружки. Снижение плотности тока в указанных параметрах после сплавления каждой порции металлической стружки уменьшает глубину металлической ванны и создает оптимальные условия для сплавления стальной стружки в нижних ее слоях при подаче в кристаллизатор каждой последующей порции стружки. При снижении плотности тока на электроде менее чем на 50% относительно плотности тока сплавления стружки и последующей выдержке повышается неравномерность содержания титана по высоте слитка из-за значительной глубины металлической ванны и вследствие этого низкой температуры жидкого металла в глубине ванны, недостаточной для сплавления стальной стружки. При снижении плотности тока на электроде более 70% и выдержке при этой плотности тока глубина металлической ванны значительно уменьшается, что приводит к попаданию шлака в металл и его загрязнению, ухудшаются условия сплавления последующей порции как стальной, так и титановой стружки. При выдержке при сниженной плотности тока менее 1 минуты не происходит значительного изменения глубины металлической ванны, так как она не успевает охладиться. При выдержке более 5 минут температура шлаковой и металлической ванны снижается до значений, при которых ухудшаются условия сплавления последующей порции стружки, а холодные частицы шлака попадают в жидкий металл и загрязняют его.

Сплавление стружки порциями менее 20% от обшей массы сплавляемой стружки приводит к малой глубине и низкой температуре металлической ванны, которая не обеспечивает оптимальных условий сплавления последующей порции стружки и приводит к попаданию частиц шлака в слиток. Сплавление порции стружки в количестве более 50% приводит к получению значительной глубины металлической ванны. В период выдержки при сниженной плотности тока железная стружка в нижних слоях металлической ванны не успевает полностью расплавиться и распределиться по объему металлической ванны, что также приводит к неравномерному содержанию титана по высоте слитка.

Подача шлакообразующих в процессе выдержки при сниженной плотности тока позволяет дополнительно уменьшить глубину металлической ванны и снизить ее температуру, а также восстановить глубину шлаковой ванны, в которой происходит сплавление стружки, так как слой шлака уменьшается в процессе переплава за счет образования шлакового гарниссажа на стенках кристаллизатора. При введении шлакообразующих менее 7% от массы сплавленной порции стружки не происходит достаточно эффективного уменьшения глубины металлической ванны и не обеспечивается восстановление глубины шлаковой ванны. Введение шлакообразующих в количестве более 10% от массы сплавленной порции стружки приводит к увеличению глубины шлаковой ванны в процессе плавки и вследствие этого к увеличению глубины металлической ванны.

Таким образом, техническим эффектом является повышение равномерности содержания титана но высоте выплавляемого слитка, путем поддержания оптимальной глубины и температуры металлической ванны.

Пример.

На установке электрошлакового переплава с графитовым электродом и водоохлаждаемым медным кристаллизатором диаметром 220 мм выплавляли ферротитан двух марок с расчетным содержанием титана 30% и 70%. Выплавку производили по известному и заявляемому способу. Использовали титановую и стальную стружку, прошедшую дробление и очистку поверхности от масла и других загрязнений, сушку от влаги. В качестве шлакообразующих материалов использовали флюс АНФ-1П (CaF₂ ). Плотность тока, подаваемого на электрод, регулировали за счет изменения глубины погружения электрода в шлаковую ванну. Контроль за изменениями величины тока на электроде производили по показаниям прибора общего тока.

Шлаковую ванну наводили непосредственно в кристаллизаторе на водоохлаждаемом поддоне установки ЭШП, глубиной, достаточной для обеспечения плотности тока на электроде, обеспечивающем сплавление стружки. После наведения шлаковой ванны в кристаллизатор подавали титановую и стальную стружку. По известному способу титановую и стальную стружку постепенно сплавляли при плотности тока на электроде 11 А/см². По заявляемому способу титановую и стальную стружку сплавляли в шлаке порциями в количестве 20-50% общей массы проплавляемой стружки. По окончании сплавления каждой порции снижали плотность тока на электроде на 50-70% от стационарного тока при сплавлении стружки. При пониженной плотности тока осуществляли выдержку в течении 1-5 минут. Затем загружали в кристаллизатор и сплавляли следующую порцию стружки. На ряде плавок в период выдержки при сниженной плотности тока в шлаковую ванну задавали порошок флюса АНФ-1Н в количестве 7-10% от веса сплавленной порции стружки. Общая масса сплавляемой стружки составляла 100 кг, плотность тока на электроде при сплавлении стружки 14 А/см². Для ферротитана с содержанием титана 30% количество титановой стружки составляло 35 кг. Для ферротитана с содержанием титана 70% количество титановой стружки составляло 75 кг. Количество сплавляемых порций стружки в плавке изменяли от 2 до 7. Количество шлакообразующих в зависимости от массы сплавляемой порции стружки изменялось, например, при 20 кг сплавленной порции стружки - 1,4 кг шлакообразующих (плавка №8), при 50 кг сплавленной порции стружки - 5 кг шлакообразующих (плавка №7), при 35 кг сплавленной порции стружки количество шлакообразующих изменяли от 2,45 кг до 3,5 кг (плавки №15,16 соответственно), при 25 кг сплавленной порции стружки - 2 кг шлакообразующих (плавка К» 18). Контролируемые показатели, параметры технологии, результаты проведенных плавок представлены в таблице. Оптимальными являются плавки №3, 4, 7, 8, 11, 12, 13, 15, 16, 18. Из приведенных в таблице данных видно, что по известному способу-прототипу (плавка №1) нижняя часть слитка содержит повышенное содержание железа, а верх слитка - избыточное содержание титана. Разброс значений содержания титана в зависимости от марки сплава достигает от 9 до 18 мас.%. Выплавка ферротитана по заявляемому способу обеспечивает более равномерное содержание титана по высоте выплавляемого слитка на обеих марках сплава, как с 70% содержанием титана (ферротитан ФТИ-70, ГОСТ 4761-91), так и 30% содержанием титана (ферротитан ФТИ-30 ГОСТ 4761-91). Равномерность содержания титана по высоте слитка обеспечивается в пределах 3 мас.%. Кроме того, достигается уменьшение расхода электроэнергии на выплавку ферротитана на 10-15% по сравнению с известным способом.