Производство слитков с использованием гарнисажной плавки

Технологический процесс производства слитков при гарнисаж- ной плавке существенно отличается от вакуумно-электродугово- го. В гарнисажном тигле вначале наплавляют необходимое коли­чество жидкого металла, а затем его сливают в изложницу. На­полнение необходимого количества жидкого металла в гарнисаж­ном тигле осуществляется за счет расплавления расходуемого элек­трода электрической дугой постоянного тока. Расходуемый элек­трод, как и при вакуумно-электродутовой плавке, изготавливают из кусковых шихтовых материалов прессованием. После наплав- ления в гарнисажном тигле необходимой массы жидкого металла его сливают для получения слитка в изложницу.

Весьма перспективным является способ гарнисажной плавки по способу ГРЭ (гарнисаж — расходуемый электрод). При дан­ном способе плавки отпадает необходимость в прессовании рас­ходуемого электрода. В связи с этим эффективность данного про­цесса возрастает. Этот способ позволяет также вводить в плавку любую долю оборотных отходов и этим резко сократить расход первичных металлов при производстве слитков.

Производство слитков с использованием гарнисажной плавки имеет ряд преимуществ по сравнению с их производством в кристаллизаторе вакуумных электродуговых печей.

Основные из них следующие:

1) однородность получаемых слитков по химическому составу и отсутствие в них включений нерастворившихся частиц тугоп­лавких элементов;

2) возможность вовлекать в плавку большое количество обо­ротных отходов (способ ГРЭ);

3) высокая скорость охлаждения жидкого металла в изложни­це, что способствует формированию в слитке мелкокристалли­ческой структуры.

Однако технологическому процессу производства слитков с использованием гарнисажной плавки присущи определенные недостатки. Основной недостаток состоит в том, что вся масса наплавленного в гарнисажном тигле жидкого металла должна сли­ваться в изложницу за относительно короткое время. В слитке образуются различные дефекты (ликвация, усадочная пористость, крупная усадочная раковина и т. д.), которые не позволяют ис­пользовать полученный слиток непосредственно для обработки давлением. В связи с этим гарнисажную плавку с расходуемым электродом в настоящее время применяют в отдельных случаях для производства заготовок малого диаметра или производства слитков, применяемых в качестве расходуемых электродов для второго переплава на вакуумных электродуговых печах.

Для плавки титана помимо электродуговых печей могут быть использованы электронно-лучевые, электрошлаковые и плазмен­ные печи.

РАСЧЕТ ШИХТЫ

В качестве шихтовых материалов при плавке используют чис­тые металлы, возвраты и отходы того же состава, что и приготов­ляемый сплав, а также отходы других сплавов. Выбор шихтовых материалов определяется прежде всего возможностью получения из них сплава заданного состава, а также технико-экономически­ми данными: наличием материала, его ценой, возможностью пе­реработки в выбранном плавильном агрегате.

Наиболее низкую цену имеют возвраты и отходы. Однако они, как правило, загрязнены примесями, поэтому из них составить всю шихту нельзя, так как удаление примесей по ходу плавки далеко не всегда возможно и целесообразно. Кроме того, в отхо­дах и возвратах часто содержатся неопределяемые примеси, ко­торые ухудшают свойства металла. В связи с этим долю отходов и возвратов в шихте часто задают из условия допустимого содержа­ния оговоренных примесей.

Количество шихтовых материалов определяют путем расчета шихты. При расчете учитывают ожидаемые потери металла. Для расчета шихты необходимо иметь возможно более полный хими­ческий анализ всех шихтовых материалов. Ниже приведен при­мер обычного аналитического «ручного» расчета шихты.

Цель расчета шихты состоит в определении количества шихтовых материалов. Для удобства и наглядности расчет ведем на 100 кг сплава. Содержание легирующих компонентов задаем по среднему составу.

Описанный "ручной" расчет шихты становится очень громозд­ким и утомительным, если число шихтовых материалов превы­шает семь ~ восемь. Кроме того, в таком расчете не участвует оценка стоимости шихтовых материалов. В связи с этим прибега­ют к расчету шихты на ЭВМ. Использование ЭВМ позволяет найти оптимальный набор шихтовых материалов по стоимости. Эта за­дача обычно решается методами линейного программирования. Балансовые соотношения по расчетным элементам и ограниче­ния по количеству шихтовых материалов при линейном програм­мировании могут быть заданы как в виде равенств, так и неравенств.

Таким образом, расчет оптимального состава шихты заключа­ется в нахождении минимального значения целевой функции при условиях-ограничениях, которые представляют собой систе­му балансовых соотношений по всем расчетным легирующим компонентам сплава и примесям, по видам шихтовых материа­лов (собственные возвраты, отходы со стороны, свежие и вторич­ные металлы и сплавы) и по общему количеству шихты.

Задачу оптимизации состава шихты обычно решают симплек­сным методом линейного программирования. Программы реше­ния задач линейного программирования сейчас входят в набор стандартных программ, имеющихся в вычислительных центрах.