Витратний порошковий електрод для електрошлакової технології

Реферат: Витратний порошковий електрод для електрошлакової технології містить металеву оболонку Пподібної форми, в середині якої по всій довжині розташована стрічка та засипана шихта, і металеву пластину. Стрічка виконана у вигляді прямокутних дозуючих комірок, висоту яких визначають за формулою. UA 75516 U (54) ВИТРАТНИЙ ПОРОШКОВИЙ ЕЛЕКТРОД ДЛЯ ЕЛЕКТРОШЛАКОВОЇ ТЕХНОЛОГІЇ UA 75516 U UA 75516 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до електрометалургії, а саме до витратних електродів, які можуть бути використані в електрошлаковій технології. Для забезпечення багатокрапельного переносу з електродного торця, з метою зміни характеру кристалізації відливки при електрошлаковій технології, використовують електроди спеціальної конструкції [1], або додаткові обертання електрода [2] та накладання магнітного поля [3]. Недоліками цих засобів є переважне їх використання для отримання масивних відливок та необхідність додаткового обладнання для їх реалізації [1-3]. Крім того, обертання електрода [2] використовують лише при переплаві на постійному струмі. Найбільш близьким до заявленого порошкового електрода, за технічною суттю та результатом, який вибрано за прототип, є порошковий електрод для електрошлакової технології [4], який складається з металевої оболонки та шихти. Оболонка виготовлена у вигляді металевого короба П-подібної форми і металевої пластини, та в оболонці по всій довжині розташована змієвидна стрічка. Недоліком даного порошкового електрода є зниження якості отриманих відливок при виплавці сталей, які потребують шихти з тугоплавких феросплавних компонентів (наприклад, ферохром, ферованадій, феромолібден і т.п.), що мають температуру плавлення більшу ніж температура плавлення металевої стрічки та оболонки електрода, внаслідок виникнення в осьовій зоні відливки неоднорідності макроструктури, яка спричинена нерівномірним асиметричним характером потрапляння в металеву ванну нерозплавлених частинок шихти. В основу корисної моделі поставлена задача - розробки конструкції порошкового витратного електрода для електрошлакової технології, шляхом конструктивних вдосконалень, що дозволить отримання якісних відливків при використанні в шихті тугоплавких легуючих елементів за рахунок поліпшення у процесі електрошлакового переплаву умов кристалізації в осьовій зоні відливки завдяки рівномірній подачі тугоплавких легуючих елементів та формуванню неглибокої металевої ванни з фронтом кристалізації максимально наближеним до плоского. Поставлена задача вирішується наступним чином: витратний порошковий електрод для електрошлакової технології, який складається з металевої оболонки П-подібної форми, в середині якої по всій довжині розташована стрічка та засипана шихта, і металевої пластини, причому стрічка виконана у вигляді прямокутних дозуючих комірок, висоту яких визначають за формулою: h  mкз  Dкр  mкз  1,27  35 BC , Kз (1), де h - висота дозуючої комірки, мм; mкз - коефіцієнт, який залежить від діаметра кристалізатора при заданому коефіцієнті заповнення; mкз  0,10  0,16 ; Dкр - діаметр кристалізатора, мм; B - ширина металевої оболонки, мм; 40 45 50 55 C - товщина металевої оболонки, мм; K з - коефіцієнт заповнення кристалізатора. Саме така конструкція порошкового електрода в поєднанні з металевою стрічкою у вигляді прямокутних дозуючих комірок при переплаві методом електрошлакової технології дає змогу регулювати температурні параметри металевої ванни, забезпечувати отримання плоского фронту кристалізації та ефективно збільшити дисперсність осьової литої структури, яка визначається відстанню між осями дендритів другого порядку і як наслідок отримання відливок підвищеної якості. Досягається це тим, що прямокутна форма металевої вставки, яка розділяє внутрішній об'єм електрода на дозуючі комірки, забезпечує рівномірну подачу нерозплавлених частинок тугоплавкої шихти по всій площі металевої ванни. Це дає змогу підвищити швидкість кристалізації сталі за рахунок зняття перегріву металевої ванни та формування додаткових ендогенних центрів кристалізації (дія аналогічно введенню інокуляторів [5]). Таким чином рівномірна подача тугоплавких компонентів шихти по всій площі металевої ванни сумісно з баготокрапельним переносом електродного металу забезпечує вирівнювання градієнти температур в об'ємі металевої ванни та отримання пологої, максимально плоскої, форми фронту кристалізації, що веде до отримання якісної відливки. 1 UA 75516 U 5 10 15 20 25 Основним геометричним параметром дозуючої комірки, що забезпечує рівномірність подачі тугоплавких компонентів шихти, є висота комірки, яка залежить від діаметра охолоджуваного кристалізатора (коефіцієнт заповнення), ширини (В) та товщини (С) металевої оболонки електрода, яку визначають за формулою (1). Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - розроблено витратний порошковий електрод для отримання сталей методом електрошлакової технології, при переплаві якого забезпечується підвищення дисперсності литої структури в осьовій зоні відливки за рахунок поліпшення умов кристалізації, а отримана відливка має гладку поверхню без поверхневих дефектів. На фіг. 1 схематично зображено конструкцію порошкового електрода 1 з металевою вставкою 2, яка утворює дозуючі комірки 3. На фіг. 2. приведені дані залежності дисперсності первинної литої структури (відстань між дендритними осями II порядку) від типу металевої вставки в порошковому електроді. Для експериментальної перевірки пропонованої корисної моделі на прикладі корозійностійкої сталі 20×13 виготовили порошкові електроди, розмірами 30×42×450 мм з товщиною стінки 2 мм, зі змієвидною стрічкою та з прямокутними дозуючими комірками, з наступним складом шихти: ферохром - 90-94 %; феросиліцій - 7-9 %; феромарганець - 2-3 %. Електроди переплавляли методом електрошлакової технології на печі А-550 у мідний водоохолоджуваний кристалізатор діаметром 50 мм, за наступними параметрами режиму: напруга U=36 В, струм І = 700-800 А, швидкість подачі електрода V=0,036-0,040 м/хв. Мінімальна та максимальна висота комірки металевої вставки при діаметрі кристалізатора 50 мм, коефіцієнті заповнення 0,65 та коефіцієнті mкз в межах 0,12…0,14 визначають за формулою (1): hmin  m0,65 min  Dкр  m0,65 min  1 27  , BC 42  30  0,12  1 27  ,  6,0 мм , Kз 0,65 BC 42  30  0,14  127  ,  7,0 мм . Kз 0,65 Збільшення висоти комірки більше 7 мм призводить до надлишкового переохолодження металевої ванни та може спричинити змінення режиму переплаву і, як наслідок, утворення на поверхні відливки дефектів у вигляді гофрів та пережимів. Аналіз результатів дослідження показав, що при електрошлаковому переплаві (ЕШП) з використанням запропонованого порошкового електрода дисперсність дендритної структури, яка виявлялась відстанню між осями II порядку (фіг. 2), більша ніж при переплаві з використанням прототипу. Крім того розбіжність між розмірами дендритів в крайовій та осьовій частинах відливки значно менша. Параметри режиму ЕШП змінювались у межах допустимих, на поверхні відливки дефектів виявлено не було, а хімічний склад отриманої відливки однорідний по всій довжині і знаходиться в межах відповідних ГОСТ та ДСТУ. Отже, проведені дослідження показали, що використання запропонованого порошкового електрода дозволяє покращувати умови кристалізації металу в осьовій зоні відливки та одержувати відливки з високою дисперсністю литої структури, які мають однорідний метал за хімічним складом і гладку поверхню без поверхневих дефектів. Джерела інформації: 1. Патент WO 01/15509 А250756. Способ электрошлакового переплава суперсплавов, устройство и флюс для его осуществления [Текст] / Б.И. Медовар; заявник та патентовласник ЗАО "Елмет-Ролл-Группа-Медовара". - PCT/UA00/0032; заявл. 01.09.2000; Опубл. 08.03.2001. 2. Чуманов, И.В. Особенности электрошлакового переплава на постоянном токе с вращением расходуемого электрода [Текст] / И.В. Чуманов, Д.А. Пятыгин // Известия Вузов. Черная металлургия, 2006. - № 3. - С. 22-25. 3. Забалуев, Ю. И. Применение соленоида постоянного тока при электрошлаковом переплаве [Текст] / Ю.И. Забалуев, Е.И. Мошкевич, Г.М. Бродский и др. // Специальная электрометаллургия, 1976. - № 29. - С. 44-49. 4. Патент 50756 Україна, МПК (2009) В23К 35/00. Витратний порошковий електрод для електрошлакової технології [Текст] / B.C. Попов, І. М. Білоник, О.Є. Капустян, О.С. Петрашов; заявник та патентовласник ЗНТУ. - u200912753; заявл. 08.12.2009; Опубл, 25.06.2010, Бюл. №12. hmax  m0,65 max  Dкр  m0,65 max  127  , 30 35 40 45 50 55 2 UA 75516 U 5. Затуловский С.С. Суспензионная разливка [Текст] /С.С. Затуловский. - К.: Наукова думка, 1981.-260 с. - Библиогр.: С. 247-257. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Витратний порошковий електрод для електрошлакової технології, що містить металеву оболонку П-подібної форми, в середині якої по всій довжині розташована стрічка та засипана шихта, і металеву пластину, який відрізняється тим, що стрічка виконана у вигляді прямокутних дозуючих комірок, висоту яких визначають за формулою: 10 h  mкз  Dкр  mкз  1 27  , BC , Kз де h - висота дозуючої комірки, мм; mкз - коефіцієнт, який залежить від діаметра кристалізатора при заданому коефіцієнті заповнення; mкз  0,10  0,16 ; Dкр - діаметр кристалізатора, мм; 15 B - ширина металевої оболонки, мм; C - товщина металевої оболонки, мм; K з - коефіцієнт заповнення кристалізатора. 3 UA 75516 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4