Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке

Отходы тугоплавких и высокореакционных металлов, таких как титан, цирконий, молибден, вольфрам, ниобий, зачастую целесообразно перерабатывать путем выплавки из них высококачественных ферросплавов. Для этого можно использовать плазменно-дуговую гарнисажную плавку, обеспечивающую высокотемпературный н...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
Hauptverfasser: Коледа, В.Н., Шаповалов, В.А., Биктагиров, Ф.К., Бурнашев, В.Р.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2013
Schriftenreihe:Современная электрометаллургия
Schlagworte:
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96701
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке / В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 3 (112). — С. 33-36. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-96701
record_format dspace
spelling irk-123456789-967012016-03-20T03:02:14Z Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке Коледа, В.Н. Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Плазменно-дуговая технология Отходы тугоплавких и высокореакционных металлов, таких как титан, цирконий, молибден, вольфрам, ниобий, зачастую целесообразно перерабатывать путем выплавки из них высококачественных ферросплавов. Для этого можно использовать плазменно-дуговую гарнисажную плавку, обеспечивающую высокотемпературный нагрев, отсутствие огнеупорной футеровки и инертную атмосферу в плавильном пространстве. При выплавке ферросплавов существенного уменьшения удельных расходов электроэнергии и плазмообразующего газа достигают при плавке на дисперсной подложке, представляющей собой слой дробленого металла, изолирующего выплавляемый ферросплав от охлаждаемой плавильной емкости. Рассмотрена возможность подобной плавки в неохлаждаемой стальной форме. Экспериментально показано, что при выплавке 70%-го ферротитана толщина дисперсной подложки должна быть не менее 20 мм, а для исключения чрезмерного нагрева стенок формы и ее коробления слой подложки следует поддерживать на уровне 40...50 мм. В ходе исследований установлено, что способ плазменно-дуговой плавки на дисперсной подложке позволяет использовать для выплавки различных ферросплавов стальные неохлаждаемые плавильные емкости. Это значительно упрощает и удешевляет применяемую оснастку, обеспечивает снижение удельных расходов электроэнергии и плазмообразующего газа на 20...30 %. В итоге открываются новые технологические возможности производства высококачественных ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов, особенно при использовании многоплазмотронной схемы плавки на промышленных установках большой мощности и производительности. It is often rational to recycle the wastes of refractory and highly-reactive metals, such as titanium, zirconium, molybdenum, tungsten, niobium by melting out of high-quality ferroalloys from them. For this purpose, it is possible to use the plasma-arc skull melting, providing the high-temperature heating, absence of refractory lining and inert atmosphere in the melting space. In melting of ferroalloys the significant decrease in specific consumptions of electric power and plasma-forming gas is attained during melting on a dispersed substrate, representing a layer of a crushed metal, isolating the ferroalloy being melted from a cooled melting mould. The feasibility of such melting in a non-cooled steel mould is considered. It is shown experimentally that in melting of 70 % ferrotitanium the thickness of a dispersed substrate should be not less than 20 mm, and to avoid an excessive heating of the mould walls and its distortion the substrate layer should be maintained at the level of 40...50 mm. It was found during the investigations that the method of plasma-arc melting on the dispersed substrate allows applying the steel non-cooled melting moulds for melting different ferroalloys. This greatly simplifies and making less expensive the equipment being used, and reduces the specific consumptions of electric power and plasma-forming gas by 20...30 %. As a result, the new technological opportunities are open for the production of high-quality ferroalloys from wastes of refractory and highly-reaction metals, in particular when applying the multi-plasmatron scheme of melting in industrial powerful high-efficient installations. 2013 Article Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке / В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 3 (112). — С. 33-36. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0233-7681 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96701 669.187.58 ru Современная электрометаллургия 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.
Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
Современная электрометаллургия
description Отходы тугоплавких и высокореакционных металлов, таких как титан, цирконий, молибден, вольфрам, ниобий, зачастую целесообразно перерабатывать путем выплавки из них высококачественных ферросплавов. Для этого можно использовать плазменно-дуговую гарнисажную плавку, обеспечивающую высокотемпературный нагрев, отсутствие огнеупорной футеровки и инертную атмосферу в плавильном пространстве. При выплавке ферросплавов существенного уменьшения удельных расходов электроэнергии и плазмообразующего газа достигают при плавке на дисперсной подложке, представляющей собой слой дробленого металла, изолирующего выплавляемый ферросплав от охлаждаемой плавильной емкости. Рассмотрена возможность подобной плавки в неохлаждаемой стальной форме. Экспериментально показано, что при выплавке 70%-го ферротитана толщина дисперсной подложки должна быть не менее 20 мм, а для исключения чрезмерного нагрева стенок формы и ее коробления слой подложки следует поддерживать на уровне 40...50 мм. В ходе исследований установлено, что способ плазменно-дуговой плавки на дисперсной подложке позволяет использовать для выплавки различных ферросплавов стальные неохлаждаемые плавильные емкости. Это значительно упрощает и удешевляет применяемую оснастку, обеспечивает снижение удельных расходов электроэнергии и плазмообразующего газа на 20...30 %. В итоге открываются новые технологические возможности производства высококачественных ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов, особенно при использовании многоплазмотронной схемы плавки на промышленных установках большой мощности и производительности.
format Article
author Коледа, В.Н.
Шаповалов, В.А.
Биктагиров, Ф.К.
Бурнашев, В.Р.
author_facet Коледа, В.Н.
Шаповалов, В.А.
Биктагиров, Ф.К.
Бурнашев, В.Р.
author_sort Коледа, В.Н.
title Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
title_short Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
title_full Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
title_fullStr Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
title_full_unstemmed Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
title_sort оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate 2013
topic_facet Плазменно-дуговая технология
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96701
citation_txt Оптимизация плазменно-дуговой выплавки ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных металлов на дисперсной подложке / В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 3 (112). — С. 33-36. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Современная электрометаллургия
work_keys_str_mv AT koledavn optimizaciâplazmennodugovojvyplavkiferrosplavovizothodovtugoplavkihivysokoreakcionnyhmetallovnadispersnojpodložke
AT šapovalovva optimizaciâplazmennodugovojvyplavkiferrosplavovizothodovtugoplavkihivysokoreakcionnyhmetallovnadispersnojpodložke
AT biktagirovfk optimizaciâplazmennodugovojvyplavkiferrosplavovizothodovtugoplavkihivysokoreakcionnyhmetallovnadispersnojpodložke
AT burnaševvr optimizaciâplazmennodugovojvyplavkiferrosplavovizothodovtugoplavkihivysokoreakcionnyhmetallovnadispersnojpodložke
first_indexed 2025-07-07T03:57:14Z
last_indexed 2025-07-07T03:57:14Z
_version_ 1836959017382969344
fulltext УДК 669.187.58 ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ ИЗ ОТХОДОВ ТУГОПЛАВКИХ И ВЫСОКОРЕАКЦИОННЫХ МЕТАЛЛОВ НА ДИСПЕРСНОЙ ПОДЛОЖКЕ В.Н. Коледа, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Отходы тугоплавких и высокореакционных металлов, таких как титан, цирконий, молибден, вольфрам, ниобий, зачастую целесообразно перерабатывать путем выплавки из них высококачественных ферросплавов. Для этого можно использовать плазменно-дуговую гарнисажную плавку, обеспечивающую высокотемпературный нагрев, отсутствие огнеупорной футеровки и инертную атмосферу в плавильном пространстве. При выплавке ферросплавов существенного уменьшения удельных расходов электроэнергии и плазмообразующего газа достигают при плавке на дисперсной подложке, представляющей собой слой дробленого металла, изолирующего выплавляемый феррос- плав от охлаждаемой плавильной емкости. Рассмотрена возможность подобной плавки в неохлаждаемой стальной форме. Экспериментально показано, что при выплавке 70%-го ферротитана толщина дисперсной подложки должна быть не менее 20 мм, а для исключения чрезмерного нагрева стенок формы и ее коробления слой подложки следует поддерживать на уровне 40...50 мм. В ходе исследований установлено, что способ плазменно-дуговой плавки на дисперсной подложке позволяет использовать для выплавки различных ферросплавов стальные неохлаждаемые плавильные емкости. Это значительно упрощает и удешевляет применяемую оснастку, обеспечивает снижение удель- ных расходов электроэнергии и плазмообразующего газа на 20...30 %. В итоге открываются новые технологические возможности производства высококачественных ферросплавов из отходов тугоплавких и высокореакционных ме- таллов, особенно при использовании многоплазмотронной схемы плавки на промышленных установках большой мощности и производительности. Библиогр. 9, табл. 1, ил. 2. Ключ е вы е с л о в а : плазменно-дуговая плавка; отходы; ферросплавы; дисперсная подложка; неохлаждаемая форма; тугоплавкие металлы; удешевление оснастки Образующиеся в различных отраслях промышлен- ности отходы тугоплавких и высокореакционных металлов (титан, цирконий, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий) по тем или иным причинам (повы- шенная загрязненность, сложность разделения по точно определенному марочному составу и т.д.) не- редко затруднительно перерабатывать для исполь- зования в дальнейшем в качестве первичного ме- талла. Поэтому целесообразнее переплавлять по- добные отходы для получения ферросплавов соот- ветствующих металлов. Использование тигельных индукционных пе- чей, наиболее приспособленных для плавки метал- лических отходов [1, 2], ввиду высоких значений температуры плавления указанных металлов либо их реакционной способности не всегда возможно либо затруднено, особенно при получении феррос- плавов с повышенным содержанием основного эле- мента. Кроме того, для обеспечения хорошего каче- ства таких ферросплавов [3], чаще всего применя- емых при производстве качественных сталей и спла- вов [4], предпочтительнее использовать специаль- ные виды плавки, где не только исключается загряз- нение получаемого продукта в процессе переработ- ки, но и осуществляется его рафинирование. В этом отношении перспективной может быть плазменно- дуговая плавка [5—8], сочетающая концентрирован- ный высокотемпературный нагрев, отсутствие кон- такта металла с огнеупорной футеровкой и инерт- ную атмосферу в плавильном пространстве. Показано, что применение способа плазменно- дуговой плавки на дисперсной подложке, представ- ляющей собой слой дробленого металла того же сос- тава, что и выплавляемый, позволяет существенно сократить затраты электроэнергии и плазмообразую- щего газа при выплавке ферросплавов из лома и © В.Н. КОЛЕДА, В.А. ШАПОВАЛОВ, Ф.К. БИКТАГИРОВ, В.Р. БУРНАШЕВ, 2013 33 отходов тугоплавких и высокореакционных метал- лов [9]. Однако ввиду того, что дисперсная подлож- ка занимает до 30 % рабочего объема кристаллиза- тора, это приводит к значительному уменьшению массы выплавляемого слитка в конкретной водоох- лаждаемой плавильной емкости. Увеличения количества переплавляемой за одну плавку шихты можно достичь за счет применения кристаллизатора большей емкости. Однако это при- водит к усложнению конструкции кристаллизатора, возрастанию затрат на дорогостоящую медь и обще- му увеличению затрат на осуществление плазмен- но-дуговой плавки. Поскольку дисперсная подложка может полно- стью изолировать дно и стенки формы от контакта с выплавляемым металлом, предложено опробо- вать плавку на дисперсной подложке в стальном неводоохлаждаемом коробе. Для реализации такой схемы плавки возникла необходимость в определении оптимальной толщины дисперсной подложки, которая гарантированно предотвратит проплавление дна и стенок короба. С этой целью исследовали распространение температурных полей в дисперсном слое на примере выплавки 70%-го ферротитана из титанового и стального лома. Для экспериментов использовали стальную из- ложницу с внутренним диаметром 300 мм и высо- той 300 мм. В слое дисперсной подложки, состоя- щей из частиц ферротитана фракцией 5...15 мм общей массой 30 кг, на разном расстоянии от дна изложницы по ее центру установлены три термо- пары. На дисперсную подложку загружали 7 кг титанового и стального лома для получения 70%-го ферротитана. Шихту расплавляли расположен- ным по центру изложницы плазмотроном. При этом значение тока составляло 950 А, напряжение га дуге – 50...60 В, время плавки – 20 мин. Схема эксперимента приведена на рис. 1. По завершении плавки и полного остывания изложницы из нее извлекли слиток выплавленного ферротитана диаметром около 200 мм, толщиной 55...60 мм и массой 12 кг. Слой оставшегося дисперсного слоя составлял с боковой части этого слитка 75...80 мм, а со стороны донной части – около 100 мм и массой 25 кг. Результаты измерений значений температуры в трех контролируемых точках в течение 60 мин от начала плавки приведены на рис. 2. Как видно, температура в дисперсной подложке на расстоянии 15...20 мм от слитка (термопара 1) не превышала 1000 °С. На большем удалении от слитка заметный рост температуры отмечен только после окончания плавки (термопары 2, 3). Это свидетельствует о высоких теплоизоляционных свойствах дисперсной подложки и позволяет сделать вывод о возможном использовании для плавки 70%-го ферротитана стального короба при условии теплоизоляции слит- ка как от дна, так и от его стенок слоем дисперсной подложки толщиной не менее 20 мм. Для исклю- чения проплавления стенки формы, уменьшения ее чрезмерного нагрева и коробления слой подложки следует поддерживать на уровне 40...50 мм. С целью проверки возможности плазменно-ду- говой выплавки в неохлаждаемой форме ферроти- тана, а также других ферросплавов из высокореак- ционных и тугоплавких металлов изготовлен сталь- ной короб из листа толщиной 8 мм с наружными размерами 800×400×150 мм. Дисперсный слой из ма- териала с химическим составом, соответствующим вы- Рис. 1. Схема экспериментальной плавки: а – до плавки; б – после; 1 – диасперсная подложка; 2 – шихта; 3 – плазмотрон; 4 – спеченный слой металла; 5 – слиток Рис. 2. Изменение температуры в дисперсном слое: 1 – t1; 2 – t2; 3 – t3 34 плавляемому ферросплаву, укладывали на дно и по периметру короба вдоль его боковых стенок. Режимы плавки аналогичны применяемым при выплавке ферросплавов в медном водоохлаждае- мом кристаллизаторе [6]. Амплитуду колебаний ду- ги плазмотрона подбирали таким образом, чтобы ширина слитка не превышала 250...270 мм, обеспе- чивала полное расплавление шихты и незначитель- ное оплавление дисперсной подложки. При этом как по бокам, так и на дне короба после переплава должно было остаться гарантировано 20 мм дисперс- ного слоя, что обеспечивало проведение плавки без прожига оснастки и вытекания жидкого металла. В таблице приведены данные экспериментов по выплавке различных ферросплавов в неохлаждае- мой форме на дисперсной подложке. Там же пока- заны аналогичные показатели плазменно-дуговой плавки ферросплавов в горизонтальном кристалли- заторе [7]. При сравнении полученных результатов с дан- ными, имеющимся в работе [7], видно, что примене- ние плазменно-дугового переплава шихты в сталь- ном коробе на дисперсной подложке позволило уве- личить массу выплавляемого металла, на 20...30 % сократить удельный расход электроэнергии и арго- на. Также отмечено значительное увеличение раз- меров жидкой ванны, по сравнению с таковой при плавке в кристаллизаторе. Это дало возможность за счет лучшего усреднения переплавляемых мате- риалов уменьшить разницу в химическом составе ферросплавов по сечению выплавляемого слитка. Так, например, при выплавке 70%-го ферротитана колебание концентрации титана по ширине слитка не превышало 0,6, а по длине – 1,0 %. Энергетические показатели плавки ферротитана на дисперсной подложке в стальном коробе близки к таковым при плавке в горизонтальном кристалли- заторе на дисперсной подложке [6]. Только ввиду того, что при одних и тех же размерах плавильной камеры внутренний рабочий объем стального коро- ба за счет меньшей толщины ее стенок больше, масса единоразово выплавляемого ферросплава была так- же существенно (почти в два раза) больше. О преимуществах использования неохлаждае- мой формы при соответствующей изоляции ее сте- нок от получаемого слитка свидетельствуют резуль- таты выплавки ферросплавов FeV, FeNb, FeMo (таблица). При этом с учетом более высокой тем- пературы плавления этих ферросплавов, по сравне- нию с ферротитаном, режимы плавок выбирали та- ким образом, чтобы толщина нерасплавившейся дисперсной подложки составляла не менее 40 мм. В ходе исследований установлено, что примене- ние дисперсной подложки при плазменно-дуговой плавке обеспечивает не только улучшение техноло- гических и экономических показателей процесса, но позволяет использовать для выплавки различ- ных ферросплавов стальные неохлаждаемые пла- вильные емкости. Это значительно упрощает и уде- шевляет применяемую оснастку, открывает новые технологические возможности, особенно при ис- пользовании многоплазмотронной схемы плавки на промышленных установках большой мощности и производительности. 1. Фарбман С.А., Колобнов И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1968. – 496 с. 2. Брокмайер К. Индукционные плавильные печи. – М.: Энергия, 1972. – 304 с. 3. Гасик Л.Н., Игнатьев В.С., Гасик Н.И. Структура и ка- чество промышленных ферросплавов и лигатур. – Киев: Техника, 1975. – 151 с. 4. Меськин В.С. Основы легирования стали. – М.: Метал- лургия,1964. – 684 с. 5. Лакомский И.И. Плазменнодуговой переплав. – Киев: Техника, 1974. – 336 с. 6. Бурнашев В.Р., Жадкевич М.Л., Шаповалов В.А. Плаз- менно-дуговая плавка и литье тугоплавких металлов // Пробл. спец. электрометаллургии. – 2002. – № 2. – С. 35—38. 7. 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. Аксин- ченко // Современ. электрометаллургия. – 2006. – № 4. – С. 20—23. 8. Бурнашев В.Р. Плазменно-дуговая гарнисажная (ПДГП) плавка ферросплавов и лигатур // Вестник ДГМА. – 2009. – № 1. – С. 76—78. 9. Плазменно-дуговая плавка на дисперсной подложке в подвижном горизонтальном кристаллизаторе / В.Н. Ко- леда, В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров и др. // Совре- мен. электрометаллургия. – 2012. – № 1. – С. 41—44. Технологические показатели выплавки ферросплавов Марка ферро- сплава Массовая доля легирующего элемента, % Масса выплавляе- мого в одной плавке ферро- сплава, кг Затраты электро- энергии, кВт⋅ч/кг Расход аргона, л/кг FeTi 28...40 80...85 60...70 0,90...0,95 1,1...1,2 60...65 70...80 FeTi 60...70 60...70 50...55 1,0...1,1 1,2...1,5 70...75 80...90 FeV 30...40 60...70 50...55 1,5...1,8 2,0...2,3 105...110 120...140 FeV 60...70 50...60 40...45 1,7...2,0 2,3...2,7 115...120 130...150 FeNb 30...40 55...65 45...50 1,8...2,0 2,2...2,6 105...110 120...140 FeNb 50...60 50...55 40...45 2,0...2,3 2,5...2,8 110...120 130...150 FeMo 50...60 40...50 30...35 2,8...3,0 3,3...3,7 140...145 150...170 Примечание. В числителе приведены показатели выплавки в стальном коробе на дисперсной подложке, в знаменате- ле – в кристаллизаторе. 35 It is often rational to recycle the wastes of refractory and highly-reactive metals, such as titanium, zirconium, molybdenum, tungsten, niobium by melting out of high-quality ferroalloys from them. For this purpose, it is possible to use the plasma-arc skull melting, providing the high-temperature heating, absence of refractory lining and inert atmosphere in the melting space. In melting of ferroalloys the significant decrease in specific consumptions of electric power and plasma-forming gas is attained during melting on a dispersed substrate, representing a layer of a crushed metal, isolating the ferroalloy being melted from a cooled melting mould. The feasibility of such melting in a non-cooled steel mould is considered. It is shown experimentally that in melting of 70 % ferrotitanium the thickness of a dispersed substrate should be not less than 20 mm, and to avoid an excessive heating of the mould walls and its distortion the substrate layer should be maintained at the level of 40...50 mm. It was found during the investigations that the method of plasma-arc melting on the dispersed substrate allows applying the steel non-cooled melting moulds for melting different ferroalloys. This greatly simplifies and making less expensive the equipment being used, and reduces the specific consumptions of electric power and plasma-forming gas by 20...30 %. As a result, the new technological opportunities are open for the production of high-quality ferroalloys from wastes of refractory and highly-reaction metals, in particular when applying the multi-plasmatron scheme of melting in industrial powerful high-efficient installations. Ref. 9, Table 1, Figs. 2 K e y w o r d s : plasma-arc melting; wastes; ferroalloys; dispersed substrate; non-cooled mould; refractory metals; low-cost equipment Поступила 26.04.2013 36