Спосіб одержання зливків з відходів сплавів титану в електронно-променевій печі з проміжною ємкістю

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения товарных слитков из отходов сплавов титана методом электроннолучевой плавки. Известен способ получения слитков из отходов сплавов титана в плазменно-дуговой печи, заключающийся в оплавлений шихтовой заготовки, сваренной из листовых отходов сплавов титана, плазменной дугой непосредственно в водоохлаждаемый кристаллизатор (А.с. СССР №302374, кл. C21c5/56, 27.10.1986. Способ плавки титана и его сплавов в атмосфере регулируемого состава), а также способ вовлечения отходов титановых сплавов для выплавки слитков, заключающийся в добавлении в исходную шихту перед прессованием расходуемых электродов для последующего двойного вакуумно-дугового переплава до 30% отходов (Сергеев В.В., Безукладников А.Б., Мальшин В.М. Металлургия титана. - М.: Металлургия, 1979. - С.264). Недостатками способов является: - неоднородность химического состава и структуры слитка, обусловленная попаданием в металлическую ванну нерасплавившихся кусков расходуемого электрода и тугоплавких неметаллических включений, которые не успевают раствориться при прямом переплаве; отсутствие условий для глубокого рафинирования жидкого металла; - существенные потери металла на испарение за счет локального перегрева в пятне плазменной дуги; - низкий процент использования отходов, обусловленный необходимостью обеспечения механической прочности расходуемого электрода. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения титановых слитков в электроннолучевой печи, включающий подготовку расходуемой заготовки, ее плавление электронными лучами в промежуточную емкость (холодный под), слив расплава в условиях обогрева свободной поверхности расплава электронными лучами в кристаллизатор, и формирования слитка (Electron Beam Hearth Refining of Titanium. Harker H., Entrekin C. Titanium 1986; Prod. and Appl.: Proc. Techn. Programm Int. Conf., 1986, vol.2, Dayton, 1987, pp.939 - 947). Недостатками указанного способа являются: - изменение химического состава сплава и его не соответствие марочному составу вследствие значительного испарения из жидкого металла легколетучих компонентов сплава; - недостаточная гомогенность получаемых слитков по легирующим компонентам, вследствие чего требуется последующий вакуумно-дуговой переплав. Задача предложенного способа - получение слитков марочного состава из отходов сплава титана, однородных по высоте и поперечному сечению, не содержащих тугоплавких неметаллических, включений и соответствующих требованиям ГОСТа по содержанию примесных элементов. Поставленная задача решается таким образом, что в известном способе получения титановых слитков в электронно-лучевой печи, включающем подготовку расходуемой заготовки из отходов титановых сплавов и ее подачу в зону плавки в промежуточную емкость, с постоянным переливом жидкого металла в кристаллизатор и формирование слитка, создают над свободной поверхностью расплава повышенное по сравнению с равновесным для марочного состава сплава парциальное давление легколетучих компонентов сплава путем подачи в зону плавления расходуемой заготовки соответствующего компонента в количестве, пропорциональном его концентрации в сплаве. Сущностью изобретения является создание над свободной поверхностью расплава повышенного парциального давления легколетучих компонентов сплава по сравнению с равновесным парциальным давлением этих компонентов над расплавом марочного состава путем подачи в зону плавления расходуемой заготовки соответствующего компонента в количестве, пропорциональном его концентрации в сплаве. Попадая в зону действия электронного луча компоненты сплава с высокой упругостью пара испаряются, создавая тем самым над свободной поверхностью расплава повышенное парциальное давление, что препятствует испарению этого компонента из расплава и обеспечивает тем самым сохранение марочного состава сплава. Так как скорость испарения легколетучих веществ из раствора пропорциональна их концентрации, то и подавать эти компоненты сплава в зону плавки следует в количестве, пропорциональном их концентрации в сплаве. Таким образом, совокупность технологических параметров и приемов выплавки в электроннолучевой установке слитков из отходов сплавов титана обеспечивает получение слитков марочного состава, однородных по высоте и поперечному сечению. Способ опробывался при выплавке слитков диаметром 130, 230, 400 и 600мм из отходов сплавов титана. Процесс получения слитков в электроннолучевой установке с промежуточной емкостью осуществляется следующим образом. Исходные шихтовые материалы (листовая, прутковая обрезь) укладывают в предварительно изготовленный из листовой обрези короб. Штоком механизма боковой подачи короб с шихтовыми материалами подают в зону плавки на промежуточную емкость. Одновременно подают прутки легколетучего элемента в зону плавления шихты. Плавление шихты, поддержание жидкой ванны металла в промежуточной емкости, обогрев поверхности формируемого слитка осуществляют электронно-лучевыми пушками. Скорость плавки и мощность электронно-лучевого нагрева задают в зависимости от химического состава шихты и требований к качеству металла слитка. Расплав металла в промежуточной емкости выдерживают определенное время до полного его усреднения и рафинирования. Затем производят слив жидкого металла в кристаллизатор на предварительно сформированную затравку. Периодически сливая жидкий металл из промежуточной емкости в кристаллизатор, осуществляют формирование слитка до полного сплавлення компонентов шихты. По мере сплавлення расходуемой заготовки дополнительно присаженные легколетучие компоненты сплава испаряются и создают над поверхностью расплава избыточное парциальное давление, что предотвращает испарение соответствующих элементов из сплава и обеспечивает сохранение марочного состава сплава. После окончания плавки в слитке выводят усадочную раковину, охлаждают слиток и проводят разгрузку. Пример. Получение слитков из отходов титановых сплавов осуществляли на электроннолучевой установке УЭ-196 ИЭС им. Е.О. Патона с промежуточной емкостью в водоохлаждаемом медном кристаллизаторе. В качестве шихты использовали листовую и прутковую обрезь сплава ВТ6С, из которой подготавливали расходуемые заготовки весом 900 ... 1100кг. В сплаве ВТ6С легколетучим компонентом является алюминий (таблица). Подавали в зону плавки алюминия марки А97 в количестве 0,3 CAl, где CAl - концентрация алюминия в расходуемой заготовке. Расходуемую заготовку сплавляли в соответствии с описанием, изложенным в данной заявке. Продолжительность выплавки одного слитка (без учета времени на подготовительные и заключительные операции) составляет в среднем 4,5ч по заявляемому способу. Всего было отлито 14 слитков. Слитки, полученные по данному способу, имеют удовлетворительную поверхность, разрывов и непроплавов нет. Исследование химического состава слитков по длине и поперечному сечению (см. таблицу) позволяет сделать вывод о том, что как для легирующих элементов, так и для примесей характерно равномерное распределение по объему слитков. Применение заявляемого способа получения слитков из отходов сплава титана в электроннолучевой печи с промежуточной емкостью позволит: - получать слитки марочного состава, однородные по высоте и поперечному сечению; - исключить из передела вторичный вакуумнодуговой переплав титановых слитков за счет высокой гомогенности выплавляемых слитков; повысить производительность технологического процесса переработки отходов титановых сплавов и увеличить сквозной выход годного металла в связи с уменьшением количества переплавов; - сократить потери металла в виде брака по химическому составу.