Рябцев Анатолій Данилович. Електрошлаковий переплав металів і сплавів під флюсами з активними добавками у печах камерного типу

Короткий опис

Рябцев Анатолій Данилович. Електрошлаковий переплав металів і сплавів під флюсами з активними добавками у печах камерного типу: дис... д-ра техн. наук: 05.16.07 / НАН України; Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона. - К., 2004. , табл

Рябцев А. Д. Електрошлаковий переплав металів та сплавів під флюсами з активними добавками у печах камерного типу. Рукопис.
Дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.07 Металургія високочистих металів і спеціальних сплавів” Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, м. Київ, 2004 р.
Дисертація присвячена розробці теоретичних основ камерного електрошлакового переплаву (КЕШП), дослідженню його основних закономірностей, створенню і реалізації технології одержання товарних злитків з різних металів і сплавів.
На основі термодинамічного аналізу характеристик активних флюсів створена математична модель поводження компонентів металвміщуючих шлакових систем на фторидній основі (МеF2 Ме),досліджені фізико-хімічні, електричні і теплові особливості КЕШП під флюсами системиі визначені величини електропровідності флюсів системи.
Уперше теоретично обґрунтовані й експериментально підтверджені механізми видалення включень нітриду титану з титану і титанових сплавів при КЕШП флюсом системи.
Досліджені можливості одночасного рафінування, модифікування і мікролегування сталі кальцієм при КЕШП під флюсом системи.
Досліджені умови легування азотом сплавів на основі заліза при ЕШП у камерній печі в атмосфері азоту.
Розглянуті перспективні напрямки використання розробленої технології для виробництва ряду спеціальних сплавів. На прикладі сплавів титан-алюміній і залізо-неодим-бор показана принципова можливість одержання інтерметалідів методом КЕШП.

1. Показано, що реальним і перспективним напрямком в області виробництва злитків високореакційних металів і сплавів є електрошлаковий переплав під металвміщуючими флюсами в печах камерного типу (КЕШП). Розроблені теоретичні основи даного процесу і дослідження його основних закономірностей дозволили створити і реалізувати технології одержання товарних злитків з різних металів і сплавів.
2. На підставі теоретичних розрахунків і практичних досліджень поводження компонентів шлакової системипри ЕШП різних металів і сплавів у камерній печі в атмосфері аргону розроблена комплексна фізико-хімічна модель, що являє собою систему розрахунків, реалізованих у вигляді спеціального програмного забезпечення. Ця модель дозволяє розрахувати для рівноважних і нерівноважних умов концентрацію, активність, парціальні тиски, швидкість випаровування металевого компонента і його фториду залежно від складу і температури шлаку, а також визначати ступінь рафінування атмосфери печі.
3. Теоретично і практично визначений оптимальний, з погляду технологічності, рафінування і модифікування різних матеріалів, вміст металевого кальціюв шлаках системи. Він залежить від температури процесу і знаходиться в межах від 2 до
6 %ваг.
4. Досліджені особливості електричних і теплових характеристик при КЕШП під різними флюсами. Встановлено, що під час переплаву під флюсом системиспостерігається перехід ЕШП у нестійку дугову область із рівнем коефіцієнта гармонік у межах 25-30 % у порівнянні з 2-3 % під час переплаву сталі під флюсом АНФ-6.
5. Розроблена методика визначення електропровідності шлаку системив процесі реального КЕШП. Визначена величина електропровідності цього шлаку, що знаходиться в межах 1923Ом1см1. Встановлено, що значення електропровідності при температурах переплаву практично не залежать від маси кальцію, що додається в шлак, в розглянутих межах 315 %ваг.
6. Теоретично обґрунтовані й експериментально підтверджені умови видалення включень нітриду титану з титану і титанових сплавів при КЕШП під флюсом. Під час використання даного флюсу парціальний тиск азоту в шлаці встановлюється на рівні 10-12Па, у газовій фазі 10-22Па, що істотно нижче, ніж у нітридному включенні 10-3Па, що створює термодинамічну рушійну силу для видалення азоту. Встановлено, що руйнування збагачених азотом включень відбувається за рахунок взаємодії включення зі шлаком в умовах градієнта парціальних тисків азоту, який сформувався в робочому просторі камерної печі, зі швидкістю 0.7-1.1мм/с. При цьому азот частково перерозподіляється у твердому розчині титанового злитка і частково переходить у газову фазу.
7. Встановлена можливість одночасного рафінування, модифікування і мікролегування сталі кальцієм у процесі КЕШП. Показано, що при змістів шлаці системивід 2 до 6 %ваг([Са] = 0.002-0.006 %.) спостерігається значне рафінування металу і найбільш сильна модифікуюча дія на його первинну дендритну структуру, дендритну неоднорідність, а також диспергуючий вплив на вторинну мікроструктуру після перекристалізації. При більш високих вмістах кальцію в шлаці спостерігається ефект перемодифікування і погіршення рафінування металу, що переплавляється.
8. У роботі запропонована і випробувана комплексна технологія виготовлення виробів з g-алюмініду титану, в основі якої лежить одержання злитків інтерметалідів методом КЕШП, здрібнювання їх у порошок і виготовлення виробів методом високотемпературного спікання при тисках (9.81-49.05)106Пау вакуумі 133.3210-3Па.
9. Термодинамічно обґрунтовані й експериментально підтверджені умови азотування сталі з газової фази під час електрошлакового переплаву під флюсом системив камерній печі в атмосфері азоту при тиску в 101кПаза рахунок ефекту «накачування».
10. Встановлено, що КЕШП у середовищі аргону під флюсом, що містить 40-80 %вагфторидів РЗМ, дозволяє легувати метал злитка до значень 0.16-0.17 %вагРЗМ. Уведення ж у шлакову системуметалевого кальцію до 7 %вагпідвищує ступінь засвоєння рідкісноземельних металів до 84.5 %. Вміст РЗМ у металі досягає 0.54 %ваг.
11. Експериментальним шляхом показана принципова можливість одержання сплавів залізо-неодим-бор шляхом переплаву в контрольованому середовищі під флюсом, що містить металевий кальцій, складеного за висотою електрода з залізної трубки з оксидом неодиму (98.7 %) та порошком бору і стрижня з армко-заліза. При цьому одночасно з плавленням заліза і бору відбувається відновлення кальцієм неодиму з його оксиду. Після кожного наступного переплаву вміст неодиму в злитку підвищується в середньому на 1.5-1.7 %ваг.
12. З метою вивчення електричних і теплових характеристик процесу КЕШП розроблена вимірювальна інформаційна система (ІВС). Для аналізу й обробки одержаних сигналів створена комп'ютерна програма, що дозволяє розраховувати діюче значення струму і напруги, коефіцієнт форми, гармонійний склад. Показано перспективність використання такої характеристики як гармонійний склад струму для контролю і керування плавкою.