RU2286398C2 - Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode - Google Patents
Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286398C2 RU2286398C2 RU2002105685/02A RU2002105685A RU2286398C2 RU 2286398 C2 RU2286398 C2 RU 2286398C2 RU 2002105685/02 A RU2002105685/02 A RU 2002105685/02A RU 2002105685 A RU2002105685 A RU 2002105685A RU 2286398 C2 RU2286398 C2 RU 2286398C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- consumable electrode
- melting
- electrode
- melted
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные.The present invention relates to the field of foundry and can be used for casting any metals, including refractory and chemically active.
В качестве аналога предлагаемого изобретения принята заявка RU 98105924 [1], где получение расплава производится в проплавляемой заготовке с последующим воздействием на него повышенного давления для перемещения его в штамп, находящийся на некотором расстоянии ниже заготовки, при этом штамп перемещают навстречу падающему расплаву до соударения с заготовкой. Данный аналог позволяет обрабатывать любые металлы, включая тугоплавкие и химически активные.As an analogue of the present invention, application RU 98105924 [1] was adopted, where the melt is produced in a melted billet with subsequent exposure to increased pressure to move it into a stamp located at a certain distance below the workpiece, while the stamp is moved towards the falling melt until it collides with harvesting. This analogue allows you to process any metals, including refractory and chemically active.
Наиболее близким техническим решением - прототипом - является способ гарнисажной плавки металла (гарнисаж - расходуемый электрод) в промежуточной емкости с отливкой слитков, при котором происходит хорошее усреднение расплава, его очистка от легких и тяжелых примесей, а при литье образуется бездефектная кристаллическая структура. Способ включает приготовление расплава в отдельной промежуточной емкости с последующим его переливанием и кристаллизацией в изложнице или кристаллизаторе [2] (стр.226-230).The closest technical solution - the prototype - is a method of skull melting of metal (skull - consumable electrode) in an intermediate tank with ingot casting, in which the melt is averaged well, it is cleaned of light and heavy impurities, and a defect-free crystal structure is formed during casting. The method includes the preparation of the melt in a separate intermediate tank with its subsequent transfusion and crystallization in the mold or mold [2] (p. 226-230).
Методы плавки в промежуточной емкости с отливкой слитков обеспечивают высокую плотность слитков, однородный химический состав и достаточно однородную кристаллическую структуру. Данный способ нашел применение для изготовления круглых и плоских слитков небольшого сечения [2].Melting methods in an intermediate tank with casting of ingots provide a high density of ingots, a uniform chemical composition and a fairly uniform crystalline structure. This method has found application for the manufacture of round and flat ingots of small cross section [2].
Использование проплавляемой заготовки в качестве промежуточной емкости позволяет увеличить объем обогрева ванны расплава за счет снижения теплового воздействия с донной части. Вертикальное расположение нагревателя, емкости и кристаллизатора резко снижает габариты печи и время на перемещение расплава в кристаллизатор. При этом происходит хорошее удаление летучих и газовых примесей из расплава, интенсивное перемешивание и усреднение состава. Использование гарнисажа в качестве расходуемого электрода позволяет снижать затраты при вовлечении отходов производства при получении готовой продукции.The use of the fused billet as an intermediate tank allows to increase the heating volume of the molten bath by reducing the thermal effect from the bottom. The vertical arrangement of the heater, tank and mold sharply reduces the dimensions of the furnace and the time it takes to move the melt into the mold. In this case, a good removal of volatile and gaseous impurities from the melt occurs, intensive mixing and averaging of the composition. The use of the skull as a consumable electrode allows to reduce costs when involving production wastes upon receipt of the finished product.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей за счет снижения энергозатрат, сокращения производственного цикла, увеличения вовлекаемых оборотных отходов при плавлении, уменьшения габаритов производственного участка и оборудования.The aim of the invention is to increase the efficiency of use and expand technical capabilities by reducing energy consumption, shortening the production cycle, increasing the involved recyclable waste during melting, reducing the size of the production site and equipment.
Поставленная цель достигается тем, что известный способ литья металла с использованием гарнисажа в качестве расходуемого электрода, с набором ванны расплава в проплавляемой заготовке и дальнейшем сливе его в штамп, расположенный ниже заготовки, отличается тем, что проплавляемая заготовка образуется при сплавлении расходуемого электрода и загружаемой шихты на охлаждаемом поддоне, после того как сформировался донный гарнисаж определенной толщины, способный удерживать ванну расплава, поддон убирается и дальше процесс плавления регулируется с помощью бесконтактных датчиков слежения таким образом, чтобы образованный расплав сливался в штамп, а оставшийся электрод доплавляется к моменту выведения усадочной раковины из слитка, при этом оставшейся твердой части заготовки должно хватать на изготовление последующего электрода. Во время проплавления, слива и кристаллизации расплава на него кроме сил тяжести могут накладываться механические и электромагнитные колебания, а также газовое давление. Расходуемый электрод для плавления изготовляется из оставшейся части заготовки, которая разрезается на сектора, а затем данные части свариваются между собой, образуя форму стержня, при сварке к секторам может добавляться шихта.This goal is achieved by the fact that the known method of casting metal using a skull as a consumable electrode, with a set of molten bath in the melted workpiece and its further discharge into a stamp located below the workpiece, is characterized in that the melted workpiece is formed when the consumable electrode and the charge are fused. on a cooled tray, after a bottom skull is formed of a certain thickness, capable of holding the molten bath, the tray is removed and further the melting process is regulated It is made using non-contact tracking sensors so that the formed melt merges into the stamp, and the remaining electrode is melted by the time the shrink shell is removed from the ingot, while the remaining solid part of the billet should be sufficient for the manufacture of the subsequent electrode. During penetration, discharge and crystallization of the melt, in addition to gravity, mechanical and electromagnetic vibrations, as well as gas pressure, can be imposed on it. The consumable electrode for melting is made from the remaining part of the billet, which is cut into sectors, and then these parts are welded together, forming a rod shape, a charge can be added to the sectors during welding.
Предложенный способ реализует установка, представленная на фиг.1. Установка включает камеру плавления 1, в которой размещен охлаждаемый и перемещаемый поддон 7 (поддон может открываться не только отодвигаясь в сторону, но и вниз по типу открытия люка (фиг.2а) или по типу отвода цилиндра (фиг.2б)), на который загружается определенная порция шихты 11, при нагревании которой за счет электродуги 4, образующейся на расходуемом электроде 2 и управляемой соленоидом 12, происходит плавление расплава 5, заполняющего пространство на охлаждаемом поддоне 7 и охлаждаемом корпусе 1. При этом формируется гарнисаж 6 в виде цилиндра, в котором набирается определенная ванна расплава 5. После того как расплавлена шихта 11, сплавлена определенная длина расходуемого электрода 2 и образован определенный гарнисаж 6, способный удерживать расплав 5, охлаждаемый поддон 7 убирается в сторону. Тем самым освобождая от теплового воздействия нижнюю часть гарнисажа 6, которая достигла определенной толщины h и освобождая пространство для наблюдения за процессом выплавки определенного объема ванны расплава для бесконтактного датчика 8, по которому ведут корректировку режима плавления. Для более полного контроля за процессом датчиков может быть установлено несколько, для наблюдения сверху за расплавом и для наблюдения различных точек снизу диска и под диском. Определив датчиком 8 толщину h на гарнисаже 6, начинают вести регулирование процесса плавления, за счет изменения силового тока на дуге 4 расходуемого электрода 2, расстояния на дуговом промежутке 4 и за счет магнитного поля соленоида 12, причем регулируют выплавку ванны расплава 5 так, чтобы в момент проплавления донного гарнисажа 6 расходуемый электрод 2 был практически сплавлен, но при сливе расплава 5 в штамп 9 остатка электрода 2 должно хватить для того, чтобы вывести образующуюся центральную полость при усадке в изделии.The proposed method implements the installation shown in figure 1. The installation includes a melting chamber 1, in which a cooled and movable pallet 7 is placed (the pallet can be opened not only moving to the side, but also downwards according to the opening of the hatch (Fig. 2a) or by the type of cylinder outlet (Fig. 2b)), onto which a certain portion of the charge 11 is loaded, upon heating of which due to the electric arc 4 generated on the
Для того чтобы происходило качественное рафинирование металла полость корпуса установки 1 вакуумируется через патрубок 3, а ванна расплава 5 перемешивается за счет электромагнитного поля соленоида 12, тем самым, вмораживая тяжелые включения в периферийную часть гарнисажа 6. Тугоплавкие и нерастворимые включения, сами по себе при более интенсивной их тепловой обработке, не являются опасными, так как их критический объем уменьшается и они переходят в разряд центров кристаллизации, положительно влияющих на измельчение структуры изделия. Поэтому в предлагаемом способе, попадая в периферийную часть гарнисажа, данные включения затем переходят в расходуемый электрод и дополнительно обрабатываются теплом дуги. При этом, если их критический размер, остается еще достаточно высоким, то под действием центробежных сил они снова будут вмораживаться в периферийную часть гарнисажа и процесс будет повторяться до тех пор, пока данные частицы не примут приемлемый размер. Тем самым, процесс является саморегулирующим, то есть несмотря на донный слив расплава позволяет освобождаться от вредных включений, имеющих критическую массу и объем. После окончания процесса плавления масса оставшегося гарнисажа 6 в заготовке должна быть достаточной, чтобы из нее приготовить расходуемый электрод 2, используемый при последующем плавлении.In order for high-quality metal refining, the cavity of the installation 1 body is evacuated through the pipe 3, and the
В момент слива расплава 5 в штамп 9 на расплав может подаваться газовое давление через патрубок 3, а на штамп 9 и заготовку 6 может воздействовать низкочастотная вибрация и ультразвук, тем самым позволяя получать изделия повышенной плотности, сложной формы без усадочных раковин и рыхлот металла. Для увеличения теплового воздействия от дуги 4 на расплав металла 5 штамп 9, за счет подъемного стола 10, может быть поджат к заготовке 6 после того, как основная масса расплава 5 стекла из заготовки 6, дуга 4 может еще работать некоторое время, при этом расплав 5 будет дополнительно собран за счет открывшегося гарнисажа 6 и перемещен в штамп 9. Тем самым увеличивается КПД использования металла в изделии.At the time of
Так, например, в классическом способе ГРЭ [2] при сплавлении расходуемого электрода из гарнисажа в расплав переходит в среднем только 25% от всего использованного металла. В предлагаемом изобретении КПД использования можно довести до 50%, так как за счет убираемого поддона на ванну расплава снижается тепловая нагрузка, способствующая замораживанию гарнисажа. Кроме того, в отличие от прототипа данный способ позволяет дополнительно сплавлять гарнисаж за счет того, что последний открывается при сливе расплава в штамп, и за счет более высокой жидкотекучести, образующейся из расплава при наложении на него механических и электромагнитных колебаний. Скорость потока расплава в данном способе может быть увеличена за счет наложения на движущийся расплав газового давления, одновременно способствующего уплотнению металла в форме и ликвидации пористости. После того как процесс плавления и заливки завершен, из установки удаляют полученное изделие и оставшийся дискообразный гарнисаж. Для того чтобы получить из него новый расходуемый электрод, последний, например, можно разрезать на четыре секторные части (фиг.3), которые в дальнейшем свариваются между собой, накладываясь друг на друга, и привариваются к держателю. Тем самым, появляется возможность получить расходуемый электрод, по форме близко напоминающий обычный цилиндр, что позволяет его располагать компактно в камере плавления и в дальнейшем более надежно регулировать процесс плавления. Для изготовления электрода может использоваться эта же установка, при этом в момент сплавления секторов их объем можно увеличивать за счет добавления шихты в специальные кристаллизаторы (фиг.4). При этом образуется электрод более правильной цилиндрической формы и КПД вовлечения оборотных отходов увеличивается. В отличие от способа ГРЭ [2], где расходуемый электрод имеет далеко не совершенную форму и где используется тигель с последующим наклоном для заливки формы, предлагаемое изобретение позволяет резко упростить процесс управления плавкой, при этом снизить габариты внутреннего объема установки минимум на порядок.So, for example, in the classical method of HRE [2], when fusing the consumable electrode from the skull to the melt, on average only 25% of the total metal is transferred. In the present invention, the efficiency of use can be brought up to 50%, since due to the removable tray on the melt bath, the thermal load is reduced, which contributes to the freezing of the skull. In addition, unlike the prototype, this method allows you to additionally fuse the skull due to the fact that the latter opens when the melt is drained into the stamp, and due to the higher fluidity generated from the melt when mechanical and electromagnetic vibrations are applied to it. The melt flow rate in this method can be increased by applying gas pressure to the moving melt, which simultaneously contributes to the compaction of the metal in the mold and the elimination of porosity. After the melting and pouring process is completed, the resulting product and the remaining disk-shaped skull are removed from the installation. In order to obtain a new consumable electrode from it, the latter, for example, can be cut into four sector parts (Fig. 3), which are then welded together, overlapping each other, and welded to the holder. Thus, it becomes possible to obtain a consumable electrode that closely resembles a conventional cylinder in shape, which allows it to be compactly located in the melting chamber and, in the future, more reliably regulate the melting process. For the manufacture of the electrode, the same setup can be used, and at the moment of fusion of the sectors, their volume can be increased by adding a charge to special crystallizers (Fig. 4). In this case, an electrode of a more regular cylindrical shape is formed and the efficiency of the involvement of circulating waste increases. In contrast to the GRE method [2], where the consumable electrode has a far from perfect shape and where a crucible with a subsequent slope is used to fill the mold, the proposed invention can dramatically simplify the process of melting control, while reducing the dimensions of the internal volume of the installation by at least an order of magnitude.
В отличие от аналога, предлагаемый способ энергетически более экономичен, так как в нем за один переход образуется проплавляемая заготовка и без потерь энергии на охлаждение и затем новый нагрев, она же проплавляется оставшейся частью расходуемого электрода. Данный момент особенно важен при получении слитков и полуфабрикатов особо крупных размеров. Так, например, принимаем выход годного при использовании способа ГРЭ - 25% от объема расходуемого электрода и загружаемой шихты в тигель, следовательно, чтобы полностью по данной схеме переплавить 100%, необходимо провести четыре плавки. Если принять, что расходуемый электрод и загружаемая шихта составляют 1000 кг, то при расходе электроэнергии на титан 2 кВт/кг, последней понадобится Эп для переплавки 1 т следующее количество:Unlike the analogue, the proposed method is energetically more economical, since in it, a meltable billet is formed in one transition and without loss of energy for cooling and then new heating, it is also fused with the rest of the consumable electrode. This moment is especially important when receiving ingots and semi-finished products of especially large sizes. So, for example, we take the yield that is suitable when using the GRE method - 25% of the volume of the consumable electrode and the charge being loaded into the crucible, therefore, in order to completely melt 100% according to this scheme, it is necessary to conduct four melts. If we assume that the consumable electrode and the charge being charged are 1000 kg, then at the electric power consumption for titanium of 2 kW / kg, the latter will need E p for remelting 1 ton the following amount:
1. Расходуемый электрод при этом составит 750 кг.1. The consumable electrode will be 750 kg.
Эп=(750 кг·2 кВт/кг)·4=6000 кВт.E p = (750 kg · 2 kW / kg) · 4 = 6000 kW.
2. Стоимость 1 кВт составляет 0,04 $ (США), следовательно, затраты на электроэнергию составят:2. The cost of 1 kW is $ 0.04 (USA), therefore, the cost of electricity will be:
Sэ=6000 кВт·0,04 $/кВт=240,0 $.S e = 6000 kW · 0.04 $ / kW = $ 240.0.
При использовании предлагаемого изобретения выход годного в среднем достигает - 50% от объема расходуемого электрода и загружаемой шихты в тигель, следовательно, чтобы полностью по данной схеме переплавить 100%, необходимо произвести два переплава. Поэтому на 1 т от объема потребуется электроэнергии:When using the invention, the yield on average reaches - 50% of the volume of the consumable electrode and the charge being loaded into the crucible, therefore, in order to completely melt 100% according to this scheme, it is necessary to make two re-melts. Therefore, 1 ton of volume will require electricity:
Эп=(500 кг·2 кВт/кг)·2=2000 кВт.E p = (500 kg · 2 kW / kg) · 2 = 2000 kW.
Sэ=2000 кВт·0,04 $/кВт=80,0 $.S e = 2000 kW · $ 0.04 / kW = $ 80.0.
Затраты на электроэнергию снижаются ровно в три раза.Electricity costs are reduced exactly three times.
В связи с этим предлагаемое изобретение может считаться полезным и эффективным для применения в производстве, снижая себестоимость оборудования и производимой продукции, при этом позволяя получать не только полуфабрикаты, но и изделия повышенной сложности с высоким качеством структуры металла.In this regard, the present invention can be considered useful and effective for use in production, reducing the cost of equipment and manufactured products, while allowing to obtain not only semi-finished products, but also products of high complexity with high quality metal structure.
В отличие от аналога, предлагаемое изобретение обеспечивает:Unlike the analogue, the present invention provides:
- получение изделий особосложной формы высокого качества;- obtaining products of particularly complex shape of high quality;
- компактность устройства и высокую экономию электроэнергии;- compact device and high energy savings;
- автоматическую организацию слива расплава из проплавляемой емкости в кристаллизаторы, формы и т.п.;- automatic organization of the discharge of the melt from the smelted tank into molds, molds, etc .;
- интенсивное охлаждение расплава при его кристаллизации и одновременном воздействии на него вибрационного и газового давления;- intensive cooling of the melt during its crystallization and the simultaneous action of vibration and gas pressure on it;
- надежную автоматизацию и управление процессом.- reliable automation and process control.
Поэтому предлагаемое изобретение целесообразно считать полезным для применения в промышленности, при получении сложных высококачественных изделий из титана, ниобия, циркония и т.п. металлов.Therefore, the present invention is expediently considered useful for industrial applications in the production of complex high-quality products from titanium, niobium, zirconium, etc. metals.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. RU 98105924 - Заявка на патент (опубликованная 20.12.99).1. RU 98105924 - Patent application (published on December 20, 1999).
2. Андреев А.Л. и др. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1994.2. Andreev A.L. and others. Melting and casting of titanium alloys. - M.: Metallurgy, 1994.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105685/02A RU2286398C2 (en) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105685/02A RU2286398C2 (en) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002105685A RU2002105685A (en) | 2003-09-27 |
| RU2286398C2 true RU2286398C2 (en) | 2006-10-27 |
Family
ID=37438788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002105685/02A RU2286398C2 (en) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2286398C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517066C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-05-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for production of high-quality metal |
-
2002
- 2002-03-04 RU RU2002105685/02A patent/RU2286398C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АНДРЕЕВ А.Л. и др. Плавка и литье титановых сплавов. М., Металлургия, 1994, с.226-230. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517066C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-05-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for production of high-quality metal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6561259B2 (en) | Method of melting titanium and other metals and alloys by plasma arc or electron beam | |
| RU2490350C2 (en) | METHOD FOR OBTAINING BASIC β-γ-TiAl-ALLOY | |
| US6368375B1 (en) | Processing of electroslag refined metal | |
| CN107385244B (en) | A kind of electron beam covers the method that induced coagulation technology High Purity prepares nickel base superalloy | |
| CN111940704A (en) | Method for smelting heterogeneous ingot in electric furnace | |
| JP3949208B2 (en) | Metal remelting method and apparatus used for manufacturing continuous casting | |
| JP2003522028A (en) | Method and apparatus for manufacturing metal castings | |
| RU2286398C2 (en) | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode | |
| RU2089633C1 (en) | Device for melting and casting of metals and alloys | |
| JP2018094628A (en) | Casting method of active metal | |
| JP6994392B2 (en) | Ingot made of an alloy containing titanium as the main component, and its manufacturing method | |
| CN109047685B (en) | Method for preparing steel ingot | |
| RU2360014C2 (en) | Vacuum arc-refining skull furnace | |
| EP2895812B1 (en) | System and method of melting raw materials | |
| RU2209841C2 (en) | Metal pouring method | |
| RU2338622C2 (en) | Method and device of disk bottom tapping of volkov's system | |
| RU2319752C2 (en) | Method for induction melting of metal and apparatus for performing the same | |
| CS209655B1 (en) | Method of making the metal hollow casting with the bottom | |
| RU2283205C2 (en) | Metal centrifugal casting process without turning off heat source | |
| RU2291209C2 (en) | Metals and alloys melting and casting method | |
| RU2612867C2 (en) | Method of melting highly reactive metals and alloys based thereon and device therefor | |
| RU2319578C1 (en) | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same | |
| JPS6247433A (en) | Manufacture of ingot from virgin material | |
| Boesch et al. | VADER-A New Melting and Casting Technology | |
| RU2191211C2 (en) | Method for metal melting and casting in rotating inclined vessel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100305 |