Спосіб магнітокерованої електрошлакової плавки титанових сплавів

Спосіб магнітокерованої електрошлакової плавки титанових сплавів, який включає плавку витратного електроду і кристалізацію зливка в кристалізаторі з використанням зовнішнього Винахід належить до області металурги, а саме до магнітокерованої електрошлакової плавки, і може знайти застосування в виробництві титанових сплавів Відомий спосіб магнітокерованої електрошлакової плавки титану і сплавів на його основі, який включає в себе плавку витратного електроду і кристалізацію зливка в кристалізаторі під впливом зовнішнього радіального магнітного поля (патент США №6113666, 9/2000) Цей спосіб дозволяє отримувати титанові зливки з високою ХІМІЧНОЮ і фізичною однорідністю і дрібнозернистою кристалічною структурою металу Він також дозволяє ефективно розчиняти і виводити в гарнісажну скоринку оксинітриди титану - дефекти типу LDI (Low Density Inclusions) Однак, одним з недоліків цього способу є низька ефективність видалення тугоплавких шкідливих включень високої ЩІЛЬНОСТІ - так званих дефектів типу HDI (High Density Inclusions) Ці дефекти являють собою включення на основі WC, МоС та ш , які потрапляють в металургійну ванну з шихтовими компонентами Наявність таких дефектів в металі значно погіршує його ресурсні характеристики В основу винаходу покладене завдання, створити такий спосіб магнітокерованої електрошлакової плавки титанових сплавів, який ПЛАВКИ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ поздовжньо-радіального магнітного поля, який відрізняється тим, що в нижніх шарах шлакової ванни, по її периферії, утворюють зону для осадження шкідливих включень, а зовнішнє поздовжньо-радіальне магнітне поле концентрують в верхніх шарах шлакової ванни та забезпечують обертальний рух розплаву, що призводить до направленого переміщення рідкого електродного металу в зону осадження, а також до її заповнення та наступного осадження шкідливих включень в цій зоні, при цьому металеву ванну формують із рідкого металу, що перетікає в неї при переповненні зони осадження, верхній рівень якої знаходиться вище дзеркала металевої ванни завдяки особливостям течій металургійного розплаву та наявності зони осадження дозволив би видаляти HDI включення з металу зливка і за рахунок цього покращити його експлуатаційні показники Поставлене завдання вирішується тим, що у способі магнітокерованої електрошлакової плавки титанових сплавів, який включає плавку витратного електроду та кристалізацію зливка в кристалізаторі з використанням зовнішнього поздовжньо-радіального магнітного поля, ВІДПОВІДНО винаходу в нижніх шарах шлакової ванни, по її периферії, створюють зону для осадження шкідливих включень, а зовнішнє поздовжньо-радіальне магнітне поле концентрують в верхніх шарах шлакової ванни та забезпечують обертальний рух розплаву, що призводить до направленого переміщення рідкого електродного металу в зону осадження, а також до її заповнення та наступного осадження шкідливих включень в цій зоні, при цьому, металеву ванну формують із рідкого металу, що перетікає в неї при переповненні зони осадження, верхній рівень якої знаходиться вище дзеркала металевої ванни Використання зовнішнього поздовжньорадіального магнітного поля, яке зосереджене в верхніх шарах шлакової ванни, дозволяє створити О о (О ю ю ю 55560 в шлаковій ванні електровихрові течи, які виносять електродні краплини на периферію шлакової ванни і потім в зону осадження, де HDI включення осідають у вигляді металевого гарнісажу Спосіб магнітокерованої електрошлакової плавки титанових сплавів пояснюється фігурами 1 і2 На фіг 1 схематично зображений пристрій для здійснення способу згідно винаходу, а на фіг 2 схематичне зображення характеру обертання шлакового розплаву при магнітокерованій електрошлаковій плавці Сутність способу заключається в наступному Електричний струм пропускають через витратний електрод 1 (фиг 1), шлакову ванну 2, металеву ванну 3 і метал зливка 4 В результаті проходження скрізь шлакову ванну електричного струму, в ній виділяється основне тепло, так як питомий опір рідкого шлаку на 2-3 порядки більше опору твердого і розплавленого металу Витратний електрод розплавляється в шлаковій ванні з утворенням металевої ванни і подальшим формуванням зливка Процес плавлення металу здійснюється під впливом зовнішнього магнітного поля, створеного електромагнітним пристроєм 5 Зона плавлення металу та розігрітий до високої температури електрод ізольовані від атмосфери вакуумною камерою 6, і герметично з'єднаним з нею Тобразним кристалізатором 7 Перед плавкою плавильна камера піддається вакуумуванню, а потім заповнюється інертним газом В процесі плавки електричний струм, який має ЩІЛЬНІСТЬ J взаємодіє з ЗОВНІШНІМ, створеним електромагнітною системою, магнітним полем В _ утворюючи електромагнітні сили е в розплаві Fe = ]хВ Так як в циліндричних координатах z, r, cp електричний струм має складові (j z , j r , 0), а зовнішнє магнітне поле - (B z , Br, 0), то Fe =J JxB , е електромагнітна сила буде мати Fe =(0,0,uB r - j r B/ z ) -,- _ е v JZ r Jr z складові Тобто зовнішнє магнітне поле 8 (фіг 2) при взаємодії зі струмом плавки створює азимутальну електромагнітну силу, яка призводить до обертання розплаву навколо ВІСІ симетрії як це показано стрілкою 9 При цьому, складові електромагнітної сили j z B r і j r B z діють в одному напрямку Якщо, зовнішнє поздовжньо-радіальне поле зосередити в верхніх шарах шлакової ванни, то це поле там буде мати найбільше значення індукції, і ВІДПОВІДНО обертання розплаву у верхніх шарах ванни буде максимальним Розплав шлаку буде відкидатися від ВІСІ ванни з більшою силою в верхніх шарах ванни і з меншою - в нижніх Під дією розподіленою таким чином відцентрової сили, яка умовно зображена позицією 10, розплав приходить до руху, показаного стрілкою 11, в площині z-r Наявність такого руху в шлаковій ванні призводить до того, що краплини розплавленого металу та нерозчинені включення під дією відцентрових сил та течій шлаку, потрапляють спочатку в зону осадження 12, яка може бути виконана у вигляді канавки, а потім через прорізи перетікають в металеву ванну При цьому, ШКІДЛИВІ HDI включення осідають в канавці у вигляді металевого гарнісажу 13 Оптимальне значення індукції зовнішнього магнітного поля визначається окремо, для кожного конкретного випадку, виходячи з типорозміру електроду, зливка, складу флюсу та електроду, та конструктивних особливостей кристалізатора Приклад 3 використанням запропонованого способу і способу прототипу було виплавлено 6 зливків титанового сплаву ВТ22 Витратні електроди були виконані в вигляді прутків діаметром 105мм, в центральну частину яких навмисно вводили включення WC В таблиці наведені режими плавок і результати досліджень наявності в зливках включень WC Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 6 Спосіб плавки Спосіб Прототип Запропонований Спосіб Сила струму плавки, А Індукція магнітного поля, Тл 7000 6500 7000 7000 6500 6500 0,6 0,8 0,4 0,6 0,8 1,0 Як видно із Таблиці, використання запропонованого способу плавки на оптимальних КІЛЬКІСТЬ КІЛЬКІСТЬ включень в електроді включень в зливку 5 5 Характеристика процесу Сталий Сталий Сталий сталий сталий несталий режимах, дозволило виділити приблизно 80% шкідливих HDI включень, в той час, як спосіб прототип тільки 15% 6 6 55560 В Фіг.2 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24