METHOD FOR OBTAINING ELECTRODE INGOTS, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ-ЭЛЕКТРОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при изготовлении слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов.
В последние годы широкое распространение получили способы изготовления слитков из высокореакционных металлов и сплавов, например титановых сплавов, с использованием гарнисажной плавки. При гарнисажной плавке химический состав металла усредняется, рафинируется от газовых и летучих примесей, а нерасплавившиеся компоненты шихты и случайные включения, имеющие более высокую плотность и температуру плавления по отношению к основному металлу, оседают на дно жидкой ванны и «вмерзают» в донный гарнисаж и поэтому не попадают в отливаемый слиток. Для получения равномерного химического состава металла слитка и устранения усадочной пористости, полученной после гарнисажной плавки, следующий переплав производят в вакуумной дуговой печи.
Известен способ получения слитков двойным дуговым переплавом, в котором при первом переплаве в гарнисажной печи осуществляют переплав шихты и гарнисажа - расходуемого электрода с последующим сливом расплава в изложницу (Александров В.К. и др. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1994 г., стр.224-230). При этом получают слиток-электрод цилиндрического сечения с плоским торцом, используемый для последующего переплава в вакуумной дуговой печи. Для чего к плоскому торцу полученного слитка-электрода приваривают огарок, закрепляемый на электрододержателе вакуумной дуговой печи, а затем полученный электрод расплавляют на плоский поддон медного охлаждаемого кристаллизатора.
Недостатком известного способа является наличие приварки полученного в гарнисажной печи слитка-электрода к расходуемому огарку, имеющему цилиндрическую часть, которая приваривается к торцу слитка-электрода, и конический хвостовик, предназначенный для механического закрепления и надежного электрического контакта с электрододержателем в процессе вакуумного дугового переплава. В процессе приварки образуются дефектные химические включения в виде натеков, спекшихся брызг, хлоридов, которыми загрязняется огарок, печь, а следовательно, и выплавляемый в печи слиток. Зона сварного шва химически неоднородна с основным металлом и является источником загрязнения выплавляемого слитка.
Известен способ получения слитков, включающий получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, состоящего из цилиндрической части и хвостовика (Патент РФ №2263721, 2003 г.) - прототип.
Недостатком известного способа является необходимость проведения дополнительной операции механической обработки хвостовика, выполненного в виде обратного конуса, с удалением литейных уклонов и получением противоположной конусности хвостовика, что уменьшает выход годного металла, увеличивает трудоемкость процесса и требует точной зацентровки полученного слитка-электрода с целью исключения смещения обработанного хвостовика при дальнейшей плавке в вакуумной дуговой печи.
Известна вакуумная дуговая гарнисажная печь для получения слитков-электродов, содержащая рабочую камеру, электрододержатель, медный охлаждаемый тигель и кристаллизатор с плоским поддоном, причем на верхней рабочей стороне поддона выполнено центральное углубление по форме и размерам хвостовой части оборотного огарка (Патент РФ №2360014, 2009 г.) - прототип.
В известной печи возможно получение хвостовика в виде обратного усеченного конуса, однако получение хвостовика необходимой конфигурации в виде прямого усеченного конуса с наличием конструктивных элементов в известной печи невозможно.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа получения слитков-электродов с однородными по химическому составу и бездефектными хвостовиками в донной части, а также разработка устройства для осуществления этого способа.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является снижение затрат на изготовление слитков-электродов за счет уменьшения трудоемкости и повышения выхода годного металла.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения слитков из тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов в вакуумной дуговой гарнисажной печи, включающем получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него слитка-электрода для последующего переплава в вакуумной дуговой печи, состоящего из цилиндрической части и хвостовика в донной части, согласно изобретению формирование хвостовика, выполненного в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено к цилиндрической части слитка, осуществляют посредством разъемных форм, установленных в центральное углубление поддона изложницы. На торце хвостовика формируют центрирующее углубление в виде конуса.
Указанный технический результат также достигается тем, в устройстве для получения слитков-электродов из тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов в вакуумной дуговой гарнисажной печи, содержащем поддон изложницы гарнисажной печи с выполненным центральным углублением на верхней рабочей поверхности поддона, согласно изобретению поддон дополнительно оснащен разъемной формой, выполненной в виде кольцевых секций, которые имеют внутреннюю коническую полость, при этом коническая поверхность полости разъемной формы сопрягается с наружной конической поверхностью хвостовика отливаемого слитка-электрода. В нижнем основании углубления поддона изложницы установлена сменная вставка с центральным коническим выступом.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг.1. На фиг.1 приведен эскиз сборки разъемной формы в поддоне изложницы гарнисажной печи. Разъемная двухсекционная форма 1 для формирования хвостовика 2 установлена в коническое углубление 3 поддона 4 изложницы 5 гарнисажной печи. На нижнем основании углубления 3 установлена сменная вставка 6 с выполненным центральным выступом 7.
Способ применяют при выплавке слитков двойным и более переплавом. Первый переплав проводят в гарнисажной печи, изложница 5 которой имеет пристыкованный к нижнему торцу съемный поддон с центральным коническим углублением 3. Перед плавкой в коническое углубление поддона 4 устанавливают разъемную форму 1. Разъемная форма 1 выполнена в виде двухсекционной матрицы, имеющей форму двух полуколец, стянутых болтами. Секции выполнены в виде полуколец трапецеидального сечения в радиальной плоскости с определенными наружным и внутренним уклонами. Уклоны выполнены таким образом, что наружная коническая поверхность формы секции сопрягается с конической поверхностью углубления поддона, а внутренняя коническая поверхность секции сопрягается с наружной конической поверхностью хвостовика 2 получаемого слитка-электрода и формирует хвостовик необходимой конфигурации. С целью единообразного соединения и исключения смещения секций при установке и эксплуатации разъемная форма снабжена замками. Для формирования центрирующего углубления на торце хвостовика в нижнем основании углубления поддона изложницы выполняют отверстие, в которое устанавливают сменную вставку 6 с наличием центрирующего выступа 7, выполненного в виде конуса. Центрирующее углубление на торце хвостовика используется в качестве фиксатора для дальнейшей обработки и позволяет улучшить центровку слитка-электрода при последующей доработке державки, кроме того, фиксатор обеспечивает необходимую точность и безопасность установки литого оборотного огарка в поддон кристаллизатора вакуумной дуговой печи.
При проектировании разъемной формы принимают во внимание теплофизические и прочностные свойства ее материала. Массу разъемной формы рассчитывают с учетом того, чтобы при сливе расплавленного металла конечная температура формы, полученная от нагрева ее расплавом, не превышала допустимую температуру материала формы и не приводила к ее смещению или короблению.
С целью плотного прилегания обеих секций формы и исключения образования заусенцев между секциями после черновой механической обработки кольцевую заготовку формы разрезают на две половины, стягивают и производят финишную обработку.
После окончания процесса плавки охлажденный слиток-электрод извлекают из изложницы вместе с разъемной формой, после чего разъемную форму демонтируют. Далее, с целью получения требуемой шероховатости для надежного электрического контакта с электрододержателем осуществляют чистовую проточку литой конической поверхности хвостовика с удалением минимального припуска. После механической обработки хвостовик готов для крепления в электрододержателе при последующем переплаве в вакуумной дуговой печи.
Промышленную применимость предлагаемого способа подтверждает следующий пример конкретного выполнения изобретения.
Шихту из титанового сплава 6A1-4V для изготовления продукции роторного назначения загружали в медный охлаждаемый тигель гарнисажной печи ДТВГ-4ПФ. В печь устанавливали изложницу с кристаллизатором ⌀690 мм и поддоном с выполненным центральным углублением в виде усеченного конуса. В нижнем основании углубления поддона запрессовывали цилиндрическую вставку с центральным выступом в виде конуса высотой 50 мм. В углубление поддона устанавливали разъемную форму, состоящую из двух полуколец трапецеидального сечения, стянутых болтами. В результате плавления, приготовления расплава, слива расплава в изложницу и расстыковки кристаллизатора, поддона и разъемной формы был получен слиток-электрод ⌀672 мм, содержащий конический хвостовик для установки в электрододержатель вакуумной дуговой печи. Размеры хвостовика слитка-электрода соответствовали заданным требованиям. После чего производили минимальную финишную проточку конической поверхности хвостовика с равномерным удалением припуска 4-5 мм. Далее слиток-электрод закрепили на электрододержателе печи для второго переплава и произвели плавку в вакуумной дуговой печи в кристаллизатор диаметром 770 мм. Полученный слиток был механически обработан на диаметр 740 мм и проконтролирован методом ультразвукового контроля. В процессе ультразвукового контроля слитка дефектов не выявлено. Качество полученных слитков и изготовленных из них полуфабрикатов полностью удовлетворяет требованиям действующих технических условий.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить трудоемкость изготовления слитков и повысить выход годного металла.