УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОВАРНОГО СЛИТКА СПЛАВА

Полезная модель относится к области специальной электрометаллургии и может найти применение при получении в электронно-лучевых установках с промежуточной емкостью слитков высокореакционных сплавов, преимущественно, сплавов титана.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является установка для получения товарного слитка сплава, которая содержит вакуумную плавильную камеру с электронными пушками, устройство подачи кусковой шихты в зону плавки, промежуточную емкость, изложницу для формирования слитка-полупродукта, установленную между устройством подачи кусковой шихты в зону плавки и промежуточной емкостью, и кристаллизатор, изложница снабжена подвижными толкателями, ход перемещения которых вверх -вниз больше глубины изложницы, над изложницей установлен подвижный рольганг для размещения слитка-полупродукта с возможностью его перемещения в сторону промежуточной емкости /Патент Украины на полезную модель №568, МПК 6 С 22 В 9/22, Опубл. 15.09.2000, Бюл. №4, 2000/.
Недостаток описанной установки состоит в неоптимальных геометрических параметрах изложницы, что, в силу теплофизических условий охлаждения получаемого слитка-полупродукта, приводит к его неравномерному охлаждению от периферии к центру, по длине, высоте и ширине после выплавки и, как правило, к появлению зон неравномерного нагрева в слитке-полупродукте при последующей его плавке в промежуточную емкость. Это, в свою очередь, приводит к химической неоднородности выплавляемого слитка.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такой установки, которая позволила бы повысить качество металла получаемого слитка путем оптимизации геометрических параметров изложницы.
Поставленная задача решается в предлагаемой установке, которая, как и известная установка для получения товарного слитка сплава, содержит вакуумную плавильную камеру с электронными пушками, устройство подачи кусковой шихты в зону плавки, промежуточную емкость, изложницу для формирования слитка-полупродукта, установленную между устройством подачи кусковой шихты в зону плавки и промежуточной емкостью, и кристаллизатор, изложница снабжена подвижными толкателями, ход перемещения которых вверх-вниз больше глубины изложницы, над
изложницей установлен подвижный рольганг для размещения слитка-полупродукта с возможностью его перемещения в сторону промежуточной емкости, а, в соответствии с предложением, соотношение длины изложницы L, к ее ширине Ник глубине Т определено условием: L:Н:Т=1,0:(0,40...0,45):(0,15...0,20).
Авторами на основании исследования теплофизических особенностей затвердевания и охлаждения плоских слитков экспериментально установлено предлагаемое соотношение. Так, при соотношении геометрических размеров изложницы для выплавки слитка-полупродукта L:Н:Т=1,0:(меньше 0,40 и больше 0,45):(меньше 0,15 и более 0,20) в слитке возникают неоптимальные (квазиравномерные) условия охлаждения. Так периферийные зоны слитка-полупродукта охлаждаются более интенсивно, что приводит к возникновению при последующем переплаве к различию скоростей протекания ликвационных процессов при формировании слитка, что сопровождается химической неоднородностью получаемого слитка по сечению и длине. Поэтому оптимальным является условие, при котором: L:Н:Т=1,0:(0,40...0,45):(0,15...0,20).
В предлагаемой установке для получения товарного слитка сплава изложница, в которой формируют слиток-полупродукт, установлена между устройством подачи кусковой шихты в зону плавки и промежуточной емкостью. Изложница снабжена подвижными толкателями, ход перемещения которых вверх-вниз больше глубины изложницы, а над изложницей установлен подвижный рольганг для размещения слитка-полупродукта и его перемещения в сторону промежуточной емкости и максимальный поперечный размер изложницы равен или меньше размера грани промежуточной емкости со стороны подачи слитка-полупродукта. Это позволяет за одно вакуумирование плавильной камеры сформировать слиток-полупродукт, затем с помощью подвижных толкателей поднять его на высоту большую чем глубина изложницы, выдвинуть подвижный рольганг, опустить слиток-полупродукт на рольганг и осуществить переплав слитка-полупродукта в промежуточную емкость, причем что бы металл с оплавляемого торца слитка-полупродукта стекал в промежуточную емкость, а не за ее пределы максимальный поперечный размер изложницы равен или меньше размера грани промежуточной емкости со стороны подачи слитка-полупродукта.
Таким образом, совокупность конструктивных особенностей предлагаемой установки обеспечивает получение слитков сплава с высокими сквозными технико-экономическими
показателями технологического процесса (выход годного металла, удельный расход электроэнергии, производительность).
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 схематически показаны конструкция и работа предлагаемой установки для получения товарного слитка сплава. Соответственно, на фиг.1 показана установка в позиции формирования слитка-полупродукта. на фиг.2 - в позиции переплава слитка-полупродукта в промежуточную емкость с вытягиванием товарного слитка из кристаллизатора, на фиг.3 - сечение А-А фиг.2. Стрелками указаны направления перемещения отдельных элементов установки.
Предлагаемая установка содержит бункер 1, предназначенный для загрузки в него шихтовых материалов - предварительно смешанных в смесителе: титановой губки, листовой обрези, кусковых отходов от кованных или прессованных изделий, лигатур и легирующих компонент (не показано). Количество титановой губки, отходов, лигатур и легирующих компонент вводят с учетом их потерь при испарении после двойного электронно-лучевого переплава и получения сплава заданного химического состава и массы слитка. После загрузки бункера 1 шихтовыми материалами плавильную камеру 2 вакуумируют. При достижении рабочего давления в плавильной камере 2 включают цепи питания и управления электронных пушек 3, 4 и шихту из бункера 1 подают с заданной скоростью в изложницу 5, Соотношение длины L изложницы 5, к ее ширине Н и к глубине Т по выплавляемому слитку-полупродукту определено условием: L:Н:Т=1,0:0,40:0,20. Это обеспечивает при последующем переплаве слитка-полупродукта отекание жидкого металла в промежуточную емкость, а не за ее пределы (фиг.1, 3), а также снижение уровня ликвационных явлений за счет равномерного охлаждения слитка. Под действием электронных лучей пушек 3, 4 шихта расплавляется, при этом осуществляет обогрев зеркала металла в изложнице по всему поперечному сечению. Это обеспечивает формирование слитка-полупродукта 6 наращиванием слоев с равномерным распределением легирующих компонент и примесей только в горизонтальных плоскостях, т.е. по длине и ширине слитка-полупродукта 6, а в вертикальных плоскостях. т.е. по высоте слитка-полупродукта 6 - химический состав неоднороден. За процессом плавки шихты в изложнице 5 ведут наблюдение с помощью телевизионной смотровой системы 7. При полном сплавлении исходной шихты и получении слитка-полупродукта 6 заданной массы выключают цепи питания и управления электронными пушками 3, 4, слиток-полупродукт охлаждают до уровня температуры не менее 75% уровня
температуры линии солидуса сплава, затем с помощью штока 8 и толкателей 9, 10, ход перемещения которых вверх-вниз больше глубины изложницы 5, слиток-полупродукт 6 поднимают вверх до заданного уровня. С помощью штока 11 механизма горизонтального перемещения (на фиг.1, 2 не показан) под слиток-полупродукт 6 над изложницей 5 вводят рольганг 12 таким образом, чтобы наконечник 13 рольганга 12 вошел в ловитель 14 (фиг.2). Путем перемещения штока 8 с толкателями 9, 10 вниз опускают слиток-полупродукт 6 на рольганг 12. Включают цепи питания и управления электронными пушками 15, 16. Слиток-полупродукт 6 штоком 17 механизма горизонтальной подачи (на фиг.1, 2 не показан) подают в зону плавки над промежуточной емкостью 18, где под воздействием электронного луча пушки 15 оплавляют торец слитка-полупродукта 6 и жидкий металл стекает в промежуточную емкость 18. После заполнения промежуточной емкости 18 жидким металлом последний самотеком сливается в кристаллизатор 19 на поддон 20. Выключают электронную пушку 16 для обогрева ванны жидкого металла в кристаллизаторе 19. После начала слива металла из промежуточной емкости 18 в кристаллизатор 19 в зависимости от марки сплава устанавливают необходимую линейную скорость перемещения слитка-полупродукта в зону действия электронного луча пушки 15, мощность нагрева зеркала металла в промежуточной емкости 18 и жидкой ванны металла в кристаллизаторе 19. При плавке с заданными скоротью и мощностью электронного нагрева оплавляемого торца слитка-полупродукта 6 и зеркала металла в промежуточной емкости 18 металл дополнительно рафинируется и усредняется его химический состав за счет того, что сплавление слитка-полупродукта осуществляют в плоскости с неоднородным химическим составом по его высоте, причем тяжелые неметаллические включения в процессе плавки задерживаются барьером 21 промежуточной емкости 18. Это обеспечивает получение товарного слитка со стабильным однородным химическим составом как по его сечению, так и по его длине. За процессом переплава слитка-полупродукта 6 ведут наблюдение с помощью телевизионной смотровой системы 22. По мере сплавления слитка-полупродукта 6 в кристаллизаторе 19 формируют товарный слиток 23 до завершения технологического процесса. Выключают цепи питания и управления пушки 15. Затем в слитке 23 выводят усадочную раковину по заданной программе обогрева электронным лучом пушки 16 и с помощью штока 24 механизма вытягивания товарного слитка 23 (на фиг.2 не показан) опускают его в камеру 25а слитка, закрывают шлюзовой затвор 26 камеры 25а слитка, развакуумируют плавильную камеру 2, опускают и откатывают камеру 25а слитка вместе
со шлюзовым затвором 26 в позицию охлаждения и выгрузки товарного слитка 23 (фиг.3). Осуществляют чистку плавильной камеры 2, промежуточной емкости 18 и кристаллизатора 19, загружают бункер 1 новой порцией подготовленной шихты. подкатывают камеру 256 слитка со шлюзовым затвором (на фиг.3 не показан) и пристыковывают ее к плавильной камере 2. Установку вакуумируют и технологический процесс получения товарного слитка сплава повторяют. Выгрузку полученного товарного слитка 23 осуществляют после его охлаждения в среде гелия в камере 25а слитка требуемое время
Предлагаемая установка работает так Осуществляли получение химически однородного состава товарного слитка сплава титана Ti-6Al-4V В качестве шихты для получения слитка-полупродукта использовали листовую обрезь и кусковые отходы сплава Ti-6Al-4V, ванадий - алюминиевую лигатуру ВнАл-1D (ТУ 48-4-505-88), алюминий марки А-99 (ГОСТ 11069-74) и титановую губку марки ТГ-100 (ГОСТ 17746-79). Перед плавками листовую обрезь, кусковые отходы сплава Ti-6Al-4V и алюминий предварительно измельчали до размера фракций титановой губки и лигатуры и все компоненты шихты смешивали в смесителе для получения однородной партии на выплавку одного товарного слитка. При этом количество загружаемых отходов не превышало 20...30% массы шихты для выплавки слитка-полупродукта Масса исходной шихты в среднем составляла 460...480 кг, масса слитков-полупродуктов - 420...440 кг, а масса товарных слитков - 410...430 кг. Получение товарных слитков осуществляли с использованием изложницы 5, геометрические размеры которой удовлетворяли соотношению: L:Н:Т=1,0:0,40:0,20 и прямоугольного кристаллизатора сечением (0,405×0,205) кв.м.
В описанной установке было выплавлено свыше 25 товарных слитков сплава Ti-6Al-4V Экспериментальные данные по производству слитков сплава Ti-6Al-4V в предлагаемой устнавке подтверждают решение поставленной задачи при полном удовлетворении полученного материала требованиям ГОСТ 19807-91 на сплав ВТ6 и ASTM B348-83 Crade 5 по содержаниию основных примесей и равномерному распределению в слитке легирующих элементов.