Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе
Показана целесообразность применения плазменной плавки в горизонтальном кристаллизаторе на дисперсной подложке для компактирования губчатого титана в плоский слиток и выплавки высококачественных ферросплавов. Определены оптимальные значения толщины дисперсного слоя и технологические параметры плазме...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96529 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе / В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев, В.В. Якуша // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 1 (106). — С. 41-44. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859476265575120896 |
|---|---|
| author | Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Якуша, В.В. |
| author_facet | Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Якуша, В.В. |
| citation_txt | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе / В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев, В.В. Якуша // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 1 (106). — С. 41-44. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Показана целесообразность применения плазменной плавки в горизонтальном кристаллизаторе на дисперсной подложке для компактирования губчатого титана в плоский слиток и выплавки высококачественных ферросплавов. Определены оптимальные значения толщины дисперсного слоя и технологические параметры плазменной плавки, обеспечивающие надежную теплоизоляцию выплавляемого слитка от стенок и дна горизонтального кристаллизатора.
Shown is the expediency of application of plasma melting in a horizontal mould on dispersed substrate for compacting the sponge titanium into a slab ingot and melting of high-quality ferroalloys. Optimum values of thickness of a dispersed layer and technological parameters of plasma melting, providing the reliable heat insulation of ingot being melted from walls and bottom of horizontal mould are determined.
|
| first_indexed | 2025-11-24T11:42:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.58
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ПЛАВКА
НА ДИСПЕРСНОЙ ПОДЛОЖКЕ В ПОДВИЖНОМ
ГОРИЗОНТАЛЬНОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ
В. Н. Коледа, В. А. Шаповалов, Ф. К. Биктагиров,
В. Р. Бурнашев, В. В. Якуша
Показана целесообразность применения плазменной плавки в горизонтальном кристаллизаторе на дисперсной под-
ложке для компактирования губчатого титана в плоский слиток и выплавки высококачественных ферросплавов.
Определены оптимальные значения толщины дисперсного слоя и технологические параметры плазменной плавки,
обеспечивающие надежную теплоизоляцию выплавляемого слитка от стенок и дна горизонтального кристаллизатора.
Shown is the expediency of application of plasma melting in a horizontal mould on dispersed substrate for compacting
the sponge titanium into a slab ingot and melting of high-quality ferroalloys. Optimum values of thickness of a dispersed
layer and technological parameters of plasma melting, providing the reliable heat insulation of ingot being melted from
walls and bottom of horizontal mould are determined.
Ключевые слова : плазменно-дуговая плавка; дисперсная
подложка; компактирование; титановая губка; ферросплавы
Наряду с вакуумно-дуговыми [1] и электронно-лу-
чевыми [2] технологиями плазменно-дуговой пере-
плав также может успешно применяться для вып-
лавки слитков из высокореакционных и тугоплав-
ких металлов и их сплавов, рафинирования повер-
хност-ного слоя слитков и получения высококачес-
твенных ферросплавов и лигатур [3—5].
Одной из разновидностей плазменно-дугового
переплава металлических материалов является
плавка в горизонтальном подвижном кристаллиза-
торе [6], отличительная особенность которой зак-
лючается в небольшой глубине металлической ван-
ны. По сравнению с плавкой в вертикальный крис-
таллизатор, здесь значительно меньшее развитие
получают ликвационные процессы, что особенно
важно при плавке сплавов из исходных компонен-
тов, имеющих существенные различия в физичес-
ких свойствах. Кроме того, существует возмож-
ность в широких пределах варьировать габариты
выплавляемого слитка, используя различные типо-
размеры кристаллизаторов и послойное наплавле-
ние. Данный процесс позволяет переплавлять ших-
ту различного гранулометрического состава разме-
рами от нескольких до сотен миллиметров, что зна-
чительно снижает затраты на подготовку исходных
материалов и упрощает ее загрузку.
Однако при указанной плавке развитая поверх-
ность контакта выплавляемого слитка с медным
поддоном и боковыми стенками кристаллизатора
приводит к значительным потерям тепла, что в свою
очередь обусловливает повышенный удельный рас-
ход электроэнергии и плазмообразующего газа.
Нами предложен и разработан способ плазмен-
но-дуговой плавки в горизонтальном кристаллиза-
торе, который позволяет существенно уменьшить
теплоотвод от выплавляемого слитка к водоохлаж-
даемым элементам такого кристаллизатора. Суть
его заключается в осуществлении процесса на так
называемой дисперсной подложке, укладываемой
на поверхность водоохлаждаемого поддона. Дис-
персная подложка представляет собой слой частиц
дробленого металла того же химического состава,
что и выплавляемый слиток. А фракция частиц и
толщина дисперсного слоя подбираются таким об-
разом, чтобы исключить протекание через него жид-
кого металла к поверхности водоохлаждаемого под-
дона, при этом сама дисперсная подложка частично
подплавляется.
В настоящей работе изучали влияние парамет-
ров дисперсной подложки и технологических режи-
мов процесса на формирование получаемых слит-
© В. Н. КОЛЕДА, В. А. ШАПОВАЛОВ, Ф. К. БИКТАГИРОВ, В. Р. БУРНАШЕВ, В. В. ЯКУША, 2012
41
ков, их качество и теплоэнергетические показатели
плазменно-дуговой плавки в горизонтальном крис-
таллизаторе.
Исследования проводили на опытной плазмен-
но-дуговой установке ОБ1957 Института электрос-
варки им. Е. О. Патона НАН Украины при ком-
пактировании титановой губки в плоский слиток с
дисперсной подложкой и без нее. Плавки осущест-
вляли в кристаллизаторе с внутренними размерами
800 300 70 мм. В процессе плавки кристаллизатор
перемещался с заданной скоростью внутри плавиль-
ной камеры вдоль продольной оси формы, а плаз-
мотрон совершал регулируемые колебательные дви-
жения поперек кристаллизатора. Плавка загружен-
ной в кристаллизатор шихты начиналась от одной
из его боковых узких сторон. По всей ширине фор-
мы наводилась металлическая ванна, которая пере-
мещалась за счет движения кристаллизатора в нап-
равлении его противоположной стороны. При такой
плавке осуществлялась постепенная (по длине
кристаллизатора) выплавка слитка.
На рис. 1 приведена схема процесса переплава
шихты в горизонтальном подвижном кристаллиза-
торе при послойном наплавлении плоского слитка.
Плавку первого слоя производили с гарантирован-
ным расплавлением шихты до медного поддона и
боковых стенок кристаллизатора. Последующие
слои наплавляли таким образом, чтобы обеспечи-
валось подплавление нижележащего слоя и безде-
фектное формирование получаемого слитка.
При переплаве шихты на дисперсном поду кон-
такт выплавляемого слитка с медным кристаллиза-
тором происходит только по его боковым форми-
рующим плоскостям. Нижняя часть слитка пол-
ностью изолирована от медного поддона дисперсной
подложкой (рис. 2, а). В ходе плавки первого слоя
в нижней части металлической ванны при частич-
ном оплавлении дисперсной подложки формирует-
ся спеченный слой металла, так называемая крица.
После наплавки заданного количества слоев метал-
Технологические параметры процесса компактирования титановой губки
Способ
переплава
Наплавляемый
слой
Масса металла в
одной плавке, кг
Толщина
слитка, мм
Изгиб
слитка, мм
Затраты электроэ-
нергии кВт⋅ч/кг
Расход аргона,
л/кг
Примечание
Без дисперсной
подложки
1 20 21 — 5,7… 5,9 120… 130 —
2 22 44 1… 2 4,0… 4,1 90… 100 —
3 20 65 3… 4 4,4… 4,5 80… 90 —
С дисперсной
подложкой
1 26 32 — 3,4… 3,6 70… 80 Слиток с крицей
2 24 57 1… 2 3,7… 3,8 70… 80 То же
3 20 68 1… 2 4,4… 4,5 80… 90 Переплав крицы
Рис. 1. Схема послойной выплавки слитка в горизонтальном крис-
таллизаторе: 1, 2, 4 – соответственно 1-, 2- и 3-й слои; 3 – шихта
Рис. 2. Схема плазменно-дуговой плавки на дисперсной подлож-
ке (а) с последующим расплавлением спеченного слоя (б): 1 –
дисперсная подложка; 2 – крица; 3, 5, 6 – соответственно 1-,
2- и 3-й слои; 4 – шихта
42
ла полученный слиток переворачивают и проводят
заключительный этап плавки, при котором обеспе-
чивается полное проплавление крицы (рис. 2, б).
Возможности плавки на дисперсном поду про-
веряли при компактировании в слиток титановой
губки марки ТГ-ТВ фракцией 30…50 мм. Для дис-
персной подложки использовали губку размерами
2…5 и 5…12 мм в равных пропорциях. Техноло-
гические режимы плавки следующие: ток на плаз-
мотроне – 850…1150 А, частота поперечных ко-
лебаний плазмотрона – 0,5…1,0 колебаний в ми-
нуту, скорость перемещения кристаллизатора –
8…12 мм/мин, дина дуги – 110…150 мм. Ампли-
туда колебаний дуги соответствовала ширине крис-
таллизатора.
В процессе переплава фиксировали напряжение
на дуге и стабильность ее горения. После заверше-
ния плавки измеряли глубину проплавления и дли-
ну ванны, изучали качество полученных слитков и
их коробление (кривизну по длине и ширине). Про-
веденные исследования позволили выбрать опти-
мальные режимы плавки, обеспечивающие про-
плавление каждого слоя не менее, чем на 20 мм.
При этом отмечено, что увеличение тока выше 1000 А
приводит к разбрызгиванию металла. Основные
технологические параметры процесса компактиро-
вания приведены в таблице.
Как следует из таблицы, применение дисперс-
ного пода позволило сократить энергозатраты и рас-
ход аргона при выплавке первого и второго слоев
слитка. При выплавке третьего и более слоев эти
показатели практически не отличались, поскольку
потери тепла от металлической ванны идут в основ-
ном на разогрев выплавленного ранее слитка.
Для выплавки из лома и отходов различных
ферросплавов при отсутствии необходимости в по-
лучении слитка заданного размера и обеспечении
высокого качества его поверхности особенно перс-
пективной является технология плазменно-дуговой
плавки на дисперсной подложке. В этом случае
можно изолировать металлическую ванну не только
от поддона, но и от стенок кристаллизатора.
Рис. 3. Схема переплава шихты с донной и боковой изоляцией кристаллизатора дисперсной подложкой: а – вид со стороны узкой
грани кристаллизатора; б – вид сверху; H, L, B – соответственно глубина, длина и ширина металлической ванны
Рис. 4. Гранулометрический состав дисперсного слоя; D – раз-
мер фракции; N – содержание фракций в шихте
Рис. 5. Влияние толщины дисперсного слоя δсл на формирование
слитка: а, б– соответственно глубина H и ширина B проплав-
ления и спекания дисперсного слоя
43
В дальнейшем проводили опыты по выплавке
из титанового и стального лома 70%-го ферротитана
в медном кристаллизаторе на дисперсной подлож-
ке, представляющей собой дробленый ферросплав
той же марки. Предварительно в том же кристал-
лизаторе, где компактировали титановую губку,
изучали влияние толщины слоя дисперсной под-
ложки на формирование металлической ванны.
Схема проведения плавок при поперечном ко-
лебании плазмотрона и продольном перемещении
кристаллизатора представлена на рис. 3. Амплиту-
да колебаний равнялась 100 мм, частота – 0,3 ко-
лебания в минуту, скорость перемещения кристал-
лизатора 8 мм/мин, ток плазмотрона – 1000 А,
напряжение на дуге длиной 70 мм – 40…45 В. В
качестве дисперсного слоя использовали 70%-й
ферротитан, гранулометрический состав которого
представлен на рис. 4. Насыпная масса металла дис-
персного слоя составляла около 3 кг/дм3.
После плавок определяли размеры сформиро-
ванного слитка, спеченного слоя и оставшейся дис-
персной подложки. На рис. 5 приведены диаграм-
мы, демонстрирующие влияние толщины дисперс-
ного слоя на формирование металлической ванны.
При толщине дисперсного слоя, равной 20 мм, ме-
талл проплавляется до медного охлаждаемого дна
кристаллизатора. В случае увеличения толщины
дисперсного слоя появляется не проплавленная, но
спеченная прослойка. Глубина проплавления, ши-
рина слитка и толщина спеченной прослойки при
этом растут. Дальнейшее увеличение толщины дис-
персной подложки приводит к появлению нерас-
плавленного его слоя, обеспечивающего теплоизо-
ляцию слитка от медной стенки кристаллизатора во время
плавки. После этого увеличение толщины дисперсной
подложки практически не влияет на изменение глу-
бины и ширины проплавленного слоя металла.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что
для данной конструкции кристаллизатора и значе-
ний тока, не превышающих 1000 А, оптимальная
толщина дисперсного слоя при выплавке 70%-го
ферротитана составляет 60 мм.
С целью определения влияния технологических
параметров процесса на объем металла, в каждый
момент времени находящегося в жидком состоянии,
проведены дополнительные эксперименты при тол-
щине подложки 60 мм. Полученные при этом ре-
зультаты (рис. 6) позволяют выбирать режимы
плазменно-дуговой плавки на дисперсной подлож-
ке, обеспечивающие необходимые в каждом конк-
ретном случае размеры металлической ванны. Пос-
ледние важны с точки зрения обеспечения равно-
мерности распределения элементов по объему слит-
ка, выплавляемого из разнородной по химическому
и гранулометрическому составам шихты, в данном
случае, при выплавке 70%-го ферротитана из тита-
нового и стального лома.
Приведенные на рис. 6 данные свидетельствуют
о том, что при одних и тех же технологических
режимах объем металлической ванны, преимущес-
твенно за счет ее глубины, при плавке на дисперс-
ной подложке примерно в два раза больше, чем при
переплаве шихты в медном кристаллизаторе или
при плазменно-дуговом рафинировании поверхно-
сти плоских слитков [4, 6].
Таким образом, исследования показали, что
применение дисперсной подложки при плазменно-
дуговой плавке в горизонтальном подвижном крис-
таллизаторе за счет уменьшения тепловых потерь в
водоохлаждаемую форму позволяет существенно
(на 15…20 %) сократить удельные затраты элект-
роэнергии и (почти в два раза) удельный расход
плазмообразующего газа. Данная плавка особенно
перспективна для компактирования высокореак-
ционных и тугоплавких металлов, выплавки из ло-
ма и отходов различных ферросплавов и лигатур.
1. Мусатов М. И., Фридман А. Ш., Сухоросов Б. Н. Вы-
плавка слитков титановых сплавов в большегрузных гарни-
сажных печах // Цветные металлы. – 1991. – № 12. –
С. 20—30.
2. Электронно-лучевая плавка недробленых блоков губчато-
го титана / Н. П. Тригуб, С. В. Ахонин, Г. В. Жук и др. //
Современ. электрометаллургия. – 2006. – № 4. – С. 6—9.
3. Клюев М. М. Плазменно-дуговой переплав. – М.: Ме-
таллургия. – 1980. – 256 с.
4. Латаш Ю. В. Применение плазмы в металлургии: состоя-
ние и перспективы развития // Сварка и специальная
электрометаллургия. – Киев: Наук. думка, 1984. –
С. 265—276.
5. Латаш Ю. В., Торхов Г. Ф., Бурнашев В. Р. О возмож-
ности применения плазменно-дуговой гарнисажной плавки
для выплавки комплексных лигатур из химически актив-
ных металлов // Пробл. спец. электрометаллургии. –
1993. – № 2. – С. 3943.
6. Применение плазменно-дугового переплава техногенных
отходов в подвижном горизонтальном кристаллизаторе
для получения качественных ферросплавов и лигатур /
В. Н. Коледа, В. А. Шаповалов, Г. Ф. Торхов, А. В. Ак-
синченко // Современ. электрометаллургия. – 2006. –
№ 4. – С. 20—23.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 25.11.2011
Рис. 6. Влияние тока плавки (1 – 1000; 2 – 900; 3 – 800 А)
и скорости перемещения кристаллизатора на ширину (а), глу-
бину (б) и длину (в) ванны жидкого металла при переплаве
дисперсного слоя с поперечными колебаниями плазмотрона
44
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96529 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T11:42:48Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Якуша, В.В. 2016-03-17T22:19:14Z 2016-03-17T22:19:14Z 2012 Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе / В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев, В.В. Якуша // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 1 (106). — С. 41-44. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96529 669.187.58 Показана целесообразность применения плазменной плавки в горизонтальном кристаллизаторе на дисперсной подложке для компактирования губчатого титана в плоский слиток и выплавки высококачественных ферросплавов. Определены оптимальные значения толщины дисперсного слоя и технологические параметры плазменной плавки, обеспечивающие надежную теплоизоляцию выплавляемого слитка от стенок и дна горизонтального кристаллизатора. Shown is the expediency of application of plasma melting in a horizontal mould on dispersed substrate for compacting the sponge titanium into a slab ingot and melting of high-quality ferroalloys. Optimum values of thickness of a dispersed layer and technological parameters of plasma melting, providing the reliable heat insulation of ingot being melted from walls and bottom of horizontal mould are determined. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Плазменно-дуговая технология Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе Plasma-arc melting on dispersed substrate in mobile horizontal mould Article published earlier |
| spellingShingle | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Якуша, В.В. Плазменно-дуговая технология |
| title | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| title_alt | Plasma-arc melting on dispersed substrate in mobile horizontal mould |
| title_full | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| title_fullStr | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| title_full_unstemmed | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| title_short | Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| title_sort | плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| topic | Плазменно-дуговая технология |
| topic_facet | Плазменно-дуговая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96529 |
| work_keys_str_mv | AT koledavn plazmennodugovaâplavkanadispersnoipodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT šapovalovva plazmennodugovaâplavkanadispersnoipodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT biktagirovfk plazmennodugovaâplavkanadispersnoipodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT burnaševvr plazmennodugovaâplavkanadispersnoipodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT âkušavv plazmennodugovaâplavkanadispersnoipodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT koledavn plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT šapovalovva plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT biktagirovfk plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT burnaševvr plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT âkušavv plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould |