Дисертаційна робота присвячена визначенню закономірностей процесівплавлення, перенесення та кристалізації металу при ЕШП в умовах дії зовнішніх,постійних та імпульсних поздовжніх магнітних полів і розробці технічнихрекомендацій щодо їх застосування при виплавці зливків титанових сплавів.Шляхом фізичного моделювання досліджено особливості плавленнявитратного електроду, характеру формування і відриву крапель електродногометалу та їх рух в шлаковій ванні при ЕШП в умовах дії зовнішніх магнітних полів.Експерименти проводили за різними схемами із застосуванням змінного, постійногоі модульованого струму плавки під дією зовнішнього постійного або імпульсногопоздовжнього магнітного поля.В результаті проведених експериментів встановлено, що під дієюпоздовжнього магнітного поля тороїдальні гідродинамічні течії в шлаковій ваннітрансформуються в горизонтальні обертання навколо її осі, що призводить додеформації вільної поверхні шлакової ванни та поверхні поділу шлакова - металеваванни. Величина деформації вільної поверхні ванни залежить від швидкостіобертання розплаву.Фізичним моделюванням встановлено ряд закономірностей. Зокрема,застосування поздовжнього магнітного поля індукцією 0,2...0,35 Тл призводить дозбільшення частоти відриву крапель електродного металу (на 20…30%), зменшенняїх середньої маси (на 10…50%), збільшення траєкторій їх руху (на 30...160%) ітерміну перебування в шлаковій ванні (з 0,2...0,25 до 0,4...0,8 с ), а також дорозосередження місць попадання крапель на дзеркало рідкої металевої ванни.Основні результати фізичного моделювання були апробовані в умовахнатурного ЕШП титану на модернізованому обладнанні під дією поздовжніхмагнітних полів. Експериментально встановлено, що поздовжнє магнітне полеіндукцією 0,2 Тл призводить до зменшення струму плавки (на величину до 20 %) ізбільшення амплітуди його коливань, без цілеспрямованої зміни інших параметрівпроцесу. У випадку застосування імпульсного поздовжнього магнітного полязменшення струму плавки має циклічний характер, а величина цього падіннязалежить від величини індукції і тривалості імпульсів магнітного поля і може сягатидо 70...80%.За допомогою аналізу осцилограм електричних режимів ЕШП під дієюзовнішнього поздовжнього магнітного поля індукцією 0,2...0,28 Тл встановлено, щочастота відриву крапель електродного металу збільшується на 18...62 %, а швидкістьплавлення електроду - на 3…6 %. При цьому, середній діаметр крапель металузменшується на 5…16%, а їх маса на 13...41%.Експериментально встановлено, що поздовжні магнітні поля при ЕШПпризводять до суттєвого подрібнення макроструктури титанових зливків, приодночасному погіршенні якості формування їх бокової поверхні. Визначенооптимальні величини індукції постійного та імпульсного поздовжнього магнітнихполів, які забезпечують максимальну розорієнтацію та подрібнення макроструктуризливків діаметром 70...140 мм, при мінімальному погіршенні якості їх боковихповерхонь та відсутності внутрішніх дефектів. Встановлено, що для постійногомагнітного поля такий діапазон індукції становить В=0,12…0,22 Тл, а дляімпульсного - В=0,18…0,3 Тл при тривалості імпульсів tімп=0,9…2,5 с, та пауз - tп =6…15 с.Досліджено температурні залежності електропровідності, в'язкості таінтервалу твердіння сольових композицій на основі CaF2. На їх основі розробленосольовий, трикомпонентний флюс для ЕШП титану системи CaF2 - SrCl2 - Na3AlF6.Розроблено технологічні рекомендації щодо обладнання, матеріалів, режимівЕШП зливків титанових сплавів у поздовжніх магнітних полях.Способом ЕШП в поздовжньому магнітному полі отримано зливки титановихсплавів ВТ6, ТС6 та ОТ4. Встановлено, що хімічний склад сплавів повністювідповідає вимогам діючих стандартів. При цьому метал зливків характеризуєтьсявисокою хімічною і фізичною однорідністю. Характеристики міцності досліднихзразків відповідають типовим значенням для даних сплавів, а характеристикипластичності і ударної в'язкості перевищують в середньому на 10...25 %.^UDissertation is devoted to determination of regularities of processes of metalmelting, transferring and crystallization at ESR in conditions of effect of external constantand impulse longitudinal magnetic fields and development of technical recommendationson their application for melting of titanium alloys.The peculiarities of melting of the consumable electrode, the nature of formationand detachment of electrode metal droplets and their movement in the slag pool at ESRunder the conditions of external magnetic fields are investigated by mean of physicalmodeling. The experiments were carried out according to different schemes usingalternating, direct and modulated melting current under the action of an external constantor pulsed longitudinal magnetic field.As a result of these experiments it was found that under the influence of alongitudinal magnetic field torroidal hydrodynamic flows in the slag pool are transformedinto horizontal rotation around its axis, which leads to deformation of the free surface ofthe slag pool and the interface slag-metal pools. The amount of deformation of the poolfree surface depends on the speed of its rotation.By means of the physical modeling a number of laws was established. In particular,use of longitudinal magnetic field induction of 0.2...0.35 Tesla leads to a decrease in thefrequency of detachment of electrode metal (by 20...30%), a decrease in their averageweight (up to 10...50%), an increase in their trajectories of movement (up to 30...160%)and the period of passing through slag pool (from 0,2...0,25 to 0,4... 0,8 s), as well as tothe dispersal of places where they fall on the mirror of the liquid metal pool.The main results of physical modeling were tested in the conditions of real ESR onthe modernized equipment for melting under the action of longitudinal magnetic fields. Itwas experimentally established that the longitudinal magnetic field induction of 0.2 Teslaleads to a decrease in the melting current (by up to 20%) and an increase in the amplitudeof its oscillations, without direct change in other parameters of the process. If an impulsemagnetic field is used, the reduction of the melting current has a cyclic nature, and thevalue of its reduction depends on the induction and the duration of its impulses and can beup to 70...80%.By means of analysis of the electric modes of the ESR under the influence of anexternal longitudinal magnetic field induction of 0,2...0,28 Tesla it was established that thefrequency of the electrode metal droplet detachment increases by 18...62 %, and theelectrode melting rate - by 3...6 %. At the same time, the average diameter of metaldroplets decreases by 5...16%, and their mass by 13...41%.It was been experimentally established that the longitudinal magnetic fields at ESRlead to essential refinement of macrostructure of titanium ingots with simultaneousdeterioration of the quality of their lateral surface. The optimum values of induction ofdirect and impulse longitudinal magnetic fields, which ensure the maximum disorientationand macrostructure refinement of ingots of diameter 70...140 mm with minimaldeterioration in the quality of their surface and the absence of internal defects. It wasfound that for the direct magnetic field such induction range is B=0,12...0,22 Tesla, andfor the pulse one - B=0,18...0,3 Tesla with the duration of pulses timp=0,9...2,5 s, andpauses - tp = 6...15 s.The temperature dependence of electrical conductivity, viscosity and solidificationinterval of salt compositions based on CaF2 was investigated. On their basis the salt, threecomponentflux of CaF2 - SrCl2 - Na3AlF6 system for ESR of titanium was developed.Technological recommendations on equipment, materials, regimes for ESR of ingotsof titanium alloys in longitudinal magnetic fields were developed.The pilot ingots of titanium alloys VT-6, TS6 and OT-4 were obtained by ESRmethod in the external magnetic field. It was found that the chemical composition ofalloys fully meets the requirements of current standards. The ingot metal is characterizedby high chemical and physical homogeneity. The characteristics of the strength of the testsamples correspond to the typical values for these alloys, and the characteristics ofductility and impact elasticity exceed on average by 10...25%.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми покращення експлуатаційних характеристик високореакційних і прецизійних сплавів, шляхом підвищення хімічної і структурної однорідності металу зливків при електрошлаковому переплаві (ЕШП). Проведено комплекс теоретичних досліджень та експериментальних розробок процесів плавлення, перенесення і кристалізації металу при ЕШП в умовах нестаціонарних режимів електричного живлення і зовнішнього електромагнітного впливу. Запропоновано нові методи і технологічні рішення з керування процесами структуроутворення металу зливків. Вони базуються на веденні електрошлакового процесу в імпульсному режимі, із забезпеченням пошарового формування зливка, а також на імпульсному впливі на гідродинамічний стан металевої ванни електричними і магнітними полями, створеними із застосуванням розрядів ємнісних накопичувачів електричної енергії. Розроблені методи впливу на кристалізацію зливків ЕШП дозволяють повністю усунути формування стовбчастої структури металу, забезпечують її подрібнення і гомогенізацію, наближаючи до структури деформованого металу.Проведені дослідження процесу ЕШП в умовах вакууму. Показано, що лімітуючим чинником реалізації переплаву у вакуумі є закипання флюсу, викликане інтенсивним випаровуванням легколетючих сполук, насамперед хлоридів і фторидів. Встановлено, що тиск закипання флюсу при ЕШП залежить як від складу флюсу, так і від електричних режимів, які визначають потужність процесу і температуру ванни. Визначено критичний рівень тиску для сольових та фторидно-оксидних флюсів. Доведена можливість зменшення вмісту водню у титанових сплавах шляхом ведення переплаву в умовах вакууму. Виходячи з результатів проведених досліджень, розроблено технологічні процеси камерного ЕШП високореакційних і прецизійних металів і сплавів з нестаціонарними режимами електричного живлення і електромагнітного впливу. Створено відповідне дослідно-промислове обладнання потужністю 724 кВт для виплавки зливків діаметром до 260 мм і довжиною до 900 мм. Отримані дослідні зразки і промислові партії зливків титанових сплавів, нікеліду титану, прецизійних сплавів типу 29НК, 50Н, 46Н, 49КФ, хрому, метал яких характеризується високою хімічною і структурною однорідністю.Отримані у дисертаційній роботі результати є теоретичним узагальненням та підґрунтям для вирішенням важливої науково-технічної проблеми, що має народногосподарське значення, а саме – створення в Україні конкурентоспроможного виробництва високореакційних і прецизійних сплавів та імпортозаміщення виробів з них.^UThe thesis is devoted to solving the problem of increasing the chemical and structural homogeneity of ingots of high-reaction and precision alloys during electroslag remelting (ESR). A complex of theoretical researches and experimental developments of the processes of melting, transfer and crystallization of metal during ESR in the conditions of non-stationary regimes of electric power supply and external electromagnetic influence has been carried out. New methods and technological solutions for controlling the processes of structure formation of ingots metal are proposed. They are based on conducting the electroslag process in a pulse mode, ensuring the layer-by-layer formation of the ingot, as well as on the pulse effect on the hydrodynamic state of the metal pool by electric and magnetic fields created with the use of discharges of capacitive electric energy storage devices. The developed methods of influencing the crystallization of ESR ingots make it possible to completely eliminate the formation of the columnar structure of the metal, ensure its refining and homogenization, making it similar to the structure of deformed metalInvestigations of the ESR process under rarefied pressure conditions were carried out. It is shown that the limiting factor for the realization of remelting in a vacuum is the boiling of the flux caused by the intense evaporation of volatile components, primarily – chlorides and fluorides. It was established that the flux boiling pressure during the ESR depends both on the composition of the flux and on the electrical modes that determine the thermal power of the process. The critical pressure level for salt and fluoride-oxide fluxes was determined. The possibility of reducing the content of hydrogen in titanium alloys by remelting in vacuum conditions has been proven.Based on the results of the conducted research, the technological processes of the chamber ESR of high-reaction and precision alloys with non-stationary modes of electric power supply and electromagnetic impact have been developed. Appropriate pilot equipment with a capacity of 724 kW was created for melting ingots with a diameter of up to 260 mm and a length of up to 900 mm. Experimental samples and industrial batches of ingots of titanium alloys, titanium nickelide, precision alloys of type 29NK, 50N, 46N, 49КF and chromium, whose metal is characterized by high chemical and structural homogeneity, were obtained.The results obtained in the dissertation are a theoretical generalization and a basis for solving an important scientific and technical problem of national economic importance, namely, the creation of competitive production of high-reaction and precision alloys in Ukraine and import substitution of the corresponding products.