» » Плавка титана в дуговой печи с расходуемым электродом
28.04.2015

Чтобы слиток не загрязнялся материалом электрода, применяют плавку с электродом, изготовленным из титана. В этом случае электрод при плавке расходуется и, расплавляясь, образует слиток. Расходуемые электроды получают прессованием губки на прессах или путем спекания в электрической дуговой печи. Конструкции печей для плавки титана с расходуемым электродом могут быть двух типов: первый тип — когда электрод изготовляется наплавлением металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе с опускающимся слитком; второй тип — когда электрод получается путем наплавления металла в неподвижную изложницу при непрерывно поднимаемом уровне ванны. На рис. 30 и 31 показаны схемы обоих типов печей.
На рис. 32 приведена конструкция универсальной печи, применяемой как для получения расходуемого электрода, так и для плавки титана с расходуемым электродом. Медная изложница совместно с водоохлаждаемым поддоном 1 установлена на нижней траверсе 2; электрододержатель 3 с электродом 4 укреплен на траверсе электрододержателя 5. При помощи верхнего редуктора 6 осуществляется подъем электрододержателя с графитовым электродом 4 и ведется расплавление поступающей из бункера 7 губки. Вокруг изложницы в районе горения дуги располагается соленоид 8 для управления дугой. Процесс получения слитков ведется путем двойной плавки — первая плавка для получения расходуемого электрода ведется с нерасходуемым графитовым электродом, вторая —с расходуемым. В качестве расходуемого электрода служит титановый слиток, полученный при первой плавке. Первоначальный процесс плавки ведется следующим образом: на поддон изложницы устанавливаются отходы (темплеты, обрезки слитков и т п ). В печи создают вакуум до 50 мк рт ст. и после проверки герметичности начинается плавка. Зажигание дуги происходит при опускании электрододержателя с электродом к установленному на поддоне титану. После того как дуга зажжена и отрегулирована ее длина, из бункера 7 подается шихта. В процессе плавки поддерживается постоянная ванна жидкого металла при длине дуги 150—200 мм. Отлитый слиток переплавляется в такой же печи, но уже как расходуемый электрод, устанавливаемый вместо графитового. Расходуемый титановый электрод приваривается к титановому наконечнику электрододержателя. Начинать плавку можно непосредственно на медный поддон. Длина дуги поддерживается в пределах 30—40 мм при напряжении 27—32 в и силе тока 5400 а. После окончания плавки слиток постепенно охлаждается в течение 2—3 час.
Плавка титана в дуговой печи с расходуемым электродом

Одним из важных показателей дуговой плавки является величина и форма расплава Установлено, что глубина расплава зависит от типа дуги, давления, при котором ведется плавка, и количества подводимой электроэнергии. При дуге постоянного тока и прямой полярности с понижением давления от атмосферного до некоторого критического, а также с увеличением подводимой энергии глубина расплава увеличивается. Глубина расплава при обратной полярности дуги и при дуге переменного тока меньше, чем при дуге прямой полярности.
Возможно изготовление расходуемых электродов из губки путем прессования ее на прессах. Существует два способа изготовления прессованных титановых электродов из губки: прессованием в глухой матрице или брикетированием и непрерывным прессованием.
Плавка титана в дуговой печи с расходуемым электродом
Плавка титана в дуговой печи с расходуемым электродом

На рис. 33 показана схема брикетирования. Лучшие электроды этим методом получаются при расположении оси электрода горизонтально, т. е. перпендикулярно приложенному усилию. Удельное давление при брикетировании должно составлять не менее 1—1,5 т/см2 площади сечения электрода. Плотность получаемых электродов составляет 3,8—4 г/см3. Однако этот метод имеет ограниченное применение, так как при произведетве крупных слитков весом свыше 500 кг требуются вертикальные прессы очень большой мощности. Прессование по длинной оси брикета дает брикеты неравномерной плотности по высоте. Применяется второй метод — так называемое непрерывное прессование на вертикальном прессе Изготовление брикетов этим методом ведется непрерывно и можно получать электрод любой длины. На рис. 46 показана схема непрерывного прессования электродов. Так как усилие пресса при этом методе направлено по оси электрода, это позволяет создавать очень большие удельные давления — до 10—12 т/см2, и обеспечивает возможность осуществления непрерывного процесса прессования. Процесс ведется следующим образом: в матрицу, имеющую на дне конусный выход с углом конусности 2° и длиной цилиндрической части, равной 50 мм, засыпается губка Последняя спрессовывается при закрытой матрице, после этого пробка, закрывающая отверстие, удаляется и при дальнейшей добавке губки и прессовании электрод выходит в нижнюю часть матрицы, Процесс может продолжаться непрерывно для получения электрода требуемой длины.
Для такого прессования необходимы прессы мощностью до 3500 т, позволяющие получать электроды диаметром до 300 мм с удельным весом 3,3—3,4. Прессование можно вести как на вертикальном, так и на горизонтальном прессе.
При дуговой плавке освоено использование отходов титанового производства (стружки, обрезков и т. д.). Обрезки превращаются в расходуемые электроды путем прессования или переплавкой. Окисленные отходы обрабатывают водным раствором HCl и NaF.
Количество подшихтовываемых к губке отходов определяется качеством требуемого металла и составом исходной губки.
Качество слитков дуговой плавки зависит от режима технологического процесса. Применяемое в настоящее время двукратное плавление улучшает качество, однако процесс дуговой плавки не всегда дает однородную структуру слитка.
На рис. 35 показана макроструктура слитка из сплава BT1, легированного 0,5% Mo. Плавка проводилась в нормальных условиях, но без снижения мощности в конце плавки.
Плавка титана в дуговой печи с расходуемым электродом