Спосіб індукційного переплаву металів та сплавів

Союз Советских Социалистических Республик К (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.06.79 . Кл.3 (21)2776396/22-02 с присоединением заявки № Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий С 21 С 5/56 (23) Приоритет Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12 Дата опубликования описания 30.03.81 (53)УДКб69.18.27 (088.8) (72) Авторы изобретения Ю.В.Латаш, И.В.Шейко, Г.М.Григоренко, В.М.Баглай и Г.А.Высоцкий (71) Заявитель Ордена Ленина и ордена Трудового красного Знамени институт электросварки им. Е. О. Патона АН Украинской ССР (54) СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО ПЕРЕПЛАВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 1 Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для производства высококачественных слитков из алюминиевых сплавов, титана и сплавов с широким интервалом кристаллизации. В современной электрометаллургии широкое применение для производства высококачественных металлов и спла10 вов получил индукционный метод плавки. Однако серьезным недостатком его является наличие контакта жидкого металла со стенкой тигля из огнеупорного материала, который при- 15 водит к загрязнению металла вредными примесями. Кроме того, для получения слитков из металла индукционной выплавки его разливают в изложницы. Поэтому, такие слитки, как 20 правило, имеют дефекты усадочного происхождения, что приводит к значительным потерям годного металла. Известны методы индукционной плавки металлов и сплавов в индукционном 25 охлаждаемом тигле. Сущность индукционной плавки в секционном тигле заключается в том, что вместо тигля из огнеупорного материала используется секционный охлаждаемый тигель 30 из меди, что делает его прозрачным для электромагнитного поля, в этом случае устраняется загрязнение жидкого металла вредными примесями L1]. Однако готовый металл из холодного тигля сливают в изложницы или формы, где и происходит его кристаллизация. Полученные слитки имеют все пороки, характерные для обычных методов литья. Наиболее близким к предлагаемому является способ индукционно-шлаковой выплавки слитков, для которого характерно, что плавка металла и его кристаллизация , т.е. формирование слитка, происходит в секционном охлаждаемом кристаллизаторе. Сущность этого метода состоит в том, что в секционный кристаллизатор, установленный в герметичной камере, производится порционная загрузка кусковой шихты или подается в кристаллизатор металлическая расходуемая заготовка. Поступающий в кристаллизатор металл попадает в электромагнитное поле индуктора, установленного снаружи кристаллизаторами расплавляется. Одновременно в кристаллизатор подают небольшое количество флюса, который, расплавляясь от контакта с жидким ме- ' 817069 таллом,образует на стенке тигля т.онкую корку. Шлаковая корка предотвращает закорачивание секций жидким металлом» По мере наполнения кристаллизатора жидким металлом происходит формирование слитка, и его по ходу плавки вытягивают вниз [2]. Недостатками известного метода {индукционной плавки являются наличие істенки "секционного охлаждаемого кристаллизатора между индуктором и металлическим расплавом, приводящее к дополнительным потерям электроэнергии; неудовлетворительное формирование боковой поверхности слитка из-за того, что жидкий метапл может зате4 кать в зазоры между секциями , опасность образования горячих трещин в слитке при заклинивании его в процессе вытягивания из секционного кристаллизатора; необходимость применять шлак для изоляции слитка от стенки кристаллизатора, что может повлечь за собой переход вредных примесей из шлака в металл (например, водорода или фтора). Цель изобретения - повышение качества поверхности слитка, повышение КПД процесса, снижение удельного расхода электроэнергии и упрощение плавильного оборудования и управления процессом плавки. Поставленная цель достигается тем, 30 что в способе индукционной плавки, включающем операции последовательного оплавления металлической расходуемой заготовки в электромагнитном высокочастотном поле, формирование металли- • ческой ванны в поле индуктора, формирование слитка в охлаждаемом кристаллизаторе и вытягивание слитка из кристаллизатора по ходу плавки,в процессе переплава верхнюю часть металлической ванны, которая расположена в индукторе, удерживают электромагнитным полем над верхним срезом, кристаллизатора, при этом донная часть ванны опирается на спиток, расположенный в кристаллизаторе, причем, высоту выступающей иод кристаллизатором части металлической ванны устанавливают равной (0,4-1,0) D K P , где Dкр • диаметр кристаллизато• ра, мм. На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. $ В многовитковый индуктор 1, установленный соосно над охлаждаемым 55 кристаллизатором 2, вводят сверху нижний конец расходуемой металличес'кой заготовки 3= Снизу в кристаллизатор 2 вводят поддон (не показан). На индуктор подают питание от высокочастотного источника питания и начинают плавить расходуемую заготовку З в электромагнитном поле, создаваемом индуктором 1. Жидкий металл с расходуемой заготовки попадает на поддон и по мере оплавления расходу емой заготовки наполняет кристаллизатор , образуя металлическую ванну 4. При этом полностью сформированная металлическая ванна своей верхней частью выступает над верхним срезом кристаллизатора на (0,4-1,0) Окр. Удерживают ванну в таком положении полем индуктора. После сформирования ванна 4 включают привод перемещения поддона и начинают вытягивать слиток 5 из кристаллизатора 2, поддерживая неизменным уровень металлической ванны относительно верхнего среза кристаллизатора. В процессе плавки расходуемая металлическая заготовка 3 постепенно оплавляется в электромагнитном поле индуктора и ее опускают вниз, В конце плавки подачу расходуемой заготовки 3 прекращают и жидкий металл в дальнейшем не поступает в металлическую ванну 4. Вытягивание слитка 5 продолжают до тех пор, пока уровень металлической ванны не окажется ниже верхнего среза кристаллизатора 2, т.е. ванна 4 полностью окажется в кристаллизаторе 2. После этого питание индуктора 1 отключают и слиток 5 извлекают из кристаллизатора 2. Размещение верхней части металлической ванны над верхним срезом кристаллизатора и удержание ее полем индуктора позволяет исключить экранирующее действие стенки кристаллизатора и получить эффективную передачу энергии от индуктора к металлу. Поскольку донную часть ванны размещают в охлаждаемом кристаллизаторе, то это позволяет сформировать ровную боковую поверхность слитка, так как при такой схеме переплава отпадает необходимость применять секционированный кристаллизатор. Кроме того, размещение верхней части металлической ванны в индукторе, установленном над кристаллизатором, и удержание в электромагнитном поле индуктора позволяет виэуалььо контролировать положение ванны относительно индуктора и кристаллизатора и положение расходуемой заготовки относительно ванны и индуктора, что значительно упрощает управление процессом плавки. П р и м е р . Переплав титановой губки и алюминиевого сплава, содержащего до 4-,Q% Mg . Над кристаллизатором Ф 100 мм и высотой 120 мм устанавливают соосно индуктор, состоящий из шести витков. Индуктор питают от высокочастотного лампового генератора мощностью 100 кВт. Частота тока, питающего индуктор, составляет 66 кГц. Снизу в кристаллизатор входит поддон, закрепленный на штоке механизма вертикального перемещения. 817069 На поддон помещают затравку и вводят его в кристаллизатор так, чтобы затравка на 10-20 мм находилась ниже верхнего среза кристаллизатора. Сверху в индуктор вводят расходуемую заготовку из алюминиевого сплава с и включают питание индукгора. Через 3-5 мин после включения питания индуктора расходуемая заготовка начинает плавиться и жидкий металл поступает іна затравку. После того как жидкий ,~ металл заполняет кристаллизатор, уровень его поднимается над верхним срезом кристаллизатора, где он удерживается полем индуктора. Емкость металлической ванны изменяют путем изменения высоты выступающей над крис-*5 таллизатором части металлической ванны. Установлено, что хорошее качество боковой поверхности слитка и его структуры достигается при высоте выступающей над кристаллизатором час- 20 ти ванны равной (0,4-1,0) D*p. После того, как высота выступающей над кристаллизатором части ванны достигает указанного значения, включают привод и производят вытягивание слитка. Фор- 25 мирование боковой поверхности слитка происходит в обычном, а не в секционном кристаллизаторе. По мере оплавления расходуемой заготовки ее опускают вниз в зону индуктора. 30 При переплаве титановой губки в начале плавки помещают на затравку несколько кусков губки, затем включают питание индуктора и расплавляют ее. По ходу плавки производят порци35 онную подачу губки в индуктор при помощи дозирующего устройства. Выплавленные слитки имеют хорошее качество поверхности и однородную структуру .Поскольку формирование слитка происходит не в секционном кристалли- 40 'заторе, то в процессе вытягивания слитка заклинивания не происходит, что предотвращает образование горячих трещин. Удельный расход электроэнергии при переплаве алюминиевого 45 сплава составляет 1,6-1,7 кВт» ч/кг, что на 17% ниже, чем при переплаве в секционном кристаллизаторе. Для 6 • титана удельный расход электроэнергии составляет 3,6-3,8 кВт-ч/кг. Это на 2 3% ниже, чем при плавках в секционном кристаллизаторе. Использование предлагаемого способа исключает заклини&ание слитка при его вытягивании из кристаллизатора и образование горячих трещин в слитке, повышает КПД процесса, снижает удельный расход электроэнергии на выплавку металла, упрощает конструкцию кристаллизатора и управление процессом плавки. •Формула изобретения Способ индукционного переплава металлов и сплавов, включающий последовательно оплавление металлической расходуемой заготовки, или порцион1 ное плавление кусковой шихты в элект- ромагнитном поле повышенной частоты, формирование слитка в охлаждаемом кристаллизаторе и вытягивание слитка из кристаллизатора по ходу плавки, о т л и ' ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью повышения качеств а поверхности слитка, повышения КПД процесса, снижения удельного расхода электроэнергии и упрощения: плавильного оборудования и управления процессом плавки, в процессе переплава верхнюю часть металлической ванны размещают в индукторе и удерживают ее электромагнитным полем над верхним срезом кристаллизатора, при этом донную часть ванны опирают на слиток, расположенный в кристаллизаторе, а высоту удерживаемой над кристаллизатором части ванны поддерживают равной (0,4-1,0) диаметра кристаллизатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Петров Ю,Б. и Ратников Д.Г. Холодные тигли. М., "Металлургия", 1972, с. 90-115. 2. Электрошлаковый переплав. Сборник Под ред. Б.И.Медовара, Киев, "Наукова думка", 1977, с. 264-274. 817069 Редактор Е.Дичннская Составитель А. Щербаков Техред Е.Гаврнлешко Корректор М. Коста Заказ 1234/33 Тираж 618 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. , д. 4/5 Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4