Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки
Представлены результаты экспериментальных исследований по переплаву лома никеля способом электронно-лучевой плавки. Создана технология получения высококачественных слитков-слябов никеля. Results of experimental investigations on remelting of nickel scrap using the method of electron beam melting are...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96239 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки / Н.П. Тригуб, В.А. Березос, В.Д. Корнийчук, Ю.А. Мосунов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 16-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859511945789440000 |
|---|---|
| author | Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Корнийчук, В.Д. Мосунов, Ю.А. |
| author_facet | Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Корнийчук, В.Д. Мосунов, Ю.А. |
| citation_txt | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки / Н.П. Тригуб, В.А. Березос, В.Д. Корнийчук, Ю.А. Мосунов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 16-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Представлены результаты экспериментальных исследований по переплаву лома никеля способом электронно-лучевой плавки. Создана технология получения высококачественных слитков-слябов никеля.
Results of experimental investigations on remelting of nickel scrap using the method of electron beam melting are presented. Technology was developed for producing high-quality ingots-slabs of nickel.
|
| first_indexed | 2025-11-25T18:05:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.826
ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ
СЛИТКОВ-СЛЯБОВ НИКЕЛЯ
СПОСОБОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПЛАВКИ
Н. П. Тригуб, В. А. Березос,
В. Д. Корнийчук, Ю. А. Мосунов
Представлены результаты экспериментальных исследований по переплаву лома никеля способом электронно-лучевой
плавки. Создана технология получения высококачественных слитков-слябов никеля.
Results of experimental investigations on remelting of nickel scrap using the method of electron beam melting are
presented. Technology was developed for producing high-quality ingots-slabs of nickel.
Ключ е вы е с л о в а : никель; электронно-лучевая плав-
ка; слитки-слябы; рафинирование
Благодаря разработке новых конструкционных ма-
териалов, в которых никель является основным или
легирующим элементом, спрос на них постоянно
увеличивается.
Основные потребители никеля – металлурги-
ческая, энергетическая, химическая и другие отрас-
ли промышленности. Из чистого никеля изготовля-
ют различные аппараты, приборы, котлы и тигли
с высокой коррозионной стойкостью и постоянством
физических свойств. Особое значение имеют нике-
левые материалы при изготовлении резервуаров и
цистерн для нужд энергетической и химической от-
раслей промышленности.
В Украине имеются небольшие залежи никеле-
вых руд, уже истощающиеся. В частности, запасы
никелевого месторождения Липовенковское в цен-
тральной Украине могут быть исчерпаны за 5 лет
[1]. Спрос на никель в Украине практически пол-
ностью удовлетворяется за счет импорта. В этой
связи разработка технологии получения высокока-
чественных слитков никеля из лома является акту-
альной задачей.
Современная промышленность, особенно энер-
гетическая, нуждается в полуфабрикатах из цвет-
ных металлов и сплавов с минимальным содержа-
нием газов и примесей, а также отличающихся вы-
сокими значениями плотности и пластичности.
Многие из примесей относятся к вредным, резко
ухудшающим физико-химические свойства метал-
лов и сплавов. Разработка эффективных способов
защиты от проникновения вредных примесей и уда-
ление их в процессе получения и дальнейшей обра-
ботки металлов является одной из основных проб-
лем современной металлургии.
Электролитическое рафинирование никеля,
проводимое с целью очистки от вредных примесей,
позволяет получать металл довольно высокой сте-
пени чистоты (99,90…99,99 %) [2]. Однако сохра-
нить этот показатель при переплаве электролити-
ческого никеля в слитки весьма трудно.
Совершенствование технологии производства
никеля высокой степени чистоты осуществляли пу-
тем выплавки его в вакуумных индукционных или
и дуговых печах. При вакуумной индукционной
плавке никеля все же не удается полностью пре-
дотвратить его загрязнение вследствие взаимодейс-
твия с футеровкой тигля [3].
Вакуумный дуговой переплав исключает загряз-
нение никеля, поскольку производится в водоох-
лаждаемый кристаллизатор. Однако при этом спо-
собе никель слабо рафинируется от газов и практи-
чески не рафинируется от других примесей [4].
Кроме того, при вакуумном дуговом переплаве
предъявляются очень высокие требования к расхо-
дуемым электродам (должны пропускать большие
токи), удовлетворить которые при сборке электро-
© Н. П. ТРИГУБ, В. А. БЕРЕЗОС, В. Д. КОРНИЙЧУК, Ю. А. МОСУНОВ, 2011
16
дов из электролитических пластин никеля весьма
трудно [5].
Анализ различных способов выплавки слитков
никеля показал, что наиболее эффективным и эко-
номически оправданным процессом получения осо-
бо чистых слитков никеля путем утилизации лома
никеля является технология электронно-лучевой
плавки (ЭЛП), обеспечивающая наибольшую сте-
пень рафинирования никеля при наименьших за-
тратах [4]. Она позволяет осуществлять практически
полную утилизацию отходов в виде листовой обрези,
кусковых отходов, стружки. При этом отсутствует не-
обходимость в такой трудоемкой операции, как изго-
товление компактного расходуемого электрода.
В Институте электросварки им. Е. О. Патона
НАН Украины накоплен опыт по повышению сте-
пени чистоты, улучшению структуры и свойств ни-
келя способом ЭЛП [4].
Экспериментальные исследования проводили на
промышленной электронно-лучевой установке
УЭ5812 [6], на которой из лома никеля выплавляли
слитки-слябы прямоугольного сечения.
В качестве шихты использовали лом никеля в
виде пластин катодного никеля марки Н1, а также
стружку никеля марки НП2. Размеры кусков лома
не превышали 10 500 1000 мм. Поверхность лома
очищали от различных видов загрязнения. Форми-
рование расходуемого электрода осуществляли в
нерасходуемом коробе. После формирования рас-
ходуемой заготовки установку герметизировали и
вакуумировали.
В процессе плавки исходная шихта непрерывно
с заданной скоростью подавалась в зону плавки над
промежуточной емкостью, где под действием элек-
тронно-лучевого нагрева происходило ее сплавле-
ние. После наполнения промежуточной емкости
жидкий металл сливали в водоохлаждаемый мед-
ный кристаллизатор. По мере наплавки слиток
опускали вниз механизмом вытягивания по полу-
непрерывному режиму (после повышения уровня
жидкого металла в кристаллизаторе на 10…15 мм
с линейной скоростью (2…3)⋅10—4 м/с до тех пор,
пока ванна не достигала прежнего уровня). Вытя-
гивание слитка производили после каждого слива
порции жидкого металла в кристаллизатор.
В ходе плавки контролировали следующие тех-
нологические параметры: скорость подачи шихты,
ускоряющее напряжение и ток луча. Скорость плав-
ки регулировали скоростью подачи исходной ших-
ты в зону плавки, а численные значения ускоряю-
щего напряжения и тока луча измеряли соответс-
твующими приборами.
В стационарном режиме наплавляли слиток не-
обходимой длины. Затем в головной части слитка
выводили усадочную раковину. Слитки остывали в
вакууме вместе с камерой. Установку развакууми-
ровали и выгружали слиток цеховым краном.
Водород и азот не образуют с никелем соедине-
ний, устойчивых при высоких температурах [2]. В
расплавленном состоянии никель может растворять
большое количество газов (азот, водород, кисло-
род), которые, выделяясь при кристаллизации ме-
талла из-за резкого уменьшения растворимости га-
зов с понижением температуры жидкого металла,
приводят к образованию в слитках пор.
Вследствие большой скорости охлаждения слит-
ка вблизи стенок водоохлаждаемого медного крис-
таллизатора при ЭЛП растворенные в жидком ме-
талле газы не успевают выйти из жидкой ванны и
часть их остается в затвердевшем металле, образуя
пустоты – газовую пористость (рис. 1). При за-
твердевании металла эти газы также могут взаимо-
действовать между собой с образованием паров во-
ды, которые из-за невозможности диффундировать
через металл способствуют образованию пористости
в слитке. При попадании этих газов в жидкую ванну
могут проходить реакции типа NiO + 2H = Ni + H2O,
NiO + C = Ni + CO [2].
С целью предотвращения возникновения газо-
вой пористости при выплавке слитков никеля уве-
Рис. 1. Газовая пористость на оплавленном торце слитка никеля
в зоне контакта со стенками кристаллизатора
Т а б л и ц а 1 . Содержание газов в никеле до и после ЭЛП
Марка
шихты
Состояние
Массовая доля газов, %
[О] [N] [Н]
Н1 Исходное 0,004 0,0013 0,0003
После ЭЛП 0,0002 0,0003 0,0001
НП2 Исходное 0,005 0,0022 0,0018
После ЭЛП 0,0003 0,0003 0,0001
Рис. 2. Внешний вид слитков-слябов никеля
17
личили время выдержки жидкого металла в проме-
жуточной емкости и кристаллизаторе. При после-
дующем переплаве на оптимизированных режимах
электронно-лучевой плавки газовой пористости в
слитках никеля не обнаружено.
Слитки никеля электронно-лучевой плавки под-
вергали анализам на содержание газов и других
примесей (табл. 1).
Измерения химического состава образцов исход-
ной шихты никеля и слитков-слябов после ЭЛП
выполняли на установке INA-10 (Leybold-Hearues,
Германия) методом масс-спектрометрии вторичных
пост-ионизированных нейтральных частиц.
Анализ химического состава выплавленных
слитков-слябов никеля показал (табл. 2), что в про-
цессе ЭЛП многие легкоплавкие примеси удаля-
лись, уменьшалось количество неметаллических
включений.
При ЭЛП сплавов на основе никеля существенно
снижается содержание цинка, висмута, свинца и
других легкоплавких примесей. Массовые доли
кремния и углерода изменяются незначительно.
В ходе ЭЛП жидкий никель не смачивает стенки
кристаллизатора, поэтому боковая поверхность
слитков становится гладкой блестящей (рис. 2).
Процесс ЭЛП никеля и его сплавов достаточно
экономичен. Расход электроэнергии составляет
1,0…1,2 кВт⋅ч/кг. Слитки не имеют усадочных ра-
ковин и отличаются значительно более высокой сте-
пенью чистоты, по сравнению с промышленными
марками никеля НП2 (табл. 2).
Выводы
1. Проведенные исследования показали перспек-
тивность применения технологии ЭЛП для утили-
зации лома никеля. Продемонстрирована эффек-
тивность рафинирования лома никеля от газов и
примесей способом ЭЛП.
2. С использованием способа ЭЛП выплавлены вы-
сококачественные слитки никеля чистотой 99,9 мас. %.
3. Разработана технология получения высокока-
чественных слитков-слябов никеля способом ЭЛП.
1. Richard M. Levine. The mineral industry of Ukraine //
U. S. Geological survey-minerals information. – 2008. –
V. 1—5.
2. Перельман Ф. М., Зворыкин А. Я. Кобальт и никель. –
М.: Наука, 1975. – 215 с.
3. Бобылев А. В. Механические и технологические свойства
металлов: Справочник. – М.: Металлургия, 1987. – 208 с.
4. Мовчан Б. А., Тихоновский А. Л., Курапов Ю. А. Элект-
ронно-лучевая плавка и рафинирование металлов и спла-
вов. – Киев: Наук. думка, 1973. – 240 с.
5. Уткин Н. И. Металлургия цветных металлов. – М.: Ме-
таллургия, 1985. – 440 с.
6. Промышленная электронно-лучевая установка УЭ-5812 /
Н. П. Тригуб, Г. В. Жук, В. Д. Корнийчук и др. //
Современ. электрометаллургия. – 2007. – № 1. – С. 11—14.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
ООО «ТехМетСплав», Уфа
Поступила 20.04.2011
Т а б л и ц а 2 . Химический состав слитков никеля
№ образцов
Массовая доля элементов, %
C Mg Si P S Mn Fe Cu
Исходный 1,17⋅10—3 1,32⋅10—5 2,41⋅10—4 1,01⋅10—3 1,69⋅10—4 1,69⋅10—3 1,51⋅10—2 1,09⋅10—2
1 1,06⋅10—3 4,0⋅10—6 1,97⋅10—5 1,63⋅10—5 6,77⋅10—5 6,03⋅10—5 4,41⋅10—3 3,91⋅10—4
2 1,02⋅10—3 2,01⋅10—5 2,09⋅10—4 1,6⋅10—6 8,75⋅10—5 1,45⋅10—5 3,52⋅10—3 4,58⋅10—5
3 1,13⋅10—3 2,3⋅10—5 2,37⋅10—4 1,05⋅10—5 7,42⋅10—5 3,23⋅10—5 1,48⋅10—3 3,24⋅10—4
ГОСТ 492—2006 0,1 0,1 0,15 0,002 0,005 0,05 0,01 0,01
Продолжение табл. 2
№ образцов
Массовая доля элементов, %
Zn As Cd Sn Sb Pb Bi Ni+Co
Исходный 1,05⋅10—3 2,02⋅10—3 1,04⋅10—5 6,95⋅10—5 2,77⋅10—5 1,05⋅10—3 1,2⋅10—6 99,718
1 2,50⋅10—6 6,49⋅10—5 5,80⋅10—6 2,42⋅10—5 7,90⋅10—6 1,05⋅10—5 0,1⋅10—6 99,982
2 1,19⋅10—4 0,30⋅10—6 5,60⋅10—6 1,10⋅10—6 9,50⋅10—6 1,92⋅10—5 0,1⋅10—6 99,969
3 5,30⋅10—6 3,29⋅10—5 7,50⋅10—6 3,54⋅10—5 6,90⋅10—6 2,35⋅10—5 0,1⋅10—6 99,921
ГОСТ 492—2006 0,007 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 99,500
18
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96239 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-25T18:05:53Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Корнийчук, В.Д. Мосунов, Ю.А. 2016-03-12T16:59:03Z 2016-03-12T16:59:03Z 2011 Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки / Н.П. Тригуб, В.А. Березос, В.Д. Корнийчук, Ю.А. Мосунов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 16-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96239 669.187.826 Представлены результаты экспериментальных исследований по переплаву лома никеля способом электронно-лучевой плавки. Создана технология получения высококачественных слитков-слябов никеля. Results of experimental investigations on remelting of nickel scrap using the method of electron beam melting are presented. Technology was developed for producing high-quality ingots-slabs of nickel. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки Producing of high-quality ingots-slabs of nickel by the method of electron beam melting Article published earlier |
| spellingShingle | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Корнийчук, В.Д. Мосунов, Ю.А. Электронно-лучевые процессы |
| title | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки |
| title_alt | Producing of high-quality ingots-slabs of nickel by the method of electron beam melting |
| title_full | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки |
| title_fullStr | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки |
| title_full_unstemmed | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки |
| title_short | Получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки |
| title_sort | получение высококачественных слитков-слябов никеля способом электронно-лучевой плавки |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96239 |
| work_keys_str_mv | AT trigubnp polučenievysokokačestvennyhslitkovslâbovnikelâsposobomélektronnolučevoiplavki AT berezosva polučenievysokokačestvennyhslitkovslâbovnikelâsposobomélektronnolučevoiplavki AT korniičukvd polučenievysokokačestvennyhslitkovslâbovnikelâsposobomélektronnolučevoiplavki AT mosunovûa polučenievysokokačestvennyhslitkovslâbovnikelâsposobomélektronnolučevoiplavki AT trigubnp producingofhighqualityingotsslabsofnickelbythemethodofelectronbeammelting AT berezosva producingofhighqualityingotsslabsofnickelbythemethodofelectronbeammelting AT korniičukvd producingofhighqualityingotsslabsofnickelbythemethodofelectronbeammelting AT mosunovûa producingofhighqualityingotsslabsofnickelbythemethodofelectronbeammelting |