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...
Saved in:
| Date: | 2012 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Series: | Современная электрометаллургия |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96529 |
| 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: | 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. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96529 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-965292025-02-23T18:41:22Z Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе Plasma-arc melting on dispersed substrate in mobile horizontal mould Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Якуша, В.В. Плазменно-дуговая технология 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. 2012 Article 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 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Плазменно-дуговая технология Плазменно-дуговая технология |
| spellingShingle |
Плазменно-дуговая технология Плазменно-дуговая технология Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Якуша, В.В. Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе 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. |
| format |
Article |
| 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. |
| author_sort |
Коледа, В.Н. |
| title |
Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| title_short |
Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| 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_sort |
плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Плазменно-дуговая технология |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96529 |
| 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. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT koledavn plazmennodugovaâplavkanadispersnojpodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT šapovalovva plazmennodugovaâplavkanadispersnojpodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT biktagirovfk plazmennodugovaâplavkanadispersnojpodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT burnaševvr plazmennodugovaâplavkanadispersnojpodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT âkušavv plazmennodugovaâplavkanadispersnojpodložkevpodvižnomgorizontalʹnomkristallizatore AT koledavn plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT šapovalovva plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT biktagirovfk plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT burnaševvr plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould AT âkušavv plasmaarcmeltingondispersedsubstrateinmobilehorizontalmould |
| first_indexed |
2025-11-24T11:42:48Z |
| last_indexed |
2025-11-24T11:42:48Z |
| _version_ |
1849671883324129280 |
| 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
|