Патент на изобретение №2171854

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, точнее к электрошлаковому литью, и может быть использовано для получения литых деталей преимущественно из компактных отходов меди и (или) ее сплавов. Способ включает электрошлаковый переплав расходуемого электрода и формирование слитка в неподвижный водоохлаждаемый кристаллизатор в виде усеченного конуса, причем диаметр верхнего основания составляет 0,85-0,98 диаметра нижнего основания, а высота кристаллизатора составляет 3-7 диаметров нижнего основания. В процессе переплава зазор между стенками кристаллизатора по всему его периметру и расходуемым электродом поддерживают не менее 15 мм. Способ позволяет повысить стабильность процесса электрошлакового переплава и качество слитка, получаемого электрошлаковым переплавом электрода, изготовленного из компактных отходов преимущественно меди и(или) ее сплавов. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, точнее к электрошлаковому литью, и может быть использовано для получения литых деталей, преимущественно из компактных отходов меди и вышедших из строя деталей оборудования, выполненных из меди и (или) ее сплавов.

Известен способ получения слитка, по которому производят электрошлаковый переплав расходуемого электрода и расплав формируют в виде слитка в неподвижный охлаждаемый кристаллизатор [1].

Недостатком известного технического решения является низкое качество слитка и низкая стабильность электрошлакового процесса.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения слитка, включающий электрошлаковый переплав расходуемого электрода и формирование слитка в неподвижном охлаждаемом кристаллизаторе, у которого диаметр верхнего основания меньше диаметра нижнего основания [2].

Недостатком известного технического решения является низкая стабильность процесса электрошлакового переплава и низкое качество слитка при использовании электрода, изготовленного из компактных отходов, преимущественно меди и ее сплавов.

Техническая задача изобретения – повышение стабильности процесса электрошлакового переплава и повышение качества слитка, получаемого электрошлаковым переплавом электрода, изготовленного из компактных отходов, преимущественно меди и (или) ее сплавов.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что берут одинарный или расщепленный электрод и электрошлаковым переплавом формируют слиток в неподвижный охлаждаемый кристаллизатор, который выполнен в виде усеченного конуса, причем диаметр верхнего основания кристаллизатора составляет 0,85-0,98 диаметра нижнего основания, а высота 3-7 диаметров нижнего основания. В процессе переплава зазор между стенками кристаллизатора по всему его периметру и расходуемым электродам поддерживают равным не менее 15 мм. Наиболее оптимальные свойства слитка получаются при изготовлении электродов из компактных отходов меди и (или) ее сплавов (обрезки заготовок, проката и другие виды компактных деталей) и (или) вышедших из строя деталей оборудования, выполненных из меди и ее сплавов. Электроды или заготовки для изготовления электродов выдерживают при температуре 400-600^oC в течение 0,5-3,0 ч. Для облегчения возбуждения электрошлакового процесса используют пакеты из стружки того же состава, что и расходуемый электрод, размер пакета: диаметр 70-160 мм, высота 60-120 мм.

Известно, что электрошлаковый переплав резко повышает качество литого металла (повышаются механические характеристики, уменьшается количество вредных примесей, неметаллических включений и т.д.), поэтому часто для получения качественной заготовки используют двухстадийный процесс: изготавливают обычным литьем расходуемые электроды, которые затем переплавляют электрошлаковым способом для получения качественной отливки. В настоящее время компактные отходы (обрезки заготовок, проката, поковок, вышедшие из строя детали оборудования) перерабатывают также по указанному выше двухстадийному процессу. Попытки использовать стандартную технологию для электрошлакового переплава компактных отходов приводят к нестабильности процесса переплава и снижению качества отливки. Это связано с тем, что часто отходы производства (различные обрезки плит и др.) имеют малую площадь поперечного сечения и достаточно большую длину, поэтому для ведения процесса плавки их набирают в пакеты, т. е. готовят расщепленный электрод. От воздействия температуры шлаковой ванны и отходящих газов отдельные тонкие части электрода могут деформироваться и касаться стенок кристаллизатора, что нарушает стабильность электрошлакового процесса. Для предотвращения нарушения стабильности переплава зазор между стенками кристаллизатора по всему его периметру и расходуемым электродом поддерживают не менее 15 мм. Указанный зазор устанавливают в верхней части кристаллизатора (наиболее узком месте). После переплава расходуемого электрода слиток формируют в неподвижный охлаждаемый кристаллизатор в виде усеченного конуса, у которого диаметр верхнего основания составляет 0,85-0,98 диаметра нижнего основания, а высота кристаллизатора составляет 3-7 диаметров нижнего основания. Установленное соотношение размеров оснований и высоты кристаллизатора, а также его формы обеспечивает увеличение зазора между электродом и стенками вблизи нижнего основания кристаллизатора, что повышает технологичность ведения плавки (уменьшает вероятность замыкания электрода на стенки кристаллизатора), а также повышает качество литого металла за счет равномерного охлаждения слитка. Конусная форма кристаллизатора с заданным соотношением размеров обеспечивает легкое удаление слитка после окончания переплава.

Заявляемый способ в наибольшей степени приемлем для утилизации компактных отходов меди и (или) ее сплавов – это обрезки, получаемые при изготовлении новых деталей, а также сами детали, уже вышедшие из строя. Детали оборудования, предназначенные для электрошлакового переплава, часто имеют отверстия, пазы и другие неровности поверхности, где может скапливаться влага, а также остатки смазки, которая использовалась для данного оборудования. Загрязнения на электродах ухудшают качество слитка. Для выжигания смазки и удаления влаги электроды или заготовки электродов прокаливают при 400 – 600^oC в течение 0,5-3,0 ч. Нижний уровень температуры и малое время рекомендуют для удаления влаги и небольших загрязнений жидкой смазкой, верхний уровень температуры и более длительное время необходимо для выжигания большого количества густой смазки из глубоких отверстий.

Для облегчения возбуждения электрошлакового процесса используют пакеты из стружки того же состава, что и расходуемый электрод. Размер пакета: диаметр 70-160 мм, высота 60-120 мм. Указанные размеры обеспечивают быстрое возбуждение электрошлакового процесса и расплавление всего пакета стружки.

Пример реализации способа. Для изготовления расходуемых электродов используют вышедшие из строя плиты кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Материал плит – медь М1. Плиты режутся на бруски сечением 90 х 90 мм, длина не регламентируется (на всю высоту кристаллизатора). Плиты имеют технологические отверстия для охлаждения кристаллизатора, а также имеются места, где наносилась смазка. Порезанные заготовки прокаливают при 500^oC в течение 1 ч. После прокалки заготовки сваривают между собой для получения заданной длины расходуемого электрода. Режимы сварки обычные для меди. На тележку с поддоном устанавливают неподвижный водоохлаждаемый кристаллизатор в виде усеченного конуса. Диаметр нижнего основания – 210 мм, диаметр верхнего основания – 200 мм, высота 1200 мм. На середину поддона устанавливается пакет из прокаленной медной стружки (марки М1) диаметром 100 мм и высотой 90 мм. С помощью крана расходуемый электрод вводится в кристаллизатор до контакта с пакетом стружки. При этом в верхней части кристаллизатора ( 200 мм) расстояние от угловых частей электрода до стенок кристаллизатора составляет не менее 35 мм. Далее процесс электрошлакового переплава осуществляют по стандартной технологии: засыпают флюс, подают напряжение и осуществляют переплавление расходуемого электрода. Электрошлаковый переплав осуществляют на установке ЭШП-2,5 ВГ-И1. После окончания формирования слитка и его полного охлаждения слиток удаляют из кристаллизатора и, как правило, без последующей термической обработки направляют на механическую обработку для изготовления деталей металлургического производства, например рыльной части фурм доменных печей.

Технико-экономическое преимущество заявленного технического решения заключается в возможности утилизации компактных отходов производства, например меди и (или) ее сплавов, с минимальными затратами, при этом исключается ряд пределов и обеспечивается требуемое качество слитка.

Источники информации
1. Медовар Б.И., Латаш Ю.В. Электрошлаковый переплав. Киев: Наукова думка, 1965, с. 19-21.

2. Медовар Б.И. и др. Электрошлаковые печи. Киев: Наукова думка, 1976, с. 88-90, рис. 84(6).

Формула изобретения

1. Способ получения слитка, включающий электрошлаковый переплав расходуемого электрода и формирование слитка в неподвижный охлаждаемый кристаллизатор, у которого диаметр верхнего основания меньше диаметра нижнего основания, отличающийся тем, что используют неподвижный охлаждаемый кристаллизатор в виде усеченного конуса, у которого диаметр верхнего основания составляет 0,85-0,98 диаметра нижнего основания, а высота кристаллизатора составляет 3-7 диаметров нижнего основания, причем в процессе переплава зазор между стенками кристаллизатора по всему его периметру и расходуемым электродом поддерживают не менее 15 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для электрошлакового переплава используют одинарный электрод.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для электрошлакового переплава используют расщепленный электрод.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что расходуемый электрод изготавливают из компактных отходов меди, и (или) ее сплавов, и (или) вышедших из строя деталей оборудования, выполненных из меди и (или) ее сплавов.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что расходуемые электроды или заготовки для изготовления расходуемых электродов выдерживают при 400-600^oС в течение 0,5-3,0 ч.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для возбуждения процесса электрошлакового переплава используют пакеты из стружки диаметром 70-160 м и высотой 60-120 мм.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют пакеты из стружки того же состава, что и расходуемый электрод.