RU2716326C1 - Method of obtaining high-alloy heat resistant alloys on nickel base with titanium and aluminium content in narrow range - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to special metallurgy, specifically to methods of producing high-alloy heat-resistant nickel-based alloys with titanium and aluminium content within narrow limits. Proposed method comprises melting of heat-resistant alloy containing, in wt. %: primary charge - 30–40, standard process wastes - 20–30, secondary condition waste in form of passport charge blank is balance. Passport mixture charge is obtained using waste recycling. Casting of the electrode and subsequent refining is performed at melting rate 2.5 to 4.5 kg/min to produce ingots with diameter from 150 to 630 mm.

EFFECT: technical result is obtaining high-quality ingots of heat-resistant alloys with content of titanium and aluminium in narrow ranges with stable mechanical properties.

4 cl, 3 tbl, 1 dwg, 1 ex

Description

1. Область техники1. The technical field

Изобретение относится к области специальной металлургии, конкретно к способам производства высоколегированных жаропрочных сплавов на основе никеля с содержанием титана и алюминия в узких пределах, применяемых для изготовления деталей авиационной техники (лопаток газовых турбин, термообработанных и обточенных штамповок дисков, дефлекторов, лабиринтов), деталей энергомашиностроения и турбиностроения, колец цельнокатаных различного назначения. Способ включает выплавку жаропрочного сплава с применением паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия, полученной с использованием рекуперации отходов, разливку электрода, в подходящую для рафинирующего переплава форму, и последующий рафинирующий переплав со скоростью плавления от 2,5 до 4,5 кг/мин с получением слитков диаметром от 150 до 630 мм. Способ обеспечивает ресурсосбережение за счет рекуперации отходов, в том числе экономию дорогостоящих и дефицитных шихтовых материалов и дает возможность получать высококачественные слитки жаропрочных сплавов с содержанием титана и алюминия в узких пределах, что гарантирует стабильность механических свойств готовых изделий.The invention relates to the field of special metallurgy, and specifically to methods for the production of highly alloyed heat-resistant nickel-based alloys with titanium and aluminum contents within a narrow range used for the manufacture of aircraft parts (gas turbine blades, heat-treated and turned stampings of disks, baffles, labyrinths), and parts of power engineering and turbine engineering, solid-rolled rings for various purposes. The method includes smelting a heat-resistant alloy using a passport charge plate with a high content of titanium and aluminum obtained using waste recovery, casting the electrode into a mold suitable for refining, and subsequent refining with a melting rate of 2.5 to 4.5 kg / min to obtain ingots with a diameter of 150 to 630 mm The method provides resource-saving due to waste recovery, including saving expensive and scarce charge materials and makes it possible to obtain high-quality ingots of heat-resistant alloys with titanium and aluminum contents within narrow limits, which guarantees the stability of the mechanical properties of the finished products.

2. Предшествующий уровень техники2. The prior art

Известен «Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе» (Патент RU 2470081 (С22С 1/02, С22В 9/02), 2011), включающий подготовку шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных никелевых сплавов, и их последующий переплав в вакууме. Недостатком технического решения является отсутствие возможности корректировки состава при подготовке к основной выплавке.The well-known "Method for producing casting heat-resistant nickel-based alloys" (Patent RU 2470081 (С22С 1/02, С22В 9/02), 2011), including the preparation of charge materials containing waste heat-resistant nickel alloys, and their subsequent remelting in vacuum. The disadvantage of the technical solution is the inability to adjust the composition in preparation for the main smelting.

Известен «Способ получения жаропрочных никелевых сплавов путем переработки металлических отходов» (Патент RU 2398905 (С22С 19/03, С22 В 7/00), 2009), включающий загрузку металлических отходов, их расплавление и рафинирование в вакууме. Недостатком способа является невозможность обеспечения в металле, низких содержаний вредных примесей и неметаллических включений, а также ограничение по количеству и виду вводимых отходов.The well-known "Method for producing heat-resistant nickel alloys by processing metal waste" (Patent RU 2398905 (C22C 19/03, C22 B 7/00), 2009), including the loading of metal waste, their melting and refining in vacuum. The disadvantage of this method is the impossibility of providing in the metal low contents of harmful impurities and non-metallic inclusions, as well as a limitation on the amount and type of waste introduced.

Известен «Способ получения суперсплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами» (Патент RU 2572117 (С22С 19/03, С22С 1/02), 2014), включающий загрузку в плавильный тигель шихты в виде металлических отходов или смеси металлических отходов и легирующих металлов, введение в шихту рафинирующей добавки, расплавление шихты и разливку полученного расплава через фильтр. Недостаток способа заключается в том, что техническим решением не предусмотрена обработка отходов.The well-known "Method for producing superalloys based on nickel alloyed with rare-earth metals" (Patent RU 2572117 (С22С 19/03, С22С 1/02), 2014), comprising loading a charge into the melting crucible in the form of metal waste or a mixture of metal waste and alloying metals, introducing a refining additive into the mixture, melting the mixture, and pouring the obtained melt through a filter. The disadvantage of this method is that the technical solution does not provide for waste treatment.

Известен также, принятый заявителем за наиболее близкий аналог, «Способ получения высоколегированного жаропрочного сплава ХН62БМКТЮ на никелевой основе» (Патент RU 2672651 (С22С 1/02, С22 В 9/20), 2017). Способ включает очистку некондиционных отходов, восстановительную плавку отходов в дуговой печи постоянного тока с продувкой расплава кислородом, последующий рафинирующий вакуумный дуговой переплав, и использование полученных вторичных отходов при выплавке марочного металла.Also known, adopted by the applicant for the closest analogue, “A method for producing a high-alloy heat-resistant alloy KhN62BMKTY on a nickel basis” (Patent RU 2672651 (С22С 1/02, С22 В 9/20), 2017). The method includes cleaning substandard waste, reducing waste melting in a direct current arc furnace with melt blowing with oxygen, subsequent refining vacuum arc remelting, and using the resulting secondary waste in the smelting of grade metal.

К недостаткам способа можно отнести значительные трудозатраты, связанные с необходимостью получения вторичных активированных отходов, чистых по неметаллическим и шлаковым включениям, для обеспечения гарантированного химического состава.The disadvantages of the method include significant labor costs associated with the need to obtain secondary activated waste, pure non-metallic and slag inclusions, to ensure a guaranteed chemical composition.

3. Сущность изобретения3. The invention

3.1. Постановка технической задачи3.1. Statement of the technical problem

Обеспечение ресурсосбережения (экономии дорогостоящих и дефицитных шихтовых материалов) при выплавке высоколегированных сплавов на никелевой основе с использованием некондиционных отходов, образующихся на всех стадиях подготовки и производства металлопродукции (литники, скрап, прибыльные части открытых слитков, стружка, технологическая обрезь), путем их рекуперации, а также получение в жаропрочных сплавах содержание титана и алюминия в узких пределах, что гарантирует стабильность механических свойств готовых изделий.Resource-saving (saving expensive and scarce charge materials) in the smelting of high-alloy nickel-based alloys using substandard waste generated at all stages of the preparation and production of metal products (gates, scrap, profitable parts of open ingots, shavings, technological trimmings) by recuperation, as well as obtaining in heat-resistant alloys the content of titanium and aluminum within narrow limits, which guarantees the stability of the mechanical properties of the finished products.

Результат решения технической задачиThe result of solving a technical problem

Задача ресурсосбережения решена путем вовлечения в производство высоколегированных жаропрочных сплавов, включая сплавы ХН77ТЮР(У), ХН73МБТЮ, ХН62 ВМЮТ, рекуперированных (вторичных кондиционных) отходов, полученных путем подготовки и выплавки паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия из некондиционных отходов, образующихся на всех стадиях подготовки и производства металлопродукции. При этом в полученных вторичных кондиционных отходах обеспечивается высокое содержание титана и алюминия.The resource-saving task was solved by involving in the production of high-alloy heat-resistant alloys, including alloys ХН77ТЮР (У), ХН73МБТЮ, ХН62 ВМЮТ, recovered (secondary conditioned) wastes obtained by preparation and smelting of a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum from substandard waste generated all stages of preparation and production of metal products. Moreover, the resulting secondary conditioned waste provides a high content of titanium and aluminum.

3.2. Отличительные признаки3.2. Features

В отличии от известного технического решения, включающего очистку некондиционных отходов, восстановительную плавку отходов в дуговой печи постоянного тока с продувкой расплава кислородом, последующий рафинирующий вакуумный дуговой переплав, и использование полученных вторичных отходов при выплавке марочного металла; в заявленном техническом решении на стадии подготовки шихтовых материалов из некондиционных отходов, для их рекуперации и получения вторичных кондиционных отходов, для получения высоколегированных жаропрочных сплавов на основе никеля с содержанием титана и алюминия в узких пределах, последовательно осуществляют плавку в дуговой печи постоянного тока некондиционных отходов с корректировкой химического состава расплава по титану и алюминию, полученный после рекуперации вторичный кондиционный отход (паспортная шихтовая болванка с высоким содержанием титана и алюминия) совместно с кондиционным технологическим отходом вводят в состав шихты выплавки марочного металла в соотношении компонентов:In contrast to the well-known technical solution, including the cleaning of substandard waste, the recovery smelting of waste in a direct current arc furnace with melt blowing with oxygen, the subsequent refining vacuum arc remelting, and the use of the resulting secondary waste in the smelting of grade metal; in the claimed technical solution at the stage of preparing charge materials from substandard waste, for their recovery and obtaining secondary conditioned waste, to produce highly alloyed heat-resistant alloys based on nickel with titanium and aluminum contents within narrow limits, sequentially smelting substandard waste with by adjusting the chemical composition of the melt for titanium and aluminum, secondary conditioned waste obtained after recovery (passport charge blank with a high content of titanium and aluminum) together with conditioned technological waste is introduced into the composition of the mixture of smelting of grade metal in the ratio of components:

- шихта первичная - 30÷40%;- primary charge - 30 ÷ 40%;

- кондиционные технологические отходы - 20÷30%;- conditioned technological waste - 20 ÷ 30%;

- рекуперированный (вторичный кондиционный) отход (паспортная шихтовая болванка с высоки содержанием титана и алюминия) - остальное- recovered (secondary conditioned) waste (passport charge blank with a high content of titanium and aluminum) - the rest

и осуществляют штатный режим выплавки марочного металла в дуговой печи постоянного тока, разливку электрода, в подходящую для рафинирующего переплава форму, и последующий рафинирующий переплав с получением слитков диаметром от 150 до 630 мм.and they carry out the regular mode of smelting of grade metal in a DC arc furnace, casting the electrode into a mold suitable for refining remelting, and subsequent refining remelting to produce ingots with diameters from 150 to 630 mm.

Завалку шихты для рекуперации некондиционных отходов и получения вторичных кондиционных отходов формируют с использованием до 100% прокаленной стружки (технологические отходы, возврат собственного производства) идентичных жаропрочному сплаву. В качестве шлакообразующих применяют предварительно просушенные известь и свежий флюс АНФ-1, АНФ-6.The charge filling for the recovery of substandard waste and the production of secondary conditioned waste is formed using up to 100% calcined shavings (process waste, return of own production) identical to a heat-resistant alloy. Pre-dried lime and fresh flux ANF-1, ANF-6 are used as slag-forming substances.

С целью предотвращения перегрева расплава и повышенного угара элементов (титана и алюминия) плавку проводят в определенном электрическом и температурном режиме, а присадки титана и алюминия строго регламентированы.In order to prevent overheating of the melt and increased fumes of elements (titanium and aluminum), melting is carried out in a certain electric and temperature mode, and the additives of titanium and aluminum are strictly regulated.

В конце периода расплавления при температуре н.б. 1510°С производят присадку расчетного количества титана и алюминия. После дачи первой порции титана и алюминия температура металла возрастает, для ее охлаждения в расплав присаживают хром металлический в количестве не более 100 кг.At the end of the melting period at a temperature of n.b. 1510 ° C add the calculated amount of titanium and aluminum. After giving the first portion of titanium and aluminum, the temperature of the metal increases; for its cooling, metal chromium is added to the melt in an amount of not more than 100 kg.

После полного усвоения титана и алюминия производят выдержку металла в печи в течение 25÷30 минут на минимальных электрических параметрах и при температуре не более 1540°С осуществляют разливку паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия в изложницы, по возможности малого развеса.After complete assimilation of titanium and aluminum, the metal is held in the furnace for 25 ÷ 30 minutes at the minimum electrical parameters and at a temperature of not more than 1540 ° C, the passport charge ingots with a high content of titanium and aluminum are cast into molds, if possible by small weight.

Перед использованием выплавленной паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия производят сплошную абразивную чистку боковой поверхности слитков на глубину 8-10% от диаметра слитка.Before using the melted passport charge ingots with a high content of titanium and aluminum, continuous abrasive cleaning of the side surface of the ingots to a depth of 8-10% of the diameter of the ingot is performed.

Подготовленные слитки паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия используют на выплавку марочного металла в количестве до 50% от веса завалки в качестве вторичных кондиционных (рекуперированных) отходов.Prepared ingots of passport charge ingots with a high content of titanium and aluminum are used for the smelting of grade metal in an amount of up to 50% by weight of the filling as secondary conditioned (recovered) waste.

Выплавку марочного металла проводят в дуговой печи постоянного тока методом сплавления.Smelting of grade metal is carried out in a direct current arc furnace by fusion.

После разливки марочного металла и выдержки в течение определенного периода времени достаточного для затвердевания, чтобы его можно было безопасно извлечь из изложницы, осуществляют подготовку электродов к дальнейшему рафинирующему переплаву резцовой обточкой на глубину 15÷20% от диаметра слитка.After pouring the grade metal and holding it for a certain period of time sufficient for hardening so that it can be safely removed from the mold, the electrodes are prepared for further refining by recessing by cutting turning to a depth of 15 ÷ 20% of the ingot diameter.

Рафинирующий вакуумный дуговой переплав подготовленных электродов производят с применением гелия, для уменьшения глубины жидкой ванны с целью более полного ее рафинирования. ВД переплав осуществляют в кристаллизаторы диаметром от 150 до 630 мм со скоростью переплава 2,5÷4,5 кг/мин и разряжении в камере печи 1-10^-2÷10^-3 мм рт.ст.Refining vacuum arc remelting of prepared electrodes is carried out using helium to reduce the depth of a liquid bath in order to refine it more completely. VD remelting is carried out in crystallizers with a diameter of 150 to 630 mm with a remelting rate of 2.5 ÷ 4.5 kg / min and a discharge in the furnace chamber of 1-10 ^-2 ÷ 10 ^-3 mm Hg.

3.3. Перечень фигур чертежей3.3. List of drawings

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема способа получения высоколегированных жаропрочных сплавов, включая сплавы ХН77ТЮР(У), ХН73МБТЮ, ХН62ВМЮТ и другие сплавы на основе никеля с содержанием титана и алюминия в узких пределах, где 1. - Формирование завалки печи для выплавки марочного металла; 1a. - «Свежие» (штатные) компоненты шихты; 1б. -Корректирующие компоненты шихты (легирующие добавки); 2. - Открытая выплавка марочного металла в дуговой печи постоянного тока (ДППТ); 3. - Разливка электродов открытой выплавки; 4. - Обработка электродов открытой выплавки; 5. - Рафинирующий вакуумный дуговой переплав электродов (ВДП); 6. - Производство марочного металла; 7. - Некондиционные отходы (7-1. - Недоливки, скрап, 7-2. - Прибыльные части, 7-3. - Недоплавы, 7-4. - Стружка); 8. - Кондиционные технологические отходы (8-1. - Технологическая обрезь, 8-2. - Остатки от раскроя); 9. - Формирование завалки печи из некондиционных отходов; 10. - Механическая чистка и обработка некондиционных отходов; 11. - Выплавка паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия в открытой дуговой печи постоянного тока (ДППТ); 12. - Разливка в слитки паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия; 13. - Обработка слитков паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия; 14. - Рекуперированные (вторичные кондиционные) отходы;In FIG. 1 is a structural flowchart of a method for producing highly alloyed heat-resistant alloys, including KhN77TYuR (U), KhN73MBTYu, KhN62VMYuT alloys and other nickel-based alloys with titanium and aluminum contents within narrow limits, where 1. - Formation of a furnace filling for smelting grade metal; 1a. - “Fresh” (standard) charge components; 1b. -Correcting charge components (alloying additives); 2. - Open smelting of grade metal in a direct current arc furnace (DPPT); 3. - Casting electrodes of open smelting; 4. - Processing of electrodes of open smelting; 5. - Refining vacuum arc remelting of electrodes (VDP); 6. - Production of grade metal; 7. - Substandard waste (7-1. - Underfilling, scrap, 7-2. - Profitable parts, 7-3. - Underflooding, 7-4. - Chips); 8. - Conditioned technological waste (8-1. - Technological trimmings, 8-2. - Residues from cutting); 9. - Formation of the filling of the furnace from substandard waste; 10. - Mechanical cleaning and processing of substandard waste; 11. - Smelting of a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum in an open direct current arc furnace (DPPT); 12. - Casting ingots of a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum; 13. - Processing of ingots of passport charge ingots with a high content of titanium and aluminum; 14. - Recovered (secondary conditioned) waste;

ДППТ - Дуговая печь постоянного тока на фиг. 1 блок 2 и 11;DPPT - DC Arc Furnace in FIG. 1 block 2 and 11;

ВДП - Вакуумный дуговой переплав на фиг. 1 блок 5.VDP — Vacuum Arc Remelting in FIG. 1 block 5.

4. Описание изобретения4. Description of the invention

В заявленном техническом решении, для получения жаропрочных сплавов на основе никеля с содержанием титана и алюминия в узких пределах, на стадии подготовки шихтовых материалов осуществляют рекуперацию некондиционных отходов, при этом последовательно выполняют следующие операции (Фиг. 1):In the claimed technical solution, in order to obtain heat-resistant nickel-based alloys with titanium and aluminum contents within narrow limits, at the stage of preparation of charge materials, substandard waste is recovered, and the following operations are performed sequentially (Fig. 1):

- предварительная плавка в дуговой печи постоянного тока некондиционных отходов (литники, скрап, прибыльные части открытых слитков, стружка, технологическая обрезь) (Фиг. 1, блок 7) идентичных жаропрочному сплаву методом сплавления, с корректировкой химического состава расплава по титану и алюминию, и получение паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия - вторичный кондиционный отход;- preliminary melting in a direct current arc furnace of substandard waste (sprues, scrap, profitable parts of open ingots, shavings, technological trimmings) (Fig. 1, block 7) identical to the heat-resistant alloy by fusion, with adjustment of the chemical composition of the melt in titanium and aluminum, and obtaining a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum - secondary conditioned waste;

- выплавка марочного металла в дуговой печи постоянного тока (ДППТ) с использованием полученной паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия, разливка электродов, в подходящую для рафинирующего переплава форму, и последующий рафинирующий переплав с получением слитков диаметром от 150 до 630 мм (Фиг. 1, блок 1-5).- smelting of grade metal in a direct current arc furnace (DPPT) using the obtained passport charge plate with a high content of titanium and aluminum, casting the electrodes into a mold suitable for refining remelting, and subsequent refining remelting to produce ingots with diameters from 150 to 630 mm (Fig. . 1, block 1-5).

Завалку дуговой печи постоянного тока для выплавки паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия формируют с использованием стружки (до 100% от веса завалки) и кусковых некондиционных отходов идентичных жаропрочному сплаву. В качестве шлакообразующих применяют предварительно просушенные известь и свежий флюс АНФ-1, АНФ-6 (Фиг. 1, блок 9).The filling of a direct current arc furnace for smelting a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum is formed using shavings (up to 100% of the filling weight) and lumpy substandard waste identical to a heat-resistant alloy. As slag-forming agents, pre-dried lime and fresh flux ANF-1, ANF-6 are used (Fig. 1, block 9).

Стружка и другие отходы металлообработки предварительно прокаливаются в отжигательной печи в чугунной жаровне насыпным слоем не более 600÷700 мм при температуре 500÷600°С в течение 2÷3 часов. Охлаждение отходов металлообработки производят с печью в течение 7÷8 часов до температуры 60÷80°С (Фиг. 1, блок 10).Chips and other metalworking waste are preliminarily calcined in an annealing furnace in a cast-iron brazier with a bulk layer of not more than 600–700 mm at a temperature of 500–600 ° C for 2–3 hours. The cooling of metalworking waste is carried out with the furnace for 7 ÷ 8 hours to a temperature of 60 ÷ 80 ° C (Fig. 1, block 10).

Выплавку паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия в дуговой печи постоянного тока производят методом сплавления, с корректировкой химического состава расплава по титану и алюминию (Фиг. 1, блок 11).Smelting of a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum in a DC arc furnace is carried out by fusion, with the correction of the chemical composition of the melt in titanium and aluminum (Fig. 1, block 11).

С целью предотвращения перегрева расплава и повышенного угара элементов (титана и алюминия) плавка проводится в определенном электрическом и температурном режиме, а присадки титана и алюминия строго регламентированы.In order to prevent overheating of the melt and increased fumes of elements (titanium and aluminum), melting is carried out in a certain electric and temperature mode, and the additives of titanium and aluminum are strictly regulated.

Температурный и электрический режим плавки заключается в следующих приемах:Temperature and electrical melting is the following methods:

а. Расплавление шихты проводится на максимальной мощности.a. The charge is melted at maximum power.

б. Температура жидкого металла по расплаву 1500÷1520°С.b. The temperature of the molten metal in the melt is 1500 ÷ 1520 ° C.

в. В конце периода расплавления при температуре н.б. 1510°С производят присадку расчетного количества титана и алюминия. После дачи первой порции титана и алюминия температура металла возрастает, для ее охлаждения в расплав присаживают хром металлический в количестве не более 100 кг. С целью снижения температуры металла до 1500÷1520°С и уменьшения угара титана и алюминия, дальнейшие присадки производят при выключенной печи. Во время долегирования металла алюминием и титаном шлак не раскисляют.in. At the end of the melting period at a temperature of n.b. 1510 ° C add the calculated amount of titanium and aluminum. After giving the first portion of titanium and aluminum, the temperature of the metal increases; for its cooling, metal chromium is added to the melt in an amount of not more than 100 kg. In order to reduce the temperature of the metal to 1500 ÷ 1520 ° C and reduce the burning of titanium and aluminum, further additives are produced with the furnace turned off. During the addition of metal to aluminum and titanium, the slag is not deoxidized.

г. После полного усвоения титана и алюминия производят выдержку металла в печи в течение 25÷30 минут на минимальных электрических параметрах и при температуре не более 1540°С осуществляют разливку в изложницы, по возможности малого развеса.d. After the complete assimilation of titanium and aluminum, the metal is held in the furnace for 25–30 minutes at the minimum electrical parameters and at a temperature of not more than 1540 ° C, they are cast into molds, if possible by weight.

Перед использованием выплавленной паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия производят сплошную абразивную чистку боковой поверхности слитков на глубину 8÷10% от диаметра слитка (Фиг 1, блок 13).Before using the melted passport charge ingots with a high content of titanium and aluminum, continuous abrasive cleaning of the side surface of the ingots to a depth of 8 ÷ 10% of the diameter of the ingot is performed (Fig. 1, block 13).

Подготовленные слитки паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия используют на выплавку марочного металла в количестве до 50% от веса завалки в качестве вторичных кондиционных отходов (Фиг. 1, блок 14).Prepared ingots of passport charge ingots with a high content of titanium and aluminum are used for smelting grade metal in an amount up to 50% of the weight of the filling as secondary conditioned waste (Fig. 1, block 14).

Выплавка марочного металла проводится в дуговой печи постоянного тока методом сплавления (Фиг. 1, блок 2). Соотношение компонентов в металлошихте:Smelting of grade metal is carried out in a direct current arc furnace by fusion (Fig. 1, block 2). The ratio of components in the metal charge:

- шихта первичная - 30÷40%;- primary charge - 30 ÷ 40%;

- кондиционные технологические отходы - 20÷30%;- conditioned technological waste - 20 ÷ 30%;

- рекуперированный (вторичный кондиционный) отход (паспортная шихтовая болванка с высоки содержанием титана и алюминия) - остальное.- recovered (secondary conditioned) waste (passport charge blank with a high content of titanium and aluminum) - the rest.

После разливки марочного металла и выдержки в течение определенного периода времени достаточного для затвердевания, чтобы его можно было безопасно извлечь из изложницы, осуществляют подготовку электродов к дальнейшему рафинирующему переплаву в кристаллизатор диаметром от 150 до 630 мм резцовой обточкой на глубину 15÷20% от диаметра слитка (Фиг 1., блок 3).After pouring the grade metal and holding it for a certain period of time sufficient for hardening so that it can be safely removed from the mold, the electrodes are prepared for further refining in the mold with a diameter of 150 to 630 mm by cutting by turning to a depth of 15 ÷ 20% of the ingot diameter (Fig 1., block 3).

Рафинирующий переплав расходуемых электродов в вакуумной дуговой печи основан на плавлении в вакууме металлической заготовки электрической дугой большой мощности и одновременной кристаллизации металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе. При вакуумном дуговом переплаве примеси удаляются на торце электрода и с поверхности жидкой ванны. Две реакционные зоны с развитой поверхностью взаимодействия при относительно малом объеме расплавленного металла, воздействие электрической дуги и вакуума на жидкий металл обеспечивают развитие необходимых процессов рафинирования. С целью более полного рафинирования переплавляемого металла и уменьшения глубины жидкой металлической ванны рафинирующий вакуумный дуговой переплав подготовленных электродов осуществляется в кристаллизаторы диаметром от 150 до 630 мм с применением гелия со скоростью наплавления слитков 2,5÷4,5 кг/мин., при разряжении в камере печи 110^-2÷10^-3 мм рт. ст.The refining remelting of consumable electrodes in a vacuum arc furnace is based on vacuum melting a metal billet with a high-power electric arc and simultaneous crystallization of the metal in a water-cooled mold. In a vacuum arc remelting, impurities are removed at the end of the electrode and from the surface of the liquid bath. Two reaction zones with a developed interaction surface with a relatively small volume of molten metal, the action of an electric arc and vacuum on a liquid metal provide the development of the necessary refining processes. In order to more fully refine the melted metal and reduce the depth of the liquid metal bath, the vacuum arc remelting of the prepared electrodes is carried out in crystallizers with a diameter of 150 to 630 mm using helium with a deposition rate of ingots of 2.5 ÷ 4.5 kg / min. the furnace chamber 110 ^-2 ÷ 10 ^-3 mm RT. Art.

Использование предлагаемого способа позволяет осуществить рекуперацию некондиционных отходов, образующихся на всех стадиях подготовки и производства металлопродукции (литники, скрап, прибыльные части открытых слитков, стружка, технологическая обрезь).Using the proposed method allows the recovery of substandard waste generated at all stages of the preparation and production of metal products (gates, scrap, profitable parts of open ingots, shavings, technological trimmings).

Применение предлагаемого способа позволяет выплавить паспортную шихтовую болванку с высоким содержанием титана и алюминия, обеспечивающую получение в жаропрочных сплавах содержание титана и алюминия в узких пределах, что гарантирует стабильность механических свойств готовых изделий, а также позволяет сэкономить при выплавке марочного металла дорогостоящие и дефицитные шихтовые материалы (никель, хром, молибден, ниобий).The application of the proposed method allows smelting a passport charge plate with a high content of titanium and aluminum, which ensures that titanium and aluminum are obtained in heat-resistant alloys within narrow limits, which guarantees the stability of the mechanical properties of the finished products, and also saves expensive and scarce charge materials during smelting of grade metal ( nickel, chromium, molybdenum, niobium).

5. Пример конкретного выполнения (реализация способа)5. An example of a specific implementation (implementation of the method)

Способ может быть реализован на комплексной установке стандартного оборудования:The method can be implemented on the integrated installation of standard equipment:

а. отжиг стружки производится в однокамерной газовой печи с выдвижнымa. chip annealing is carried out in a single chamber gas furnace with a retractable

подом;hearth;

б. выплавка паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия, с использованием некондиционных отходов, осуществляется в 5-ти тонной дуговой печи постоянного тока;b. smelting of a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum, using substandard waste, is carried out in a 5-ton DC arc furnace;

в. сплошная абразивная чистка слитков паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия производится на абразивно-зачистном станке и удаление технологической обрези с обоих сторон на отрезном станке;in. continuous abrasive cleaning of ingots of a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum is carried out on an abrasive-cleaning machine and the removal of technological scrap on both sides on a cutting machine;

г. выплавка марочного металла с использованием паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия осуществляется в дуговой печи постоянного тока емкостью 5,0 т;d. smelting of grade metal using a passport charge ingot with a high content of titanium and aluminum is carried out in a direct current arc furnace with a capacity of 5.0 tons;

д. обработка полученных электродов для последующего рафинирующего переплава производится на слиткообдирочном станке РТ-503;D. processing of the obtained electrodes for subsequent refining remelting is carried out on a RT-503 ingot-peeling machine;

е. вакуумный дуговой переплав с получением слитков для последующего изготовления конечной металлопродукции диаметром от 150 до 630 мм осуществляется на печах ДСВ и ЦЭП.E. Vacuum arc remelting with the production of ingots for the subsequent manufacture of the final metal products with a diameter of 150 to 630 mm is carried out on DSV and CEP furnaces.

Состав завалки для выплавки паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия в открытой дуговой печи постоянного тока: 10% собственных кусковых отходов, 10% хром металлический и 80% стружки (возврат собственного производства), предварительно очищенной следующим образом:The composition of the filling for smelting a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum in an open direct current arc furnace: 10% of its own lumpy waste, 10% of chrome metal and 80% of chips (return of own production), previously cleaned as follows:

- прокалка в отжигательной однокамерной газовой печи с выкатным подом в чугунной жаровне насыпным слоем не более 600÷700 мм при температуре 500÷600°С в течение 2÷3 часов;- calcination in an annealing single-chamber gas furnace with a roll-out hearth in a cast-iron brazier with a bulk layer of not more than 600 ÷ 700 mm at a temperature of 500 ÷ 600 ° C for 2 ÷ 3 hours;

- охлаждение с печью в течение 7÷8 часов до температуры 60÷80°С.- cooling with the furnace for 7 ÷ 8 hours to a temperature of 60 ÷ 80 ° C.

В качестве шлакообразующих использовали предварительно просушенные известь и свежий флюс АНФ-1, АНФ-6.Pre-dried lime and fresh flux ANF-1, ANF-6 were used as slag-forming substances.

Затем выполнили выплавку в 5-ти тонной открытой дуговой печи постоянного тока некондиционных отходов методом сплавления в определенном электрическом и температурном режиме со строго регламентированными присадками титана и алюминия.Then, smelting in a 5-ton open direct-current arc furnace of substandard waste was performed by fusion in a certain electric and temperature mode with strictly regulated titanium and aluminum additives.

После полного усвоения титана и алюминия произвели выдержку металла в печи в течение 25÷30 минут на минимальных электрических параметрах и при температуре не более 1540°С осуществили разливку в изложницы. В таблице 1 приведен химический состав выплавленной, с использованием некондиционных отходов, паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия сплава ХН73МБТЮ (вторичный кондиционный отход).After complete assimilation of titanium and aluminum, the metal was held in the furnace for 25–30 minutes at the minimum electrical parameters and, at a temperature of no more than 1540 ° C, was cast into molds. Table 1 shows the chemical composition of the melted, using substandard waste, passport charge blanks with a high content of titanium and aluminum alloy ХН73МБТЮ (secondary conditioned waste).

Далее боковую поверхность выплавленной паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия перед использованием на выплавку марочного металла подвергли сплошной абразивной чистке на обдирочно-шлифовальном станке на глубину 8÷10% от диаметра слитка и удалили технологическую обрезь с обоих сторон на отрезном станке.Next, the side surface of the melted passport charge plate with a high content of titanium and aluminum was subjected to continuous abrasive cleaning on a peeling-grinding machine to a depth of 8 ÷ 10% of the ingot diameter before being used for smelting grade metal and the technological trim on both sides was removed on a cutting machine.

Подготовленную паспортную шихтовую болванку с высоким содержанием титана и алюминия использовали на выплавку марочного металла сплава ХН73МБТЮ в открытой дуговой печи постоянного тока в качестве вторичных кондиционных отходов в количестве до 50% от веса плавки. Это позволило снизить содержание кремния в задаваемых шихтовых материалах в 1,3 раза и обеспечить содержание титана и алюминия в марочном металле в узких пределах (титан 2,35÷2,75%, алюминий 1,45÷1,80%), что гарантировало стабильность механических свойств готовых изделий.The prepared passport charge blank with a high content of titanium and aluminum was used for the smelting of grade metal alloy ХН73МБТЮ in an open direct current arc furnace as secondary conditioned waste in an amount of up to 50% of the weight of the heat. This made it possible to reduce the silicon content in the specified charge materials by 1.3 times and to ensure the titanium and aluminum content in the grade metal within narrow limits (titanium 2.35 ÷ 2.75%, aluminum 1.45 ÷ 1.80%), which guaranteed stability of mechanical properties of finished products.

В таблице 2 приведен химический состав марочного металла сплава ХН73МБТЮ выплавленного с применением паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия (вторичный кондиционный отход).Table 2 shows the chemical composition of the grade metal of the KhN73MBTY alloy melted using a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum (secondary conditioned waste).

Рафинирующий вакуумный дуговой переплав подготовленных расходуемых электродов марочного металла осуществляли в кристаллизаторы диаметром 320, 400 и 500 мм с применением гелия со скоростью наплавления слитков от 2,8 до 3,8 кг/мин, при разряжении в камере печи 1⋅10^-2÷10^-3 мм рт.ст.Refining vacuum arc remelting of prepared consumable electrodes of grade metal was carried out in crystallizers with a diameter of 320, 400 and 500 mm using helium with a deposition rate of ingots from 2.8 to 3.8 kg / min, when discharged in the furnace chamber 1⋅10 ^-2 ÷ 10 ^-3 mmHg

В таблице 3 приведены результаты контрольно-сдаточных испытаний металлопродукции из сплава ХН73МБТЮ, выплавленного с применением вторичных кондиционных отходов (паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия).Table 3 shows the results of control tests of metal products from the KhN73MBTY alloy, smelted using secondary conditioned waste (passport charge blanks with a high content of titanium and aluminum).

Из таблицы 3 видно, что свойства металла, выплавленного с применением паспортной шихтовой болванки с высоким содержанием титана и алюминия, соответствуют предъявляемым требованиям и имеют запас по всем характеристикам.From table 3 it can be seen that the properties of the metal smelted using a passport charge blank with a high content of titanium and aluminum meet the requirements and have a margin for all characteristics.

Заявленное техническое решение опробовано в производственных условиях на АО «Металлургический завод «Электросталь» с положительным результатом.The claimed technical solution was tested in a production environment at JSC Metallurgical Plant Elektrostal with a positive result.

Применение изобретения для производства высоколегированных жаропрочных сплавов на основе никеля с содержанием титана и алюминия в узких пределах (например, сплав ХН73МБТЮ) позволяет вовлечь в производство некондиционные отходы, с возвратом в производство дефицитных и дорогостоящих материалов и выплавлять паспортную шихтовую болванку с высоким содержанием титана и алюминия, обеспечивающую получение в жаропрочных сплавах содержание титана и алюминия в узких пределах, что гарантирует стабильность механических свойств готовых изделий.The use of the invention for the production of high-alloy heat-resistant alloys based on nickel with a titanium and aluminum content within a narrow range (for example, KhN73MBTYu alloy) allows to draw substandard waste into production, returning scarce and expensive materials to production and smelting a passport charge plate with a high content of titanium and aluminum , providing obtaining in heat-resistant alloys the content of titanium and aluminum in a narrow range, which guarantees the stability of the mechanical properties of the finished product.

Claims (8)

1. Способ получения высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе с содержанием титана и алюминия в узких пределах, включающий очистку некондиционных отходов, восстановительную плавку отходов в дуговой печи постоянного тока с продувкой расплава кислородом, последующий рафинирующий вакуумный дуговой переплав и использование полученных вторичных отходов при выплавке марочного металла, отличающийся тем, что на стадии подготовки шихтовых материалов из некондиционных отходов для их рекуперации и получения вторичных кондиционных отходов последовательно осуществляют плавку в дуговой печи постоянного тока некондиционных отходов с корректировкой химического состава расплава по титану и алюминию, полученный после рекуперации вторичный кондиционный отход в виде паспортной шихтовой болванки (ПШБ) с высоким содержанием титана и алюминия совместно с кондиционным технологическим отходом вводят в состав шихты для выплавки марочного металла в соотношении компонентов, вес.%:1. A method for producing highly alloyed heat-resistant nickel-based alloys with a narrow titanium and aluminum content, including cleaning of substandard waste, reducing waste melting in a direct current arc furnace with melt blowing with oxygen, subsequent refining vacuum arc remelting and using the resulting secondary waste for smelting vintage metal, characterized in that at the stage of preparation of charge materials from substandard waste for their recovery and obtaining secondary conditions These wastes are subsequently smelted in a DC arc furnace of substandard waste with adjustment of the chemical composition of the melt in titanium and aluminum; secondary conditioned waste obtained after recovery in the form of a passport charge pig (PSB) with a high content of titanium and aluminum together with conditioned technological waste is introduced into the composition charge for smelting of branded metal in the ratio of components, wt.%: - шихта первичная - 30÷40;- primary charge - 30 ÷ 40; - кондиционные технологические отходы - 20÷30;- conditioned technological waste - 20 ÷ 30; - вторичный кондиционный отход в виде ПШБ - остальное,- secondary conditioned waste in the form of PShB - the rest, и осуществляют выплавку марочного металла в дуговой печи постоянного тока, разливку электрода в подходящую для рафинирующего переплава форму, и последующий рафинирующий переплав с получением слитков диаметром от 150 до 630 мм.and they carry out the smelting of the branded metal in a direct current arc furnace, casting the electrode into a mold suitable for the refining remelting, and the subsequent refining remelting to produce ingots with a diameter of 150 to 630 mm. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выплавку в дуговой печи постоянного тока ПШБ осуществляют из некондиционных отходов методом сплавления, с корректировкой химического состава расплава по титану и алюминию.2. The method according to p. 1, characterized in that the smelting in the constant current arc furnace PSB is carried out from substandard waste by the fusion method, with adjustment of the chemical composition of the melt in titanium and aluminum. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения перегрева расплава металла ПШБ и повышенного угара титана и алюминия плавку проводят в температурном режиме 1500÷1520°С, присадку расчетного количества титана и алюминия производят в конце периода расплавления, и после полного усвоения титана и алюминия производят выдержку металла в печи в течение 25÷30 минут на минимальных электрических параметрах, после чего при температуре 1540°С осуществляют разливку в изложницы.3. The method according to p. 1, characterized in that in order to prevent overheating of the PSB metal melt and increased burning of titanium and aluminum, melting is carried out in a temperature regime of 1500 ÷ 1520 ° C, the calculated amount of titanium and aluminum is added at the end of the melting period, and after full assimilation of titanium and aluminum extracts the metal in the furnace for 25–30 minutes at the minimum electrical parameters, after which they are cast into molds at a temperature of 1540 ° C. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рафинирующий переплав с получением слитков диаметром от 150 до 630 мм осуществляют со скоростью плавления от 2,5-4,5 кг/мин при разряжении в камере печи 1⋅10^-2÷10^-3 мм рт.ст.4. The method according to p. 1, characterized in that the refining remelting with obtaining ingots with a diameter of 150 to 630 mm is carried out with a melting rate of 2.5-4.5 kg / min when discharged in the furnace chamber 1 камере10 ^-2 ÷ 10 ^-3 mmHg

Images