Спосіб електронно-променевої плавки титанової губки

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может найти применение при получении слитков и слябов технически чистого титана в электронно-лучевых установках. Известен способ электронно-лучевой плавки титановой губки, включающий подачу по вибропитателю неуплотненной титановой губки непосредственно в кристаллизатор, плавление губки электронными лучами и формирование слитка [Kanayama I.H., Kusamich! Т., Muraoka Т. and other//The Jron and Steel Institute of Japan. 1991, - v. 31, № 8. - P. 806-914]. Недостатками способа являются низкая надежность данного технологического процесса, обусловленная образованием на носике вибратора настылей, препятствующих дальнейшей подаче губки в кристаллизатор; низкий выход годного металла из-за разбрызгивания титана при попадании холодных кусков губки в жидкий металл; наличие физических дефектов в слитке, обусловленных не полным расплавлением кусков титановой губки. Известен способ электронно-лучевой плавки титановой губки, включающий прессование из губки расходуемого электрода, его плавление электронными лучами над промежуточной емкостью, слив жидкого металла в кристаллизатор и формирование в нем слитка [Информация № 003-18-561 о регулируемой микропроцессором печи Ε 2/30/3001 СР для электронно-лучевой плавки сверхчистых тугоплавких и химически активных металлов, в которой возможно осуществление плавки непрерывным потоком и новых технологических процессов, -1988, - 33 с]. Недостатком способа является высокая себестоимость и трудоемкость передела из-за необходимости использования дорогостоящего специализированного прессового оборудования. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ электроннолучевой плавки титановой губки, включающий подачу по вибропитателю неуплотненной титановой губки в промежуточную емкость, плавление губки электронными лучами, слив жидкого металла в кристаллизатор и формирование в нем слитка [Патент Японии № 62-177135, кл. С 22 В 9/22, от 04.08.87 г]. Недостатками указанного способа являются: - низкая надежность данного технологического процесса, обусловленная образованием на носике вибратора настылей, препятствующих дальнейшей подаче губки в промежуточную емкость; - низкий выход годного металла из-за разбрызгивания титана при попадании холодных кусков губки в жидкий металл. Задачей изобретения является повышение технико-экономических показателей (в частности, надежности и выхода годного металла) технологии получения слитков и слябов из титановой губки методом электроннолучевой плавки. Поставленная задача решается тем, что в известном способе электронно-лучевого переплава титановой губки, включающем подачу губки в зону действия электронных лучей, ее плавление в промежуточную емкость, слив жидкого металла в кристаллизатор и формирование в нем слитка, губку подают в расходуемом титановом коробе, у которого площадь оплавляемой грани превышает площадь зеркала металла в промежуточной емкости не более, чем в три раза, а плавку ведут поддерживая энергетическую эффективность процесса І в диапазоне (0,7 - 2,1) 10-7кг/Дж причем суммарную мощность нагрева W оплавляемой грани и зеркала металла определяют из выражения где Ρ -давление в камере плавки, Па; S - быстрота действия вакуумной системы, м3/с к - характеристическая константа электронно-лучевой пушки; g - газонасыщенность титановой губки,м3/с Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что губку подают в расходуемом титановом коробе, у которого площадь оплавляемой грани превышает площадь зеркала металла в промежуточной емкости не более, чем в три раза, что обеспечивает стабильность расплавления губки и высокую надежность технологического процесса, а плавку ведут, поддерживая энергетическую эффективность процесса в диапазоне 0,7 - 2,1 10-7кг/Дж причем суммарная мощность нагрева оплавляемой грани и зеркала металла определяют из выражения что обеспечивает высокий выход годного металла и производительность процесса, что подтверждает соответствие заявляемого способа критерию изобретения "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т.е. специальной электрометаллургии и смежных областях (черная и цветная металлургия), позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия". При указанных параметрах технологического процесса и техники электронно-лучевой плавки подтверждается существенность отличия и новизна заявляемого способа, так как обеспечивается получение качественных титановых слитков методом электронно-лучевой плавки титановой губки с повышенным выходом годного металла и производительностью установки. Предельные параметры технологического процесса электронно-лучевой плавки титановой губки выбирают на основе экспериментальных исследований. Верхний предел отношения площади оплавляемой грани расходуемого короба с титановой губкой к площади зеркала металла в промежуточной емкости обусловлено требованием надежности и стабильности технологического процесса. При увеличении данного отношения свыше трех жидкий металл не успевает стекать с оплавляемой грани в промежуточную емкость и скорость плавки резко уменьшается. Нижний предел энергетической эффективности процесса (0,7*10-7 кг/Дж) обусловлен техникоэкономическими показателями технологии плавки. При дальнейшем снижении энергетической эффективности процесса происходит уменьшение скорости плавки при значительном увеличении потерь металла на испарение, что экономически нецелесообразно. Верхний предел энергетической эффективности процесса (2,1*10-7кг/Дж) обусловлен требованиями надежности и стабильности процесса плавки. При дальнейшем увеличении энергетической эффективности подаваемая в промежуточную емкость титановая губка не успевает полностью расплавляться и кусками падает в промежуточную емкость, что приводит к интенсивному разбрызгиванию металла и частым остановкам процесса плавки. Таким образом, совокупность технологических параметров и техники электронно-лучевой плавки титановой губки обеспечивает получение качественных слитков и слябов технически чистого титана с повышенными технико-экономическими показателями. Процесс электронно-лучевого переплава титановой губки осуществляют следующим образом. Из кусков или обрези тонкостенного титанового листа изготавливают короб требуемых размеров, наполняют его титановой губкой и загружают в устройство горизонтальной подачи электронно-лучевой установки с промежуточной емкостью. После загрузки короба с титановой губкой установку вакуумируют, при этом через верхнюю открытую грань короба происходит предварительное удаление влаги из титановой губки. При достижении рабочего давления в камере плавки включают цепи питания и управления электронных пушек. Расходуемый короб механизмом подачи подают в зону плавки над промежуточной емкостью. После прогрева расходуемый короб с заданной энергетической эффективностью в диапазоне (0,7-2,1)*10-7 кг/Дж сплавляют в промежуточную емкость. При этом соблюдают условие, чтобы площадь оплавляемой грани не превышала площадь зеркала металла в промежуточной емкости не более, чем в три раза. Жидкий металл сливают из промежуточной емкости в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, где происходит кристаллизация жидкого металла и формирование слитка (сляба). Плавление короба с губкой, поддержание жидкой ванны металла в промежуточной емкости, обогрев поверхности формируемого слитка осуществляют электронными лучами. При полном сплавлении расходуемого короба в слитке выводят усадочную раковину, охлаждают слиток в вакууме или среде инертного газа, развакуумируют установку и производят выгрузку готового слитка. Пример. Электронно-лучевой переплав титановой губки марки ТГ-120 с газонасыщенностью 150± 50 м Па/кг осуществляли на лабораторной установке УЭ-208, оснащенной пушками высоковольтного тлеющего разряда с характеристической константой равной 0,12' 10 и масляным бустерным насосом НВБМ-5 с быстротой действия 5 м3/с. Титановые короба длиной 800 мм и поперечным сечением 300x300 мм изготавливали из листовой обрези сплава ВТ1-00 толщиной 2 мм. Расходуемые короба сплавляли через промежуточную емкость размером 380x250 мм в слиток диаметром 165 мм. Масса слитков составляла 35-40 кг. Плавки проводили в соответствии с описанием, изложенным в заявке. Технологические параметры плавок определены в таблице. Отношение площади оплавляемой грани короба Fк к площади зеркала металла в промежуточной емкости Fпе варьировали за счет изменения размеров ванны жидкого металла в промежуточной емкости и высоты наполнения короба титановой губкой. Давление в камере плавки при проведении данной серии плавок варьировалось в диапазоне 0,5-3Па. Приведенные в таблице данные подтверждают достижение поставленной цепи и показывают, что применение способа позволяет повысить технико-экономические показатели и надежность технологии электронно-лучевой плавки титановой губки.