RU2742094C1 - Method of producing consumable electrodes for electroslag remelting - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to electrometallurgy, particularly, to production of consumable electrodes for electroslag remelting. Metalized pellets are fed into mold and filled with liquid metal. Mold used is form, which is installed in center of polystyrene rod with diameter, equal to 1/3 of mold diameter, preliminarily dried at 200°C for 4 hours and cooled to 50°C metallized pellets, then molten metal is fed into the mold by siphon pouring from below, at that ratio of volume of metal to volume of pellets makes 1:3, after end of crystallisation process finished electrode is removed.

EFFECT: invention enables to obtain electrodes for electroslag remelting with length of more than 600 mm while reducing production costs.

1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности к получению расходуемых электродов для электрошлакового переплава.The invention relates to the field of electrometallurgy, in particular to the production of consumable electrodes for electroslag remelting.

Известен способ получения расходуемых электродов для электрошлакового переплава (ЭШП), заключающийся в одновременной подаче жидкого металла и твердой металлической составляющей в виде металлизованных окатышей в изложницу [Чуманов И.В., Пятыгин Д.А., Ворона Е.А., Чуманов В.И. С22В 9/18 Заявка 23.10.06 2006137501/02, опубл. 10.01.08, бюл. №1].A known method of obtaining consumable electrodes for electroslag remelting (ESR), which consists in the simultaneous supply of liquid metal and a solid metal component in the form of metallized pellets into the mold [Chumanov IV, Pyatygin DA, Vorona EA, Chumanov V. AND. С22В 9/18 Application 23.10.06 2006137501/02, publ. 10.01.08, bul. No. 1].

Недостатком данного способа является невозможность получения электродов длиной более 150 мм. Данный недостаток связан с низкой скоростью пропитывания засыпанных металлизованных окатышей, которые в момент заливки жидкого металла выступают в роли холодильников.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining electrodes longer than 150 mm. This disadvantage is associated with the low rate of impregnation of the filled-in metallized pellets, which at the time of pouring the liquid metal act as refrigerators.

В качестве прототипа принят способ получения расходуемых электродов для ЭШП, заключающийся в подаче металлизованных окатышей в оболочку, имеющую форму готового расходуемого электрода, диаметром не превышающем 200 мм, которую затем с окатышами погружают в жидкий металл, при этом соотношение высоты расплава жидкого металла к высоте готового расходуемого электрода устанавливают равным 3:1 [Чуманов В.И., Потапов В.И., Чуманов И.В., Вотинов В.В. С22В 9/18 Заявка 2005131403/02, 10.10.2005. опубл. 20.04.2007 Бюл. №11].As a prototype, a method for producing consumable electrodes for ESR was adopted, which consists in feeding metallized pellets into a shell having the form of a finished consumable electrode with a diameter not exceeding 200 mm, which is then immersed in liquid metal with the pellets, while the ratio of the height of the molten metal to the height of the finished consumable electrode is set equal to 3: 1 [Chumanov VI, Potapov VI, Chumanov IV, Votinov VV. С22В 9/18 Application 2005131403/02, 10.10.2005. publ. 20.04.2007 Bul. No. 11].

Недостатком данного способа является невозможность получения сплошных электродов длиной более 600 мм. Данный недостаток связан с низкой скоростью пропитывания металлизованных окатышей, которые в момент заливки лигатуры (расплавленного металла) выступают в роли холодильников.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining solid electrodes longer than 600 mm. This disadvantage is associated with the low rate of impregnation of metallized pellets, which at the time of pouring the master alloy (molten metal) act as refrigerators.

Технической задачей изобретения является получение электродов для электрошлакового переплава длиной более 600 мм соответствующего качества при снижении затрат на их производство за счет того, что требуется меньшее количество расплавленного металла (лигатуры).The technical objective of the invention is to obtain electrodes for electroslag remelting with a length of more than 600 mm of appropriate quality while reducing the cost of their production due to the fact that a smaller amount of molten metal (master alloy) is required.

Техническая задача достигается за счет того, что способ получения расходуемых электродов для электрошлакового переплава, заключающийся в подаче металлизованных окатышей в форму и заполнение последней расплавленным металлом, согласно изобретения, в качестве формы используют изложницу, в которую устанавливают по центру полистирольный стержень диаметром, равным 1/3 величины диаметра изложницы, засыпают туда предварительно высушенные при температуре 200°С в течение 4-х часов и охлажденные до 50°С металлизовнные окатыши, затем подают в изложницу расплавленный металл методом сифонной разливки снизу в объеме, составляющем 1:3 об. % к объему окатышей, после окончания процесса кристаллизации готовый электрод извлекают.The technical problem is achieved due to the fact that the method of obtaining consumable electrodes for electroslag remelting, which consists in feeding metallized pellets into a mold and filling the latter with molten metal, according to the invention, a mold is used as a mold, in which a polystyrene rod with a diameter equal to 1 / 3 values of the diameter of the mold, poured into it, pre-dried at a temperature of 200 ° C for 4 hours and cooled to 50 ° C, metallized pellets, then the molten metal is fed into the mold by the method of siphon casting from below in a volume of 1: 3 vol. % to the volume of the pellets, after the end of the crystallization process, the finished electrode is removed.

Отличительным признаком заявленного способа является то, что жидкая лигатура, т.е. металл необходимого химического состава, подаваемая в изложницу с металлизованными окатышами, подается методом сифонной разливки снизу.A distinctive feature of the claimed method is that the liquid ligature, i.e. metal of the required chemical composition supplied to the mold with metallized pellets is fed by siphon casting from the bottom.

Сифонная разливка жидкого металла для формирования слитка общеизвестна. Однако в ходе проведенных исследований было установлено, что подача жидкого металла в изложницу для получения расходуемых электродов для электрошлакового переплава, полностью заполненную металлизованными окатышами, не представляется возможным, из-за замораживания каналов для поступления жидкого расплава.Siphon casting of liquid metal to form an ingot is generally known. However, in the course of the investigations carried out, it was found that the supply of liquid metal to the mold for obtaining consumable electrodes for electroslag remelting, completely filled with metallized pellets, is not possible due to the freezing of the channels for the liquid melt supply.

Использование полистирольного стержня в центре изложницы позволяет первоначально сдерживать окатыши от обвала по мере заливки металла, а также обеспечивать плотное пропитывание металлизованных окатышей по мере заполнения изложницы вследствие сгорания полистирола и заполнения изложницы жидким металлом. Это происходит аналогично, как в способе литья по газифицированным моделям, где полистирольная модель сгорает и освобождается пространство, занимаемое жидким металлом.The use of a polystyrene rod in the center of the mold makes it possible to initially restrain the pellets from collapse as the metal is poured, and also to ensure dense impregnation of the metallized pellets as the mold is filled due to the combustion of polystyrene and the mold is filled with liquid metal. This happens in a similar way as in the gasified casting method, where the polystyrene model is burned and the space occupied by the liquid metal is freed.

Полистирольный стержень должен быть равен 1/3 величины диаметра изложницы, данный диаметр обеспечивает оптимальные условия протекания процесса, так как увеличение диаметра приведет к увеличению расходования лигатуры и повышению себестоимости, а уменьшение диаметра затруднит процесс пропитывания окатышей и не позволит полностью пропитать окатыши, что приведет к отбраковке изделия.The polystyrene rod should be equal to 1/3 of the diameter of the mold, this diameter provides optimal conditions for the process, since an increase in the diameter will lead to an increase in the consumption of master alloy and an increase in cost, and a decrease in the diameter will complicate the process of impregnating the pellets and will not allow the pellets to be completely impregnated, which will lead to rejection of the product.

Предварительное просушивание металлизованных окатышей при температуре 200°С в течение 4 часов позволяет удалить влагу и избежать насыщения газами получаемого металла.Preliminary drying of metallized pellets at a temperature of 200 ° C for 4 hours allows you to remove moisture and avoid gas saturation of the resulting metal.

Использование металлизованных окатышей в качестве твердой металлической фазы дает возможность получения электрода, имеющего плотную сердцевину, равномерно окруженную окатышами, сочленение которых с сердцевиной осуществляется за счет пропитки последних заливаемым металлом. Получаемый в результате дальнейшего электрошлакового переплава материал имеет низкое содержание вредных газов, примесей цветных металлов, не удаляемых в ходе ЭШП.The use of metallized pellets as a solid metal phase makes it possible to obtain an electrode having a dense core, uniformly surrounded by pellets, the articulation of which with the core is carried out by impregnating the latter with the poured metal. The material obtained as a result of further electroslag remelting has a low content of harmful gases, impurities of non-ferrous metals, which are not removed during ESR.

Металлизованные окатыши используются как чистые шихтовые материалы для получения сталей с грарантированным химическим составом.Metallized pellets are used as pure charge materials to obtain steels with a graded chemical composition.

Использование соотношения лигатуры к металлизованным окатышам, в соотношении 1:3 об.%, позволяет обеспечить их полное пропитывание. Увеличение количества окатышей приводит к увеличению центров кристаллизации и препятствует заполнению изложницы в ходе кристаллизации подаваемой лигатуры. А уменьшение соотношения окатышей приводит к увеличению количества подаваемой лигатуры, которая превосходит по стоимости металлизованные окатыши, и как следствие увеличивает себестоимость получаемого слитка для будущего переплава ЭШП.The use of the ratio of ligature to metallized pellets, in a ratio of 1: 3 vol.%, Allows their complete impregnation. An increase in the number of pellets leads to an increase in the centers of crystallization and prevents the filling of the mold during the crystallization of the supplied master alloy. And a decrease in the ratio of pellets leads to an increase in the amount of the supplied master alloy, which exceeds the cost of metallized pellets, and as a consequence increases the cost of the resulting ingot for future ESR remelting.

Способ получения расходуемого электрода иллюстрируется схемой, изображенной на фиг.The method for producing a consumable electrode is illustrated by the circuit shown in FIG.

Способ осуществляют следующим образом. В изложницу 1 (фиг.) по центру предварительно устанавливается полистирольный стержень 2 с диаметром, составляющим 1/3 величины диаметра изложницы 1. Пространство между стержнем 2 и изложницей 1 засыпается металлизованными окатышами 3. Стержень 2 используется во избежание обвала металлизованных окатышей 3 и как следствие, замораживания металла. Металлизованные окатыши 3 предварительно просушиваются в нагревательной печи при 200°С в течение 4 часов. Засыпку окатышей 3 производят после их остывания до температуры 50°С. После полного заполнения окатышами 3 пространства между полистирольным стержнем 2 и стенками изложницы 1, осуществляют ее заполнение жидким металлом 6 из разливочного ковша 4 через систему питателей 5 путем сифонной разливки снизу. Проведенные эксперименты показали, что соотношение объема заливаемого металла 6 должно составлять, 1:3 об. %, объема засыпанных 3 окатышей. По мере заполнения изложницы 1 металлом полистирольный стержень 2 выгорает, высвобождая путь для свежеподаваемого жидкого металла 6 пропитывающего металлизованные окатыши 3. После окончания процесса кристаллизации поданного металла 6 в изложнице 1 происходит отделение изложницы 1 от системы питателей 5 и полученный слиток изымается.The method is carried out as follows. In the mold 1 (Fig.), A polystyrene rod 2 with a diameter of 1/3 of the diameter of the mold 1 is preliminarily installed in the center. The space between the rod 2 and the mold 1 is filled with metallized pellets 3. The rod 2 is used to avoid the collapse of the metallized pellets 3 and as a consequence freezing metal. Metallized pellets 3 are pre-dried in a heating furnace at 200 ° C for 4 hours. Pellets 3 are backfilled after they have cooled down to a temperature of 50 ° C. After complete filling of the space between the polystyrene rod 2 and the walls of the mold 1 with the pellets 3, it is filled with liquid metal 6 from the casting ladle 4 through the feeder system 5 by siphon casting from below. The experiments carried out showed that the ratio of the volume of the poured metal 6 should be 1: 3 vol. %, the volume of filled 3 pellets. As the mold 1 is filled with metal, the polystyrene rod 2 burns out, freeing the way for the freshly supplied liquid metal 6 impregnating the metallized pellets 3. After the crystallization of the supplied metal 6 is completed, the mold 1 is separated from the feeder system 5 in the mold 1 and the resulting ingot is withdrawn.

Пример конкретного выполнения способаAn example of a specific implementation of the method

Апробирование способа производилось на кафедре «Техника и технологии производства материалов» ЗФ ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Получение расходуемого электрода включает в себя следующие технологические операции. Предварительно в центр изложницы устанавливался полистирольный стержень. Диаметр изложницы составлял 90 мм, а высота 700 мм. Полистирольный стержень устанавливался непосредственно по центру изложницы на место подачи металла. Длина стержня составляла 650 мм, а диаметр 30 мм. Затем в пространство между изложницей и стержнем засыпались метализованные окатыши диаметром 12-15 мм. Предварительно окатыши просушивались в нагревательной печи при 200°С в течение 4 часов. Засыпка окатышей происходит после их остывания до 50°С. После сборки изложницы производилось расплавление лигатуры и ее заливка. Расплавление проводилось на печи СЭЛТ-001-40/12-Т. Объем заливаемого металла составлял 18 кг. После окончания заливки металла слиток выдерживали в течение 3 мин, за это время полностью произошел процесс кристаллизации, затем полученный электрод извлекали.The method was tested at the Department of Engineering and Technology of Materials Production, ZF FSAOU VO SUSU (NRU). Obtaining a consumable electrode includes the following technological operations. A polystyrene rod was previously installed in the center of the mold. The diameter of the mold was 90 mm and the height was 700 mm. A polystyrene rod was installed directly in the center of the mold at the metal feed point. The rod length was 650 mm, and the diameter was 30 mm. Then, metalized pellets with a diameter of 12-15 mm were poured into the space between the mold and the rod. The pellets were preliminarily dried in a heating furnace at 200 ° C for 4 hours. The filling of the pellets occurs after they have cooled down to 50 ° C. After assembling the mold, the master alloy was melted and poured. Melting was carried out on a SELT-001-40 / 12-T furnace. The volume of the poured metal was 18 kg. After the end of pouring the metal, the ingot was held for 3 min, during which time the crystallization process completely occurred, then the resulting electrode was removed.

В качестве жидкого металла для пропитки металлизованных окатышей использовалась сталь марки 40X13.Steel 40X13 was used as a liquid metal for impregnation of metallized pellets.

Полученный расходуемый электрод имел длину 650 мм и диаметр 90 мм. Электрод надежно соединил весь объем металлизованных окатышей, осыпания с поверхности не наблюдалось. Полученный таким способом электрод подвергли электрошлаковому переплаву. Переплав проводился на установке А-550 в кристаллизатор диаметром 120 мм и высотой 750 под флюсом АНФ-6 В количестве 1 кг. С целью полного переплава полученного электрода, к нему приваривался пруток длиной 800 мм диаметром 40 мм. Разводку процесса осуществляли на токе 2,2 кА, при напряжении 48 В. Основной период плавки проводился при токе 1,5 кА с неизменным напряжением. Процесс протекал стабильно без вспенивания шлака и скачков или пробоев электричества. Исследование микроструктуры металла показало его бездефектность, соответствующую качеству ЭШП металла. Слиток имел поверхность без раковин и трещин.The resulting consumable electrode had a length of 650 mm and a diameter of 90 mm. The electrode reliably connected the entire volume of metallized pellets; no shedding was observed from the surface. The electrode obtained in this way was subjected to electroslag remelting. Remelting was carried out on an A-550 unit into a mold 120 mm in diameter and 750 mm high under an ANF-6 flux in an amount of 1 kg. In order to completely remelt the resulting electrode, a bar 800 mm long with a diameter of 40 mm was welded to it. The wiring of the process was carried out at a current of 2.2 kA at a voltage of 48 V. The main melting period was carried out at a current of 1.5 kA with a constant voltage. The process proceeded stably without slag foaming and power surges or breakdowns. The study of the microstructure of the metal showed its defect-freeness, corresponding to the quality of the ESR metal. The ingot had a surface without cavities or cracks.

Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ может быть использован при изготовлении расходуемых электродов соответствующего качества для ЭШП, длиной более 600 мм с использованием полистирольного стержня, металлизованных окатышей, помещенных в изложницу и заливки расплавленного металла в изложницу методом сифонной разливки снизу.The obtained results show that the proposed method can be used in the manufacture of consumable electrodes of appropriate quality for ESR, with a length of more than 600 mm using a polystyrene rod, metallized pellets placed in a mold and pouring molten metal into the mold by siphon casting from below.

Claims (1)

Способ получения расходуемых электродов для электрошлакового переплава, включающий подачу металлизованных окатышей в форму с последующим заполнением ее расплавленным металлом, отличающийся тем, что в качестве формы используют изложницу, в которую устанавливают по центру полистирольный стержень диаметром, равным 1/3 величины диаметра изложницы, и засыпают предварительно высушенные при температуре 200°С в течение 4-х часов и охлажденные до 50°С металлизованные окатыши, затем заполняют изложницу расплавленным металлом методом сифонной разливки снизу, при этом соотношение объема металла к объему окатышей составляет 1:3, а после окончания процесса кристаллизации готовый электрод извлекают из изложницы.A method of obtaining consumable electrodes for electroslag remelting, including feeding metallized pellets into a mold followed by filling it with molten metal, characterized in that a mold is used as a mold, into which a polystyrene rod with a diameter equal to 1/3 of the diameter of the mold is installed in the center, and poured pre-dried at a temperature of 200 ° C for 4 hours and cooled to 50 ° C metallized pellets, then fill the mold with molten metal by siphon casting from below, while the ratio of the volume of metal to the volume of pellets is 1: 3, and after the end of the crystallization process the finished electrode is removed from the mold.

Images