Расходуемый электрод для плавки тугоплавких металлов в вакуумной дуговой печи

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к расходуемым электродам для плавки тугоплавких металлов (ниобия, тантала, молибдена, вольфрама и других) в вакуумной дуговой печи.
Известен расходуемый электрод для плавки в вакуумной дуговой печи ниобия и тантала (Вакуумная металлургия тугоплавких металлов и твердых сплавов /Мальцев М.В., Клячко Л.И., Доронькин Е.Д. и др. // Металлургия, 1981, с. 155).
Для выплавки слитков ниобия или тантала диаметром 50 мм использовали расходуемый электрод диаметром 10 мм. Электрод выполнен в виде прутка, полученного ковкой из спеченного штабика сечением 18×18 мм и длиной 300 мм. Для нормального ведения процесса плавки диаметр электрода должен быть значительно меньше диаметра кристаллизатора, а зазор между электродом и стенкой кристаллизатора должен быть не менее 20 мм. При отношении диаметра кристаллизатора (Dкр) к диаметру электрода (Dэл) более пяти электрод будет перегрет и процесс плавки нарушится. При уменьшении зазора между стенкой кристаллизатора и электродом менее 20 мм возможен пробив дуги электрода на стенку, в результате чего кристаллизатор выходит из строя.
Недостатком указанного электрода являются малые размеры получаемых слитков.
Технической проблемой является получение слитков больших размеров без появления на их боковой поверхности дефектов, ведущих при дальнейшей обработке к браку.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является расходуемый электрод в виде собранного пакета из сваренных по длине штабиков. Пакет может состоять из 4,9 и 16 штабиков (Моргунова М.М., Клыпин Б.А., Бояршинов В.А. и др.// Металлургия, 1975, с.211-222). Так, пакет из 9 квадратных штабиков молибдена сечением 16×16 мм образуют квадратный пакет 48×48 мм с размерами по диагоналям 68×68 мм. В этом случае минимальное расстояние между электродом и стенкой кристаллизатора по диагонали равно 20 мм, а максимальное расстояние от боковой стороны электрода до стенки кристаллизатора 30 мм. При этом в вертикальных сечениях отношение размера электрода к диаметру кристаллизатора меняется от 0,62 до 0,44. Такое изменение размеров между поперечным сечением электрода и внутренним диаметром кристаллизатора является существенным недостатком, приводящим при плавке электрода к неравномерному по сечению слитка растеканию расплава и возникновению по этой причине дефектов на боковой поверхности слитка. Эти дефекты поверхности слитка при его последующей обработке снижают выход годного металла.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение выхода годного металла.
Технический результат достигается тем, что в расходуемом электроде для плавки тугоплавких металлов в вакуумной дуговой печи, состоящем из пакета состыкованных по граням и сваренных по длине полуфабрикатов штабиков, из которых один в пакете расположен вдоль центральной оси пакета, согласно предлагаемому решению, штабики имеют шестигранное поперечное сечение.
В результате того, что сваренные штабики имеют шестигранное сечение, то электрод, собранный из этих штабиков, будет иметь меньшее отношение его максимального размера горизонтального сечения к его минимальному размеру. Это снижает неравномерность растекания расплава в кристаллизаторе при плавке. Снижение неравномерности растекания расплава снижает количество дефектов на боковой поверхности слитка и при дальнейшей обработке повышает выход годного.
Предлагаемый расходуемый электрод для плавки тугоплавких металлов в вакуумной дуговой печи проиллюстрирован чертежом.
Расходуемый электрод состоит из семи собранных в пакет штабиков 1 шестигранного поперечного сечения, один из которых расположен вдоль центральной оси пакета, ашесть остальных штабиков состыкованы между собой по граням 2, а с центральным штабиком эти шесть штабиков состыкованы по граням 3.
Расходуемый электрод изготавливают из предварительно спрессованных штабиков 1 из тугоплавких металлов путем сварки их по длине, последующей зачистке и сборки в пакеты из семи штабиков. При этом центральный штабик состыковывают с остальными шестью штабиками по граням 3, а шесть штабиков состыковывают между собой по граням 2. Этот электрод устанавливают в вакуумную дуговую печь с кристаллизатором, где плавление и кристаллизация металла происходит одновременно.
Согласно предлагаемому решению изготовлен расходуемый электрод из семи шестигранных штабиков молибдена, например марки ЦМ2А с сечением 16×16 мм и длиной 450-500 мм путем сварки их по длине в штанги длиной 1800-2500 мм, последующей зачистки и сборки в пакет. Отношение максимального размера горизонтального сечения к его минимальному значению равен 1,29 (при стыковке квадратных штабиков это отношение равно 1,41).Электрод был установлен в дуговую печь DВП-5000, имеющую кристаллизатор диаметром 110 мм. В результате был получен слиток диаметром 108 мм повышенного качества без дефектов на боковой поверхности. Выход годного металла после обработки слитков по сравнению с электродом из квадратных штабиков повысился на 7-9%.
Предлагаемый расходуемый электрод найдет применение при производстве крупногабаритных слитков из тугоплавких металлов.