ПОЛИФРАГМЕНТНЫЙ РАСХОДУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Полезная модель относится к области специальной электрометаллургии, в частности к электрошлаковому переплаву (ЭШП) заготовок из сталей и сплавов. Например, входящих в категорию не применяемых в сварных конструкциях, т.е. которые не могут быть соединены в полифрагментный электрод ЭШП (электрод, состоящий из двух нескольких фрагментов (частей)) способом электросварки. Полезная модель относится к конструкции расходуемого электрода для ЭШП.
Из предшествующего уровня техники известен расходуемый электрод ЭШП, который соединяется из фрагментов (частей) - бочек отработавших эксплуатационный ресурс роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), путем приварки бочек друг к другу способом электросварки (Вдовин К.Н., Подосян А.А., Бердников А.С., Способы повышения стойкости роликов МНЛЗ, журнал Сталь №5, 2010, с. 112-114).
Недостатком данного способа формирования электрода является невозможность обеспечения соединения в электрод фрагментов (частей) из сталей и сплавов, которые относятся к категории не применяемых в сварных конструкциях. Также существенным недостатком является то, что соединенные в электрод фрагменты (части) имеют сплошное поперечное сечение и соединяются по периметру способом электросварки, в дальнейшем при ЭШП в месте соединения фрагментов (частей), после сплавления кольцевого соединительного сварочного шва, из за выпуклой формы сплавляемого конца электрода происходит падение в электрошлаковую ванну центрального куска металла от нижнего фрагмента (части) электрода, который перестает удерживаться сварочным швом, из за чего нарушается структура металла, образуются дефекты в виде раковин, пор, нарушается структура конечного слитка.
Также известен расходуемый электрод ЭШП, который наращивается в процессе электрошлакового переплава непосредственно на печи ЭШП (Осаму Мадондо, Метод подготовки и соединения электродов для электрошлакового переплава, Материалы III международного симпозиума по технологии ЭШП, под ред. Б.И. Медовара, Киев: «Наукова думка», 1973, с. 60-65).
Недостатком данного способа формирования электрода являются:
- невозможность обеспечения соединения в электрод фрагментов (частей) из сталей и сплавов, которые относятся к категории не применяемых в сварных конструкциях;
- необходимость наличия специального механизма непрерывной подачи отдельных фрагментов (частей), осуществления электросварки непосредственно в рабочей зоне;
- сложность изготовления массивных фрагментов (частей);
- необходимость механической обработки торцевых поверхностей фрагментов (частей).
Наиболее близким аналогом является способ получения расходуемого электрода для электрошлакового переплава, путем соединения электросваркой слитка и инвентарной головки. Конструкция характеризуется прочным сварным швом между слитком и инвентарной головкой, который представляет собой сплошное соединение, выполненное путем «вмораживания» инвентарной головки в тело электрода, после чего образуется монолитное соединение со швом сплошного сечения. Сущность изобретения - в наличии сварного шва между слитком и инвентарной головкой с электропроводностью периферийной части на 3-5 порядков меньше электропроводности металла инвентарной головки. (Патент РФ №2086688, C22B 19/18).
Недостатком данного способа получения расходуемого электрода являются:
- возникающие в процессе «вмораживания» напряжения;
- возможность не сплавления инвентарной головки с электродом;
- образование неконтролируемых усадочных дефектов в местах соединения слитка и инвентарной головки, связанных с отключением токового режима и прекращением поддержки должного температурного градиента в ванне;
- необходимость дорогостоящей термической обработки.
Задачами, на решение которых направлена заявленная полезная модель, является возможность изготовления составных полифрагментных электродов, из сталей и сплавов, относящихся к категории не применяемых в сварных конструкциях, предотвращение образования в получаемых слитках ЭШП дефектов, связанных с падением в ванну центрального куска металла от нижнего фрагмента (части), термических напряжений, исключение термической обработки электрода.
Техническая задача - сборка полифрагментных электродов из сталей и сплавов, относящихся к категории не применяемых в сварных конструкциях, исключение образования дефектов в конечном слитке, исключение термической обработки, и затрат на нее, обеспечение надежного соединения фрагментов (частей).
Техническая задача достигается тем, что фрагменты (части) электрода ЭШП из отработавших свой жизненный цикл валков (роликов) различных производств, из сталей и сплавов, относящихся к категории не применяемых в сварных конструкциях, например типа 9Х2МФ, 8Х2СГФ, 9X2, 6ХВ2С и других, соединяются посредством особого сборного механического кольцевого крепления из двух частей, каждая из которых крепится к верхнему или нижнему торцу своего фрагмента (части). Кольцевое крепление, изготавливается из тех же сталей и сплавов, что и фрагменты (части) электрода.
Часть кольцевого крепления, которая фиксируется на торце нижнего и верхнего электрода, соединяется с ним через резьбовые отверстия, выполненные на торце фрагмента (части) по окружности с радиусом меньшим радиуса или наименьшим линейного размера сечения фрагмента (части) на величину не менее 3 диаметров резьбы, болтами с суммарной площадью общего сечения, гарантирующего удержание массы фрагмента, но не менее 0,002 F электрода (F электрода - площадь сечения электрода для обеспечения необходимого токового контакта). Длина резьбы на болтах, должна быть больше длины резьбы в отверстии на 5-7 мм. Болты должны быть изготовлены из такой же стали или сплава, как и сами фрагменты (части) электрода ЭШП. Часть кольцевого крепления, которая присоединяется к нижнему электроду, внутри выполнена особым образом - в форме полого эллиптического параболоида, имитирующего профиль концевой части электрода, образующейся в процессе электрошлакового переплава, с вершиной направленной в сторону шлаковой ванны, что позволяет предотвратить падение центрального куска нижнего крепления в шлаковую ванну после сплавления соединительных болтов между верхней и нижней частью крепления фрагментов (частей) и исключить возможность образования дефекта в конечном слитке.
Тела каждого из болтов имеют специальную фигурную параболическую или усеченную коническую часть, определенной длины и угла, зависящей от шлаковой ванны, с вершиной параболы или конуса направленной вертикально к инвентарной головке, с целью удержания от падения куска от части крепления к верхнему фрагменту (части). По мере сплавления фигурная часть болтов будет постоянно удерживать от падения кусок от верхнего крепления. В дополнение к болтам, в верхней части верхнего крепления выполнена полость, в определенной форме полого эллиптического параболоида, что также позволяет предотвратить падение куска нижнего крепления, в шлаковую ванну, и исключить возможность образования дефекта в конечном слитке.
Верхний и нижний фрагменты (части), после установки на них соответствующих частей кольцевого крепления, соединяются друг с другом, с применением болтового соединения в единый полифрагментный электрод, который в свою очередь стыкуется с инвентарной головкой, через специальный разъемный фиксирующий зажим, без использования электросварки.
На фиг. 1 изображен полифрагментный электрод ЭШП собранный из фрагментов (частей) отработавших жизненный цикл валков (роликов) различных производств, которые изготовлены из сталей и сплавов входящих в категорию не применяемых в сварных конструкциях.
Полифрагментный электрод ЭШП 1 представляет из себя сборную конструкцию из фрагментов (частей) состоящих из сталей и сплавов, входящих в категорию не применяемых в сварных конструкциях, в частности, отработавших жизненный цикл валков (роликов) различных производств 2, соединенных друг с другом специальным кольцевым креплением 3 (фиг. 2), далее сборный электрод крепится через специальное крепление 4, которое состоит из двух симметричных половин, которые стягиваются болтами и защемляют между собой часть электрода (шейку валка, ролика), одна из половин имеет в верхней части уступ, идентичный по виду и габаритам инвентарной головке 5 и приваривается к ней одним из способов электросварки.
На фиг. 2 изображено специальное кольцевое крепление двух или нескольких фрагментов (частей) расходуемого электрода для ЭШП.
Специальное кольцевое крепление 1 представляет собой сборную конструкцию состоящую из:
- верхней части 2, которая закрепляется на нижнем торце верхнего фрагмента (части) электрода 3 болтами 4 с фигурным телом в виде определенного параболоида, для постоянной поддержки по мере сплавления электрода, при подходе шлаковой ванны к месту соединения в верхней части крепления, и проточки полости параболической формы 5, для предотвращения падения центрального куска металла в шлаковую ванну;
- нижней части 6, которая фиксируется на верхнем торце нижнего фрагмента (части) 7 электрода, соединяясь с ним, через резьбовые отверстия 8, выполненные на торце фрагмента, по окружности с радиусом меньшим радиуса или наименьшего линейного размера сечения фрагмента на величину не менее 3 диаметров резьбы, болтами 9 с суммарной площадью общего сечения, гарантирующего удержание массы фрагмента, но не менее 0,002 F электрода (F электрода - площадь сечения электрода, для обеспечения необходимого токового контакта). Длина резьбы на болтах, должна быть больше чем в отверстии на 5-7 мм. Внутри, часть кольцевого крепления, которая присоединяется к нижнему электроду, выполнена особым образом - фигурной, в определенной форме пологого эллиптического параболоида, имитирующего профиль концевой части электрода, что позволяет предотвратить падение центрального куска нижнего крепления в шлаковую ванну, после сплавления соединительных болтов 10 между верхней и нижней частью специального кольцевого крепления фрагментов (частей) И исключить возможность образования дефекта в конечном слитке.
Использование данной полезной модели позволит изготавливать составные полифрагментные электроды для электрошлакового переплава, из сталей и сплавов, относящихся к категории не применяемых в сварных конструкциях, предотвращать образования в получаемых слитках ЭШП дефектов, исключить термические напряжения и необходимость термической обработки электрода.
Патентуемый полифрагментный расходуемый электрод рекомендуется применять для электрошлакового переплава (ЭШП) заготовок из различных сталей и сплавов, входящих в категорию не применяемых в сварных конструкциях.