Наведено принципові засади, галузі застосування, переваги та недоліки технології селективного лазерного плавлення. Розглянуто явища, що відбуваються у ванні розплаву; проаналізовано вплив головних чинників на якість виробів, виготовлених за технологією селективного лазерного плавлення. Описано обладнання для реалізації технології селективного лазерного плавлення в Україні та світі. Розроблено методологію вибору раціональних технологічних режимів для селективного лазерного плавлення. Встановлено закономірності впливу на структуру та механічні властивості термічного оброблення виробів, виготовлених за технологією селективного лазерного плавлення з жароміцного сплаву Inconel 718.

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 структуроугворення 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 29ИК, 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.

Розглянуто технологію електрошлакового наплавлення та переплаву з використанням струмопідвідного кристалізатора (СПК), а також особливості конструктивного виконання кристалізатора. Наведено досвід модернізації базової трисекційної конструкції у двосекційну. Показано шляхи розвитку технології електрошлакового наплавлення з використанням СПК різних розмірів і перерізів.

Досліджено вплив постійного та імпульсного поздовжнього магнітних полів (МП) індукцією В = 0,16 - 0,30 Тл на якість зовнішніх поверхонь титанових зливків діаметром 85 мм, отриманих способом електрошлакового переплаву (ЕШП). Показано, що поряд із позитивними ефектами дії МП, виражених у збільшенні продуктивності процесу ЕШП, підвищенні хімічної однорідності зливків, подрібненні їх кристалічної структури, застосування МП призводить до погіршення якості формування бокової поверхні зливків. У цьому випадку, степінь погіршення поверхні залежить від індукції МП і тривалості імпульсів його дії. Встановлено, що використання імпульсних МП меншою мірою призводить до погіршення поверхонь зливків, ніж використання постійних МП. Описано механізми, які негативно впливають на якість формування поверхні зливка під дією поздовжнього МП. Вони полягають у винесенні та твердінні електродних крапель біля стінок кристалізатора та періодичній зміні товщини гарнісажної кірки внаслідок вібрації розплавів шлакової та металевої ванн.

Індекс рубрикатора НБУВ: К314.120.3-1

Рубрики:

Плавка металів в індукційних печах

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Виконано порівняння енергоємності та втрат металу в електрошлакових технологіях із переплавом витратного електрода та використанням рідкого металу, що показало енергетичну ефективність та більший вихід придатного у разі використання останньої. У процесі формування злитка з рідкого металу з характерною для традиційного процесу ЕШП продуктивністю економія електроенергії складає до 57 %. Можливість збільшення продуктивності на 15 % за рахунок зниження перегріву металу за ЕШП із рідким металом без зміни теплових умов процесу та якості злитка підвищує економію електроенергії до 60 % від витрат традиційного процесу. Втрати металу є також на 14 - 60 % нижчими завдяки відсутності витратних електродів, що дає суттєвий економічний ефект.

Наведено інформацію стосовно процесів спеціальної електрометалургії (СЕМ), розглянуто вплив переплавних процесів на якість сталі. Розглянуто задачі та можливості, умови впровадження процесів СЕМ у виробництво.

Розвиток металургійної промисловості України в значній мірі залежить від експорту спеціальних сталей високої якості, які одержують способами спеціальної електрометалургії. Якість металу, що одержують такими способами (в першу чергу способом ЕШП), визначається властивостями флюсу на основі CaF2, з якого протягом плавки утворюється рідкий шлак. Шлак служить джерелом теплоти, а також середовищем, в якому включення, що містяться в металі, та шкідливі домішки видаляються в результаті хімічної реакції або розчинення. Впливаючи на шлак, можна здійсювати вплив не лише на хімічний склад, а також на структуру злитка. В цілому вказані шлаки повинні мати не лише високу рафінуючу здатність, а й відповідати ряду інших вимог, які на практиці частенько вступають у протиріччя. У кожному конкретному випадку треба підібрати такий шлак, який відповідатиме найбільш важливим вимогам, у першу чергу має оптимальну електропровідність. З метою застосування шлаків раціонального хімічного составу виконали експериментальні дослідження електропровідності деяких шлаків, що застосовують у процесах спеціальної електрометалургії. У роботі використовували експериментальну установку із застосуванням датчика оригінальної конструкції. Вимірювальна гарунка, що занурюється у тигель з рідким шлаком, зроблена з нітрідборового циліндра, у який вставлена термопара та вольфрамові електроди для вимірювання електропровідності. Вимірювання проводили з використанням змінного струму із частотою 400 Гц. Одержані експериментальні результати добре відповідають літературним даним щодо флюсів із хімічним складом, близьким до досліджених і даних розрахунків за рекомендованою в літературі емпіричною формулою. Результати виконаних досліджень дозволяють рекомендувати для промислового використання флюси АН-14 та АН-15, які, крім усього, вміщують невелику кількість шкідливого для здоров'я плавикого шпату.

Запропоновано спрощену математичну модель процесів руху та нагрівання крапель розплавленого металу в рідкому шлаку при ЕШП у двох варіантах постановки задачі: крапля зберігає вихідну сферичну форму; крапля деформується та набуває форму сплюснутого (в напрямку руху) сфероїда. Показано, що деформація краплі чинить істотний вплив на швидкість і тривалість її руху в шарі шлаку, а також на площу поверхні краплі (при збереженні її об'єму), яка визначає умови нагрівання і взаємодії металу краплі з розплавленим шлаком. Доведено, що внаслідок збільшення площі поверхні та зменшення швидкості руху крапель більшого діаметру їх нагрівання в шарі шлаку відбувається більш ефективно в порівнянні зі сферичними краплями.

Наведено математичну модель, що описує тепломасообмін в індукційній канальній печі. На прикладі двофазної канальної печі зі стандартною формою каналів розглянуто вплив фазового кута зсуву між напругами, що живлять індуктори печі, на тепловий стан рідкого металу. Визначено значення цього кута, які забезпечують мінімальний перегрів розплаву в каналах відносно ванни печі. Запропоновано шляхи інтенсифікації тепломасообміну в двофазній канальній печі.

Електрошлаковий переплав є провідним процесом спеціальної електрометалургії, який використовують для отримання високоякісних сталей і сплавів. За своїми механічними (особливо пластичними) та експлуатаційними властивостями, щільністю та чистотою метал електрошлакового переплаву (ЕШП) значно перевершує аналогічні матеріали, що вироблені способами традиційної металургії. Ступінь рафінування сталі залежить від складу та властивостей шлаку, який визначає теплову ефективність процесу та температурний режим металевої ванни, тож суттєвим чином впливає на умови затвердіння зливка та його структуру. Електроліз не є основним процесом і метою ЕШП, тим не менш, оскільки перенесення струму в шлакових розплавах здійснюється переважно іонами, у цьому випадку відбуваються електрохімічні реакції, які змінюють склад шлаку та металу. Проаналізовано сучасні уявлення про природу електрохімічних процесів і можливі катодні та анодні реакції в процесах ЕШП-типу на постійному струмі, в тому числі з погляду на одержання чистого за сіркою і киснем металу. Розглянуто дані щодо впливу полярності постійного струму на швидкість плавлення витратного електрода. Виявлено актуальні напрямки подальших досліджень електрохімічної сторони процесу ЕШП для підвищення ефективності та створення нових можливостей його застосування.

Дисертація присвячена розвитку основного процесу спеціальної електрометалургії - електрошлаковому переплаву. Проаналізовані взаємозв’язки технологічних параметрів ЕШП, що впливають на металургійну якість злитків й кінцевої продукції. Доведено, що одним з головних чинників, що забезпечує мінімальний розвиток лікваційних процесів при тотожності інших параметрів є контрольоване, постійне впродовж переплаву мінімальне заглиблення витратних електродів в шлакову ванну на рівні 5-10мм. З використанням експериментального обладнання побудовано систему прямого вимірювання й обчислення технологічних параметрів переплаву з частотою до 100Гц, що дозволило реалізувати систему розрахункових датчиків тих параметрів переплаву, що не підлягають прямим вимірюванням в процесі ЕШП, як-то вага витратного електроду, вага злитка, занурення електроду в шлак тощо. Запропоновано й реалізовано САУ ЕШП на основі так званого свінг-контролю, що полягає в періодичному примусовому порушенні параметрів переплаву й вимірюванні та обчисленні впливу цих збуджень на перебіг процесу. Коливання-свінг параметрів ЕШП викликають за рахунок примусового переміщення електроду до поверхні шлакової ванни аж до наближення до дугового режиму й повернення до шлакового режиму переплаву. Розроблено рекомендації щодо переобладнання старих печей ЕШП на основі свінг-контролю й пропозиції для основних вітчизняних печей ЕШП типу ОКБ-1065.

Досліджено вплив зовнішнього поздовжнього постійного і імпульсного магнітних полів на електричні режими електрошлакового переплаву (ЕШП). Експерименти проводили під час переплаву витратних електродів із технічного титану ВТ1-0 діаметром 70 мм у мідному водоохолоджуваному кристалізаторі діаметром 105 мм. Зовнішнє поздовжнє магнітне поле (ПМП) індукцією 0,1 - 0,28 Тл створювали соленоїдом, розташованим ззовні кристалізатора. Встановлено, що застосування постійного ПМП призводить до зменшення на 12 - 20 % струму плавки та збільшення амплітуди його коливань до 15 - 18 %. У разі застосування імпульсного ПМП зменшення струму плавки має циклічний характер, а величина його падіння може сягати 70 - 80 %. Запропоновано механізми впливу ПМП на струм ЕШП, які полягають в зміні площі контакту витратного електрода з рідким шлаком внаслідок вібрацій і прогину вільної поверхні шлакової ванни.

Наведено результати експериментальних досліджень особливостей процесу електрошлакового переплаву (ЕШП) за умов вакууму при переплаві сталевих і титанових витратних електродів в електрошлаковій печі камерного типу з використанням фторидно-оксидних (ФОФ) і сольових флюсів. Встановлено, що по мірі зниження тиску в плавильному просторі печі відбувається зменшення струму плавки, збільшення амплітуди його коливань і подальше порушення стабільності електрошлакового процесу, викликане закипанням шлакової ванни. Встановлено, що рівень критичного тиску, за якого відбувається закипання ванни, залежить від складу флюсу та електричних режимів, що визначають потужність процесу ЕШП. Для сольових флюсів типу АН-Т1 і АН-Т4 рівень критичного тиску становить близько 12 - 22 і 15 - 26 кПа відповідно, а для ФОФ АНФ-1, АНФ-6, АНФ-28 - 3 - 15 кПа. Показано, чим вище потужність переплаву, тим за більш високого тиску відбувається закипання флюсу.

Індекс рубрикатора НБУВ: К314.603-1

Шифр НБУВ: Ж24340 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено математичну модель і метод розрахунку параметрів електромагнітної системи з просторово ортогональними магнітними полями, які створюються струмами двох обмоток, одна з яких виконана у вигляді циліндричного індуктора, а друга - у вигляді сідловидної котушки з лінійними ділянками, які спрямовані вздовж твірної індуктора. Визначено середні об'ємні щільності електромагнітних сил, що викликають рух розплаву в процесі індукційного нагріву в тигельних печах або машинах безперервного лиття заготовок сталі. Встановлено, що на рівні великих радіальних швидкостей мають місце незначні неоднорідності швидкості, що спільно з азимутальною швидкістю призводить до виникнення вихорів швидкості і сприяє додатковому перемішуванню металу. Визначено напругу живлення обмоток розглянутого електромагнітного пристрою, що забезпечує перемішування рідкого металу на фінальній стадії виробництва безперервнолитого злитка.

Індекс рубрикатора НБУВ: К314.120.3

Рубрики:

Плавка металів в індукційних печах

Шифр НБУВ: Ж14164 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто питання підвищення ефективності електронно-променевої гарнісажної плавки (ЕПГП) за рахунок оптимізації параметрів електромагнітного перемішування (ЕМП) розплаву. На прикладі процесу приготування розплаву титану в мідному водоохолоджуваному секційному гарнісажному тиглі з системою ЕМП, яка складається з двох котушок, проведено аналіз технологічних параметрів плавки та лиття, а також моделювання температурних і гідродинамічних процесів. Визначено оптимальні параметри рідкометалевої ванни у сформованому об'ємі металу всередині гарнісажу, після наведення якої відбувається найбільш ефективне збільшення кількості рідкого металу. Показано доцільність підвищення ефективності електричними напругами, що живлять сусідні котушки системи електромагнітного перемішування. Визначено та показано, що в процесі формування ванни розплаву є доцільною своєрідна поперемінна зміна його руху на різних етапах процесу. Досліджено умови найбільшої енергетичної ефективності процесу плавки, які полягають у збереженні помірної товщини бокових стінок гарнісажу, за рахунок чого зменшується тепловідведення від розплаву та зменшується інтенсивність і площа випаровування металу під дією електронного променя. Такий підхід також надає можливість підвищити термін експлуатації тиглів і зменшити ризики аварій. Розглянуто можливість скорочення часу плавки шляхом введення в тигель фіксованої маси розплаву, одержаного в іншій плавильній ємності, після попереднього прогріву шихти електронним променем до температури, за якої виключається вибуховий викид розплаву.

Розглянуто можливості та обмеження існуючих типів датчиків положення межі розділу металевої та шлакової ванни при електрошлаковій виплавці зливків різного розміру з їх витягуванням із короткого кристалізатора. Запропоновано та випробувано індукційний датчик рівня вбудованого типу власної розробки, який надає можливість вимірювати розташування межі шлак-метал із високою точністю. Включення сигналу датчика рівня ДУИ-20 в систему управління піччю надає можливість вести стабільний технологічний процес в автоматичному режимі та виробляти суцільні, порожнисті та наплавлені електрошлакові зливки найвищої якості в коротких (постійного перерізу, Т-подібних і струмопідвідних) кристалізаторах.

Експериментальне та розрахункове порівняння масообмінних процесів за електрошлакового переплаву з витратним електродом (ЕШП) і рідким металом (ЕШП РМ) показало їх однакову рафінувальну здатність, попри менші в останньому випадку (вдвічі) поверхню контакту шлак-метал і перегрів металу (на 70 - 95 К). Встановлено, що крапля рідкого металу в рідкому шлаку рухається швидше, ніж тверда частинка такого ж діаметра за рахунок ефекту руху металу всередині краплі. За порівнянних умов експериментально підтверджено, що десульфурація у разі ЕШП відбувається в основному на поверхні контакту шлакової та металевої ванн, а не у плівці рідкого металу на торці витратного електроду.