Установка для одержання товарного зливка сплаву

1. Установка для одержання товарного злиа ка сплаву, що містить вакуумну плавильну камеру з електронними гарматами, пристрій подання кускової шихти в зону плавлення, виливницю для формування зливка-напівпродукту, проміжну ємність і кристалізатор, яка відрізняється тим, що вилизниця для формування зливка-напівпродукту встановлена між пристроєм подання кускової шихти в зону плавлення і проміжною ємністю. 2 Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що виливниця забезпечена рухомими штовхачами, хід переміщення яких вверх-вниз більше глибини виливниці 3 Установка за пп 1 і 2, яка відрізняється тим, що над виливницею встановлений рухомий рольганг для розміщення зливка-напівпродукту і його переміщення у бік проміжної ємності. 4. Установка за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що максимальний поперечний розмір виливниці дорівнює або меший за розмір грані проміжної ємності з боку подання зливка-напівпродукту. Корисна модель стосується галузі спеціальної електрометалургії та може знайти застосування при одержанні в електронно-променевих установках з проміжною ємністю зливків високореакційних сплавів, наприклад сплавів титану. Відома електронно-променева установка містить вакуумну плавильну камеру з електронними гарматами, пристрій подання кускової шихти в зо-' ну плавлення, виливницю для формування зливка-напівпродукту, проміжну ємність І кристалізатор (Харкер Г Р., Энтрекин Ч,Х. Электроннолучевое рафинирование титана в тигле с холодным подом Фирма A. Jonson Metals. Перевод №3308 01.04.88 г. ЦНТИ "Волна") Описана установка призначена для одержання товарних зливків сплаву Ti-6AI-4V методом електронно-променевого плавлення з проміжною ємністю Недоліками установки є: - низький наскрізний вихід придатного за рахунок розбризкування металу внаслідок вибухоподібного виділення газів, хлоридів магнію або натрію та летючих компонентів при швидкому розплааленні дрібниих твердих кусочкіа, що попадають в рідкий метал проміжно* ємності, та необхідність гомогенізуючої другої вакуумно-дугової переплавки одержаного зливка через його хімічну неоднорідність; - низька продуктивність установки за рахунок необхідності зниження швидкості переплаву через нестабільність електронного нагрівання при вибухоподібному виділенні газів і хлоридів магнію при швидкому розплавленні твердих кусочків, що попадають в рідкий метал проміжної ємності; - великі наскрізні питомі витрати електроенергії за рахунок необхідності повторної переплавки зливка-напівпродукту у вакуумно-дугоаій печі; - хімічна неоднорідність по довжині зливка за рахунок нерівномірного розподілення у шихті легуючих компонентів з різною густиною при вібрації жолоба та поступовому поданні шихти в проміжну ємність, що викликає необхідність повторної переплавки одержаного зливка-напівпродукту; -хімічна неоднорідність по перерізу зливка за рахунок недостатнього часу перебування рідкого металу в проміжній ємності і, як наслідок, різних швидкостей протікання ліквідаційних явищ при формуванні зливка внаслідок зливання у кри ІО со ш 568 стапізатор рідкого металу різного ХІМІЧНОГО складу Найбільш близькою за технічного суттю та досягнутим ефектом є установка для одержання товарного зливка сплаву, яка містить вакуумну плавильну камеру з електронними гарматами, пристрій подання кускової шихти в зону плавлення, виливницю для формування злиека-напівлродукту, проміжну ємність і кристалізатор (Информация №003-18-561 о регулируемой микропроцессором печи ES 2/30/300/CF для электронно-лучевой плавки сверхчистых тугоплавких и химически активных металлов, в которой возможно осуществление плавки непрерывным потоком и новых технологических процессов ВПЦ. Перевод С-45057. 20 02.89, с. 7, 8, 10. 11, п,п 1.3 2В, 1 3 4) Ця установка забезпечує високу якість металу, апе має такі недоліки: - низька наскрізна продуктивність установки через великий сумарний час технологічних циклів одержання зливка-налівпродукту і товарного зливка, обумовлений необхідністю охолодження зливка-налівпродукту до рівня теператури, яка не викликає окиснення його поверхні та його перевантаження на повторну переплавку товарний зливок. - великі наскрізні питомі витрати електроенергіг через необхідність збільшення потужності електронного нагрівання при переплаві охолодженого злиека-напівпродукта в товарний зливок; - низький наскрізний вихід придатного через неможливість збільшення швидкості переплавки зливка-напівпродукту в товарний зливок через низьку теплопровідність сплавів титану В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача створення такої установки для одержання товарного зливка сплаву, яка б забезпечила покращення наскрізних техніко-економічних показників технологічного процесу одержання товарного зливка сплаву, тобто підвищення наскрізного виходу придатного металу в зливок, зниження питомих витрат електроенергії, та мала підвищену продуктивність за рахунок забезпечення її засобами для подання на плавку в проміжну єм- , ність неохолодженого до кімнатної температури зливка-натвпродукту та забезпечення суміщення технологічних циклів формування зливканапівпродукту і виплавлення товарного зливка за одне вакуумування плавильної камери. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованій, як і у відомій, установці для одержання тованого зливка сплаву, що містить вакуумну плавильну камеру з електронними гарматами, пристрій подання кускової шихти в зону плавлення, виливницю для формування зливканапівпродукту, проміжну ємність і кристалізатор, виливниця для формування зливка-напівпродукту встановлена між пристроєм подання кускової шихти в зону плавлення і проміжною ємністю. Особливістю установки є й те, що виливниця забезпечена рухомими штовхачами, хід переміщення яких аверх-вниз більше глибини виливниці. Особливістю установки є й те, що над виливницею встановлений рухомий рольганг для розміщення зливка-напівпродукту і його переміщення у бж проміжної ємності Особливістю установки є й те, що максималь ний поперечний розмір виливниці дорівнює або менший за розмір грані проміжної ємності з боку подання зливка-нашвпродуюу У запропонованій установці виливниця дпя формування зливка-напівпродукту встановлена між пристроєм подання кускової шихти в зону плавлення і проміжною ємністю, причому виливниця забезпечена рухомими штовхачами, хід переміщення яких вверх-вниз більше глибини виливниці, а над виливницею встановлений рухомий ропьгзи для розміщення зливка-напівпродукту і його переміщення у бік проміжної ємності та максимальний поперечний розмір виливниці дорівнює або менший за розмір грані проміжної ємності з боку подання злиока-напівпродукту, що дозволяє •здійснити технологічний процес одержання товарного зливка сплаву за одне вакуумування плавильної камери Запропонована установка забезпечує високий наскрізний вихід придатного метану у зливок, зниження наскрізних питомих витрат електроенергії та підвищення продуктивності установки при одержанні компактних товарних зливків сплавів титану з високою хімічною однорідністю Границя охолодження зливка-напівпродукту перед наступним його поданням на плавлення до рівня температури не менше 75% рданя температури лінії солідуса сплава забезпечує економічно доцільний наскрізний вихід придатного металу, питомі витрати електроенергії та продуктивність установки за рахунок мінімально необхідної потужності електронного нагрівання оплавляемого торця зливка-напівпродукта і дзеркала метала в проміжній ємності, тому що на плавлення у проміжну ємність зливок-напівпродукт подають гарячим. Зниження рівня температури ожолодженнн зливка-напівпродукту більше 75% рівня теператури лінії солідуса сплаву приводить до необхідності збільшувати потужність електронного нагрівання оппавляємого торця зливка-напівпродукту, що змінює хімічний склад товарного зливка за рахунок вибірного випаровування летючих компонентів, також приводить до зниження виходу придатного металу в зливок В запропонованій установці для одержання товарного алиэка сплаву виливниця для формування зливка-напівпродукту встановлена між пристроєм подання кускової шихти в зону плавлення І проміжною ємністю, причому виливниця забезпечена рухомими штовхачами, хід переміщення яких вверх-вниз більше глибини виливниці, а над виливницею встановлений рухомий рольганг для розміщення зливка-нашвпродукту і його переміщення у бік проміжної ємності та максимальний поперечний розмір виливниці дорівнює або менший за розмір грані проміжної ємності з боку подання зливка-напівпродукту Це дозволяє за одне вакуумування плавильної камери сформувати зливок-напівпродукт, потім за допомогою рухомих штовхачів підняти його на висоту більшу, ніж глибина виливниці, висунути рухомий рольганг, опустити зливок-напівпродукт на рольганг і здійснити переплавку зливка-напівпродукту у проміжну ємність, причому так, щоб метал з оплавляемого торця зливка-напівлродукта стікав у проміжну ємність, а не за її межі, максимальний 568 поперечний розмір виливниці дорівнює або менший за розмір грані проміжної ємності з боку подання зливка-напівпродукту Таким чином сукупність конструктивних особливостей запропонованої установки забезпечує одержання зливків сплаву з високими наскрізними техніко-економічними показниками технологічного процесу (вихід придатного металу, питомі витрати електроенергії, продуктивність) На фіг 1 показано схематичне креслення установки у позиції формування зливка-напівпродукту, на фіг 2 - схематичне креслення установки в позиці) переплаву зливка-напівлродукту в проміжну ємність з витягуванням товарного зливка з кристалізатора (стрілками вказані напрямки переміщення окремих елементів установки) на фіг 3 - переріз А-А на фіг 2, на фіг 4 - розподілення легуючих елементів по перерізу товарного зливка Процес одержання товарного зливка сплаву здійснюють таким чином Початкову шихту у вигляді титанової губки, листової обрізі, кускових відходів від кованих або пресованих виробів, лігатур і легуючих компонентів, попередньо змішаних у змішувачі, завантажують у бункер 1 КІЛЬКІСТЬ титанової губки, ВІДХОДІВ, лігатур і легуючих компонентів вводять з урахуванням їх втрат випаровуванням після подвійного електронно-променевого переплаву і одержання сплаву заданого ХІМІЧНОГО складу і маси зливка Після завантаження бункера 1 шихтовими матеріалами вакуумують плавильну камеру 2 При досягенні робочого тиску в плавильній камері 2 вмикають ланцюги живлення і керування електронних гармат 3, 4 і шихту з бункера 1 подають з заданою швидкістю у виливницю 5, в ЯКІЙ максимальний поперечний розмір дорівнює або менший за розмір грані проміжної ємності з боку подання зливка-напівпродукту на наступну переплавку Це забезпечує при наступному переплавленні зливка напівпродукту стікання рідкого металу в проміжну ємність, а не за її межі (фіг 1, 3) Під Д»ЄЮ електронних променів гармат 3, 4 шихта розплавляється, при цьому здійснює обігрівання дзеркала металла у виливниці по всьому поперечному перерізу Це забезпечує формування зливканапівпродукту 6 нарощуванням шарів з рівномірним розподіленням легуючих компонентів і сумішей лише в горизонтальних площинах, тобто по довжині та ширині зливка-напівпродукту 6, а у вертикальних площинах, тобто по висоті зливканапівпродукту 6 - ХІМІЧНИЙ склад неоднорідний За процесом плавлення шихти у виливниці 5 ведуть нагляд за допомогою телевізійної оглядової системи 7 При повному сплавленні початкової шихти і одержанні зливка-напівпродукту 6 заданої маси вмикають ланцюги живлення і керування електронними гарматами 3, 4, зливок-напівпродукт охолоджують до рівня температури не менше 75% рівня температури лінії солідуса сплаву, потім за допомогою штоку 8 і штовхзчів 9, 10, хід переміщення яких вверх-вниз більше глибини виливниці 5, зливок-напівпродукт 6 підіймають вверх до заданого рівня За допомогою штоку 11 механізму горизонтального переміщеня (на фіг 1, 2 не показаний) під зливок-напівпродукт 6 над ви ливницею 5 вводять рольганг 12 таким чином, щоб наконечник 13 рольганга 12 увійшов в уловлювач 14 (фіг 2) Шляхом переміщення штоку 8 з штовхачами 9, 10 вниз опускають зливокнапівпродукт 6 на рольганг 12 Вмикають паицюг» живлення і керування електронними гарматами 15, 16 Зливок-напівпродукт б штоком 17 механізму горизонтального подання (на фіг 1, 2 не показаний) подають в зону плавлення над проміжною ємністю 18, де ПІД впливом електронного променю гармати 15 оплавляють торець зливканапівпродукту 6 і рідкий метал стікає у проміжну ємність 18 Після заповнення проміжної ємності 18 рідким металом останній самопливом зливається у кристалізатор 19 на піддон 20 Вмикають електронну гармату 16 для обігрівання ванни рідкого металу в кристалізаторі 19 Після початку зливання металу з проміжної ємності 18 у кристалізатор 19 в залежності від марки сплаву встановлюють необхідні лінійну швидкість переміщення зливка-напівлродукту в зону дії електроного променя гармати 15 і потужність нагрівання дзеркала металу в проміжній ємності 18 і рідкої ванни металу в кристалізаторі 19 При плавленні з заданими швидкістю і потужністю електронного нагрівання оплавляемого торця зливка-напівпродукту 6 і дзеркала метала в проміжній ємності 18 метал додатково рафінується і усереднюється його ХІМІЧНИЙ склад за рахунок того, що сплавлення зливка-напівпродукту здійснюють у площині з неоднорідним хімічним складом по його висоті, причому тяжкі неметалеві вкраплення в процесі плавлення затримуються бар'єром 21 проміжної ємності 18 Це забезпечує одержання товарного зливка зі стабільним однорідним хімічним складом як по його перерізу, так і по його довжині За процесом переплавлення зливка-напівпродукту 6 ведуть нагляд за допомогою телевізійної оглядової системи 22 У міру сплавлення зливка-напівпродукту 6 у кристалізаторі 19 формують товарний зливок 23 до закінчення технологічного процесу Вимикають ланцюги живлення і керування гармати 15 Потім у зливку 23 виводять усадкову раковину по заданій програмі обігрівання електронним променем гармати 16 і за допомогою штока 24 механізма витягування товарного зливка 23 {на фіг 2 не показаний) опускають його в камеру 25 зливка, закривають шлюзовий затвор 26 камери 25 зливка, розвакуумують плавильну камеру 2, опускають І відкочують камеру 25 зливка разом із шлюзовим затвором 26 в позицію охолодження І вивантаження товарного зливка 23 (фіг 3) Здійснюють чищення плавильної камери 2, проміжної ємності 18 і кристалізатора 19, завантажують бункер 1 новою порцією підготовленої шихти, підкочують камеру 27 зливка зі шлюзовим затвором (на фіг 3 не показаний) і пристикоаують її до плавильної камери 2 Установку вакуумують і технологічний процес одержання товарного зливка сплаву повторюють Вивантаження одержаного товарного зливка 23 здійснюють після його охолодження в середовищі гелію в камері 25 зливка протягом потрібного часу Приклад Одержання хімічноодпорідного складу товарного зливка сплаву TI-6AI-4V здійснювали в 568 електронно-променевій установці в умовах дослід но-промислового цеху Як шихту для одержання зливка-напівпродукту використовували листову обрізь та кускові відходи сплаву Tt-6Ai-4V, ванадій-алюмінієву лігатуру ВнАл-Ю ( ТУ 48-4-50588), алюміній марки А-99 (ГОСТ 11069-74) t титанову губку марки ТҐ-100 {ГОСТ 17746-79). Перед плавленнями листову обрізь, кускові відходи сплаву Ti-6AI-4V і алюміній попередньо подрібнювали до розміру фракцій титанової губки на лігатури й усі компоненти шихти змішували у змішувачі для одержання однорідної партії на виплавлення одного товарного зливка При цьому кількість завантажуваних відходів не перевищувала 20-30% маси шихти для виплавлення зливканашвлродукту Маса початкової шихти в середньому складала 460-480 кг, маса зливюв-напівлродуктїв - 420-440 кг, а маса товарних зливків 410-430 кг. Одержання товарних зливків здійснювали а використанням виливниці, геометричні розміри якої складали: довжина 0,8 м, ширина 0,6 м, висота 0,25 м, проміжної ємності перерізом (0,66 х 0,3) м 2 та прямокутного кристалізатора перерізом (0,405 х 0,205) м По запропонованій технології було виплавлено більше 25 товарних зливків сплаву Ti-6AI-4V Для порівняння здійснювали одержання товарних зливків сплаву ТІ-бАМУ масою 390-405 кг за технологічним процесом прототипу Експериментальні дані (див. таблицю, фіг. 4) по виробництву зливків сплаву Ti-6A1-4V в межах заявлених технологічних параметрів і конструктивних особливостей установки підтверджують досягнення поставленої мети і показують, що порівняно з технологічними параметрами і конструктивними особливостями установок, що відрізняються ВІД заявлюваних, при повному задоволенні вимог ГОСТ 19807-91 на сплав ВТ6 І ASTM B348-83 Grede 5 за вмістом основних домішків і рівномірним розподіленням у зливку легуючих елементів. Застосування способу і установки дозволить' -збільшити наскрізний вихід придатного металу в товарний зливок на 4-6%; - зменшити наскрізні питомі витрати електроенергії в 1,5-2 рази, - збільшити продуктивність установки в 1,8-2 рази; - підвищити стабільність механічних властивостей виробів Техніко-економічна ефективність одержання товарних зливків сплаву Ti-6A1-4V Спосіб одержання За прототипом Заявлений Рівень температури охолодження зливкаиапіопродукту від рівня температур» лінії сопідуса сплаву, % Наскрізні техиіко-економічні показники Вихід придатного, % Питомі витрати електроенергії, кВг-год/кг 86,48 6,8 114,6 92,16 3,3 3,8 4,5 238,4 1,5 85 75 90,74 60 88,52 Фіг. 1 Продуктивність, т/год 207,4 187,9 568 л J7 л шахта. V /1 nzrj г* ^ ^ * * 22 \ \A f n Li! \ f EC /^ \£ 2-і iS №ll 4 r I (Г £2. r1 \20 ^ J& Фіг. 2 •азиш я аю&тосаш***1 # І _._J зливка багуунни/ насоа/S Фіг. З \5 \/, 568 /ДО /побарного зливка srao. /vac.. Фіг. 4 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство "Патент" Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (031-22)3-72-89 (031-22)2-57-03