Нові електрошлакові технології з роз'єднанням плавлення та твердіння металу

Застосування ЕШП ДС при виплавці дослідно-промислових злитків з нікелевого сплаву IN 718 (<0,08% C; 50,0-55,0% Ni; 17,0-21,0% Cr; 2,8-3,3% Mo; 4,75-5,50% Nb; 0,2-0,8% Al; 0,65-1,15% Ti; 18,5% Fe) дозволило в кілька разів зменшити об'єм металевої ванни в порівнянні з класичним ЕШП і тим самим забезпечило сприятливі умови для одержання злитків, вільних від дефектів лікваційного походження.

Плавка витратного електрода за двоконтурною схемою в струмопідвідному кристалізаторі представляється найбільш ефективною саме при виплавці злитків зі складнолегованих сталей і сплавів. Специфіка цих матеріалів вимагає спеціального підходу при їхній виплавці. Як правило, відпрацьовані для мало- і середньолегованих сталей технологічні підходи при формуванні злитків у даному випадку виявляються малопридатними. Як показав досвід застосування ЕШП ДС при переплаві низько- і середньолегованих сталей, якісне формування злитка в достатній мірі забезпечується при використанні флюсів, відомих із практики канонічного ЕШП у рухливому кристалізаторі.

У випадку виплавки злитків із суперсплавів потрібна була розробка спеціальних заходів, що забезпечують якісне формування злитка. Ці сплави мають досить широкий температурний інтервал кристалізації при порівняно низькій температурі ліквідусу. Прагнення уникнути утворення в таких злитках дефектів лікваційного характеру обумовлює необхідність виплавки цих злитків на режимах, що забезпечують формування металевої ванни з плоскою формою. Формування поверхні таких злитків повинне відбуватися в умовах досить високого гідростатичного тиску циліндричної частини металевої ванни, що при периферійному теплопідведенні створює сприятливі умови для протікання рідкого металу в проміжок між злитком і кристалізатором у випадку руйнування шлакового гарнісажу. Таким чином, фізичні властивості шлакового гарнісажу, його в'язкість у визначеному температурному інтервалі, адгезія до металу і міцність на розрив набувають великого значення. Ці властивості гарнісажу обумовлюються хімічним складом флюсу. У той же час склад флюсу повинний також забезпечувати і металургійну якість металу, не дозволяючи угар легкоокислюємих елементів і перехід елементів нестабільних сполук зі шлаку в метал. Тому при переплаві суперсплавів, які містять, наприклад, титан і алюміній, не допускається застосування флюсів, до складу яких входять нестабільні оксиди. І якщо при ЕШП цих матеріалів у стаціонарному кристалізаторі, технологічні властивості флюсу не є критичними, то при ЕШП ДС, коли здійснюється витягування злитка з кристалізатора, флюс повинний забезпечити можливість якісного формування поверхні і при цьому гарантувати ще і металургійну якість злитка. Усі використовувані при класичному ЕШП флюси для витягування мають у своєму складі кислі оксиди, такі як SiО₂, TiО₂, ZrО₂ чи оксиди рідкісноземельних металів, що "подовжують" флюс. Однак у випадку плавки суперсплавів навіть мінімальні домішки кремнію, цирконію чи РЗМ є вкрай небажаними.

Зважаючи на вище сказане в роботі вивчені особливості формування поверхні виплавлюваних злитків при плавці в струмопідвідному кристалізаторі в умовах двоконтурної схеми живлення, а також досліджено вплив флюсів різного хімічного складу на хімічний склад і особливості формування поверхні злитків з нікелевих суперсплавів. Визначено, що застосування традиційних флюсів із кремнеземом, які використовуються при класичному ЕШП із витягуванням, не може гарантувати одержання необхідного хімічного складу металу. Запропоновано шлакову композицію складу 66% CaF₂ - 15% TiO₂ - 15% Al₂O₃ - 4% MgO для виплавлення нікелевих суперсплавів, яка забезпечує якісне формування поверхні злитка і гарантоване збереження хімічного складу металу, що відповідає технічним вимогам.

Розробка промислового процесу і перспективи розвитку нових електрошлакових технологій

У результаті виконаних у роботі комплексних досліджень фізико-металургійних і технологічних особливостей нових електрошлакових процесів ЕШТ РМ і ЕШП ДС були встановлені взаємозалежності між основними параметрами і визначені їхні можливості. У комплексі з результатами всебічних досліджень якості металу заготовок, виготовлених за новими технологічними схемами, це дозволило рекомендувати нові схеми до широкого промислового використання.

На основі отриманого досвіду запропонована концепція створення промислових агрегатів ЕШТ РМ і ЕШП ДС з урахуванням можливостей конкретного підприємства і досягнення максимальної економічної ефективності від упровадження нових технологічних процесів.

Для Новокраматорського машинобудівного заводу ("НКМЗ") був запропонований технологічний процес виробництва композитних прокатних валків методом електрошлакового наплавлення рідким металом. У рамках спільних із "НКМЗ" робіт шляхом адаптації стандартного електрошлакового устаткування, що є на заводі, створений промисловий агрегат ЕШН РМ заготовок валків прокатних станів діаметром наплавлюємої бочки до 1000 мм, довжиною до 2000 мм і масою до 20 т.

На установці ЕШН РМ були виготовлені дослідно-промислові партії валків ЕШН РМ. Іспити валків ЕШН РМ в умовах промислових прокатних станів на ряді заводів України і Росії показали, що застосування ЕШН РМ дозволило в 2 - 5 разів підвищити стійкість валків у порівнянні з валками, виготовленими за традиційними металургійними технологіями.

Створений агрегат ЕШН РМ захищений патентом України №32637, на технологічний процес наплавлення спільно розроблені відповідні технологічні інструкції і нормативна документація. В даний час на "НКМЗ" здійснюється будівництво наступного агрегату ЕШН РМ, призначеного для наплавлення заготовок опорних валків прокатних станів

Як перспективний напрямок подальшого розвитку нових процесів вивчена і підтверджена можливість застосування технологічної схеми ЕШП ДС для виробництва композитних заготовок моноблокових валів роторів парових і газових турбін .

Для оцінки можливості застосування зазначених технологій у виробництві композитних роторних заготовок, були проведені дослідні плавки злитків діаметром 350 мм за схемою ЕШП ДС. В якості матеріалів для досліджень використовували дві композиції: №1 - сталь 08сп - валкова швидкорізальна сталь 180Х5М4В4Ф; №2 - сталь 08сп - нікелевий сплав IN718. Виготовлення злитків проводили шляхом послідовного переплаву витратних електродів кожного складу, що входить до композиції. При переході від одного матеріалу до іншого робилася пауза, протягом якої відбувалася кристалізація рідкого металу, таким чином, щоб глибина рідкої металевої ванни, що залишилася, була мінімальною. У період витримки розплаву і його кристалізації шлакову ванну в рідкому стані підтримували за рахунок струмопідвідного кристалізатора. Після одержання мінімального об'єму рідкої металевої ванни першого складу в кристалізатор занурювали витратний електрод другого хімічного складу і здійснювали його переплав по аналогічній двоконтурній схемі, як і у випадку з першим електродом. По завершенні плавок злитки були порізані на темплети, що використовувалися для оцінки макростуктури отриманих заготовок і проведення досліджень зміни хімічного складу уздовж лінії, що проходить від металу одного складу через зону сплавлення до металу іншого складу.

Як показав аналіз макротемплетів, зона сплавлення не мала видимих несуцільностей, пір і дирчатостей. Судячи з характеру зміни макроструктури розміри перехідної зони від частини злитка одного хімічного складу до частини іншого складу мінімальні. Розподіл хімічних елементів по висоті злитків поблизу лінії сплавлення підтвердив, що застосування технології ЕШП ДС дозволяє одержувати моноблокові композитні злитки з мінімальним розбавленням їх складових і вони можуть бути рекомендовані для виробництва заготовок роторів парових і газових турбін.

Варто звернути увагу і на той факт, що аналогічні результати можуть бути досягнуті при застосуванні запропонованого в даній роботі способу ЕШП РМ. У ряді випадків, наприклад, при виробництві композитних заготовок, одна зі складових якої являє собою матеріал з перлітною структурою, а друга - з аустенітною, для швидкого переходу від однієї структури до іншої і запобігання утворення так званих "несприятливих структур", може бути реалізована комбінація двох технологій ЕШП ДС і ЕШП РМ. У цьому випадку рідкий залишок першої частини злитка шляхом заливання розрахункової порції рідкого металу може бути долегований до складу, який забезпечує одержання стабільного заданого структурного стану. Роботи з подальшого розвитку й удосконалювання запропонованого способу одержання моноблокових композитних заготовок уявляються дуже перспективним напрямком промислового використання нових електрошлакових технологій - ЕШП ДС і ЕШП РМ.

Лабораторні і дослідно-промислові випробування можливостей застосування схеми ЕШП ДС для виробництва великих (діаметром більш 500 мм) злитків з нікелевих суперсплавів показали, що цей технологічний процес за рахунок розриву жорсткого зв'язку між температурними параметрами плавки і її продуктивністю, а також з урахуванням нових можливостей управління об'ємом і формою металевої ванни, дозволяє забезпечити необхідні умови кристалізації, які гарантують одержання злитка вільного від дефектів типу плямистої ліквації, що було неможливим при використанні класичної схеми ЕШП.

Аналіз можливостей ЕШП ДС в (роз'єднання процесів плавлення і кристалізації металу, і, як наслідок, розрив жорсткого зв'язку між температурними параметрами і продуктивністю електрошлакового процесу), а також досвід лабораторного і промислового використання електрошлакових процесів в струмопідвідному кристалізаторі дозволив рекомендувати застосування цієї схеми для рафінування титану від високоазотистих включень. Попередні експерименти показали, що при ЕШП ДС досягається часткове розчинення великих азотистих включень, і ця схема ЕШП може бути використана перед заключним ВДП в існуючому сьогодні титановому виробництві.

Висновки

1. Виконано аналіз сучасного стану й узагальнений практичний досвід застосування електрошлакових технологій у промисловому виробництві. Запропоновано нові технологічні схеми металургійного переділу, які базуються на електрошлаковому процесі і забезпечують підвищення якості металу ЕШП за рахунок роз'єднання процесів плавлення і кристалізації металу. Розроблено наукові основи запропонованих процесів одержання електрошлакового металу - електрошлакові технології з рідким металом - ЕШТ РМ і електрошлаковий переплав витратних електродів за двоконтурною схемою - ЕШП ДС.

2. Вивчено основні технологічні особливості електрошлакового процесу в струмопідвідному кристалізаторі (СПК): - Встановлений характер струмо- і теплорозподілу в СПК при здійсненні різних технологічних схем ЕШТ РМ і ЕШП ДС. - Встановлено, що при переплаві в СПК завдяки переважному тепловиділенню в периферійній області шлакової ванни температурне поле в металевій ванні є більш рівномірним по поперечному перерізу кристалізатора (з урахуванням периферійного тепловідведення у водоохолоджувані стінки кристалізатора), ніж у випадку класичного ЕШП (де області найбільшого тепловиділення і найменшого тепловідведення збігаються). При плавці в СПК мається можливість одержання більш плоскої форми металевої ванни, що сприятливо позначається на структурі злитка.

Розроблено практичні рекомендації по удосконаленню існувавшої конструкції СПК з урахуванням реалізації нових технологічних процесів ЕШТ РМ і ЕШП ДС.

3. Досліджено різні технологічні схеми приготування і розливання рідкого металу для процесів ЕШТ РМ. Встановлено, що застосування електрошлакової тигельної плавки і магнітодинамічних установок дозволяє забезпечити тривале збереження розплаву з мінімальними втратами основних легуючих елементів. Підтверджено можливість використання електрошлакових тигельних печей і магнітодинамічних установок як агрегатів, що забезпечують збереження і розливання рідкого металу при ЕШТ РМ.

4. Вивчено процеси формування наплавленого шару при електрошлаковому наплавленні з використанням рідкого металу. Встановлено взаємозв'язок між глибиною і висотою проплавлення, що дозволяє забезпечити контрольоване управління процесом наплавлення з метою одержання бездефектних композитних заготовок ЕШН РМ.

5. Виконані комплексні дослідження якості металу заготовок ЕШТ РМ. Новий технологічний процес забезпечує можливість виробництва ізотропних по хімічному складу і властивостям металевих заготовок. Можливість незалежного управління процесами плавлення і розливання металу при ЕШТ РМ дозволяє гарантувати одержання більш дрібнозернистої (дисперсної) структури заготовки, ніж у випадку застосування традиційних схем ЕШТ.

6. Досліджено основні технологічні параметри процесу електрошлакового переплаву витратного електрода за двоконтурною схемою і установлений взаємозв'язок між ними. Двоконтурна схема ЕШП плавкого електрода дозволила значно послабити залежність швидкості плавлення електрода від підводжуваної потужності в порівнянні з класичною схемою переплаву. Температурні умови процесу при ЕШП ДС можна регулювати незалежно від його продуктивності, що забезпечує управління об'ємом і формою металевої ванни в більш широких межах і тим самим позитивно впливає на якість металу злитка ЕШП.

7. Досліджено вплив параметрів двоконтурної схеми ЕШП на розміри і форму металевої ванни. Встановлено, що плоска форма металевої ванни і відповідно осьова кристалізація металу злитків може бути отримана при виплавці злитків ЕШП ДС зі співвідношенням потужностей на кристалізаторі й електроді як (60-75):(40-25) відповідно в залежності від ступеня легування металу електрода і його фізичних властивостей. Плоска форма металевої ванни може бути забезпечена при плавленні електродів великого перерізу чи електродів малого перерізу, зібраних у пучок, а також електродів малого перерізу, подаваних з ексцентриситетом щодо осі кристалізатора при обов'язковому обертанні металевої ванни. Грубу структуру металу можна обмежити шляхом регульованого обертанням шлакової та металевої ванн.

8. На підставі виконаних комплексних досліджень запропонована концепція створення промислового устаткування ЕШТ РМ і створений промисловий агрегат для виробництва композитних заготовок робочих валків прокатних станів методом ЕШН РМ. Розроблено промислову технологію наплавлення і виготовлені партії прокатних валків з робочим шаром зі швидкорізальних сталей та високохромистих чавунів. Застосування ЕШН РМ дозволило в 2-5 разів підвищити стійкість валків в умовах роботи промислових прокатних станів, у порівнянні з валками, виготовленими за традиційними технологіями.

9. Технічні рішення, отримані в результаті проведених робіт захищені 5 патентами України.

Основний зміст дисертації опублікований в наступних роботах:

1. Медовар Б.И., Кусков Ю.М., Ус В.И., Чернец А.В., Ус С.А., Грабовский Ц.Ф., Марченко А.М., Томиленко С.В., Орловский Ю.В. Электрошлаковая наплавка некомпактным материалом - перспективный способ изготовления и восстановления валков холодной прокатки // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1993. - №1. - С. 25-28.

2. Медовар Б.И., Чернец А.В., Медовар Л.Б., Шевченко В.Е., Трипольская В.П., Федоровский Б.Б., Орловский Ю.В., Белоглазов А.П., Ланцман И.А. Электрошлаковая наплавка жидким присадочным металлом // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1995. - №1. - С. 7-11.

3. Кусков Ю.М., Ус В.И., Томиленко С.В., Грабовский Ц.Ф., Чернец А.В., Грицюк В.А., Цыкуленко А.К. Исследование параметров электрошлаковой плавки в токоподводящем кристаллизаторе // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1995. - №3. - С. 24-28.

4. Medovar B.I., Chernets A.V., Medovar L.B., Orlovskii Yu.V., Fedorovskii B.B., Shevchenko V.E., Tripolskaya V.P. Electroslag cladding by liquid filler metal // Proc. of the 4^th European Conference on Advanced Materials and Process EUROMAT-95, Symposium F Materials and Processing Control. - Padua/Venice (Italy) - 1995. - P. 165-170.

5. Медовар Б.И., Чернец А.В., Медовар Л.Б., Орловский Ю.В., Федоровский Б.Б., Шевченко В.Е., Трипольская В.П. Электрошлаковая наплавка жидким металлом // Пути развития машиностроительного комплекса Магнитогорского Металлургического Комбината Вып. 2 "Прокатные валки". - Магнитогорск: Мини Тип. - 1996. - С. 32-41.

6. Медовар Б.И., Саенко В.Я., Медовар Л.Б., Помарин Ю.М., Орловский В.Ю., Цыкуленко А.К., Федоровский Б.Б., Ланцман И.А., Чернец А.В. Химический состав и структура алюминида титана электрошлаковой выплавки // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1996. - №3. - С. 3-8.

7. Medovar B.I., Medovar L.B., Chernets A.V., Fedorovskii B.B., Shevchenko V.E., Us V.A., Shutey J, Nylen T. Electroslag surfacing by liquid metal - a new way for HSS-roll manufacturing // Proc. of the 38^th Mechanical Working and Steel Processing . Volume XXXIV. - Cleveland, Ohio (USA) - 1996. - P. 83-87.

8. Medovar B.I., Medovar L.B., Tsykulenko A.K., Fedorovskii B.B., Lantsman I.A., Beloglasov A.P., Us V.I., Chernets A.V., Shevchenko V.E. Electroslag process without consumable electrodes // Proc. of the 1997 International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting. - Santa Fe, New Mexico (USA) - 1997. - P. 348-352.

9. Medovar B.I., Medovar L.B., Saenko V.Ya., Chernets A.V. Electroslag semi-continuos casting - a new way clean high-speed steel manufacturing // Proc. of the 5^th International Conference on Clean Steel. - Balatonfьred (Hungary) - 1997 . - P. 188-191.

10. Медовар Б.И., Чернец А.В., Медовар Л.Б., Федоровский Б.Б., Шевченко В.Е., Ланцман И.А., Цыкуленко А.К., Ус В.И. ЭШН ЖМ - как способ получения тонкой структуры наплавленного слоя из быстрорежущей стали // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1997. - №1. - С. 3-4.

11. Медовар Б.И., Медовар Л.Б., Цыкуленко А.К., Федоровский Б.Б., Чернец А.В., Ланцман И.А., Ус В.И. Шевченко В.Е., Пасошникова Л.П., Гордань Г.Н. Электрошлаковые процессы без расходуемых электродов // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1997. - №2. - С. 12-17.

12. Medovar B.I., Chernets A.V., Medovar L.B. Elektrozuzlowe napawanie cieklym materialemdodatkowym // Biuletyn Institutu Spawalnictwa. - 1998 - №1. P. 39-42.

13. Чернец А.В. О возможностях электрошлаковой наплавки жидким металлом в производстве высококачественных валков станов Стеккеля // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1998. - №2. - С. 3-6.

14. Medovar B.I., Medovar L.B., Fedorovskii B.B., Lantsman I.A., Tsykulenko A.K., Chernets A.V., Shevchenko V.E., Pomarin Yu.M, Saenko V.Ya. Electroslag Technology for TiAl Ingots // Proc. of the Xi'an International Titanium Conference (XITC"98). - Xi'an (China) - 1998 . - P. 741-749.

15. Чернец А.В. Электрошлаковая тигельная плавка как способ производства жидкого металла для нового поколения электрошлаковых технологий без расходуемых электродов // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1998. - №3. - С. 5-8.

16. Medovar B.I., Medovar L.B., Tsykulenko A.K, Chernets A.V. Electroslag melting of titanium sponge in a current-conductive mould // Proc. of the 1999 International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting. - Santa Fe, New Mexico (USA) - 1999 . - P. 168-175.

17. Чернец А.В. Некоторые вопросы образования наплавленного слоя при ЭШН ЖМ // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1999. - №1. - С. 8-12.

18. Медовар Б.И., Медовар Л.Б., Цыкуленко А.К., Чернец А.В., Саенко В.Я. К вопросу об электрошлаковой выплавке крупнотоннажных заготовок из высоколегированных сталей и сплавов // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1999. - №2. - С. 26-30.

19. Medovar B.I., Medovar L.B., Chernets A.V., Fedorovskii B.B., Tsykulenko A.K., Lantsman I.A., Beloglasov A.P., Shevchenko V.E. Electroslag cladding - way towards new generation of the ESR // Proc. of the INTECO-Syposium at the METEC. - Dьsseldorf (Germany) - 1999 . - P. 1-10.

20. Medovar L.B., Chernets A.V., Shevchenko V.E. Metal recovery by method of electroslag technology // Proceedings of 4^th international conference and exhibition on the Recycling of Metals. - Vienna (Austria) - 1999 . - P. 260-268.

21. Шабанов В.Б., Свиридов О.В., Белобров Ю.Н. и др. Создание комплекса ЭШН жидким присадочным металлом рабочих валков горячей прокатки для непрерывных широкополосных станов // Автоматическая сварка. - 1999. - №9. - С. 51-54.

22. Медовар Б.И., Медовар Л.Б., Саенко В.Я., Чернец А.В. Электрошлаковый процесс с использованием жидкого присадочного металла - новый путь в развитии электрошлаковой сварочной технологии // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1999. - №3. - С. 3-8.

23. Медовар Б.И., Медовар Л.Б., Чернец А.В., Ус В.И., Шабанов В.Б., Свиридов О.В., Волков А.С. Электрошлаковая наплавка жидким металлом - новый способ производства высококачественных композитных заготовок валков прокатных станов // Труды третьего конгресса прокатчиков. - Липецк (Россия) -1999. - С. 369-372.

24. Медовар Б.И., Медовар Л.Б., Саенко В.Я., Богаченко А.Г., Ус В.И., Федоровский Б.Б., Цыкуленко А.К., Белоглазов А.П., Ланцман И.А., Чернец А.В., Жадкевич М.Л. Электрошлаковая утилизация объектов военной техники // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2000. - №1. - С. 8-13.

25. Чернец А.В. Валки нового поколения в Канаде // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2000. - №1. - С. 19-22.

26. Medovar B.I., Medovar L.B., Chernets A.V., Shabanov V.B., Sviridov O.V. Ukrainian ESS LM HSS rolls for hot strip mills // Proc. of the 42^th Mechanical Working and Steel Processing Conference. Volume XXXVII. - Toronto, Ontario (Canada) - 2000 . - P. 647-654.

27. Медовар Л.Б., Чернец А.В., Грабовский Ц.Ф., Шевченко В.Е., Шабанов В.Б., Свиридов О.В. Опыт изготовления и применения быстрорежущих валков ЭШН ЖМ // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2000. - №3. - С. 3-9.

28. Цыкуленко А.К., Ланцман И.А., Медовар Л.Б., Чернец А.В., Шевченко В.Е., Федоровский Б.Б., Грабовский Ц.Ф., Ус В.И. Двухконтурная схема электрошлакового переплава расходуемого электрода // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2000. - №3. - С. 16-20.

29. Медовар Л.Б., Цыкуленко А.К., Чернец А.В., Федоровский Б.Б., Шевченко В.Е., Ланцман И.А., Грабовский Ц.Ф., Ус В.И., Петренко В.Л. Исследование влияния параметров двухконтурной схемы ЭШП на размеры и форму металлической ванны // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2000. - №4. - С. 3-7.

30. Медовар Л.Б., Цыкуленко А.К., Чернец А.В., Федоровский Б.Б., Шевченко В.Е., Ланцман И.А., Грабовский Ц.Ф., Ус В.И., Петренко В.Л. О формировании поверхности слитков из никелевых суперсплавов при ЭШП в токоподводящем кристаллизаторе // Проблемы специальной электрометаллургии. - 2000. - №4. - С. 7-14.

31. Medovar L.B., Tsykulenko A.K., Saenko V.Ya, Chernets A.V., Fedorovskii B.B., Us V.I., Lantsman I.A. New Electroslag Technologies // Proceedings of the Medovar Memorial Symposium (International Symposium on Electroslag Remelting Technology and Equipment). - Kyiv (Ukraine) - 2001. - P. 49-60.

32. Tarasevich N.I., Korniets I.V., Medovar L.B., Shevchenko V.E., Chernets A.V. Some thermal-physical peculiarities of electroslag cladding of rolls using a liquid metal // Proceedings of the Medovar Memorial Symposium (International Symposium on Electroslag Remelting Technology and Equipment. - Kyiv (Ukraine) - P. 83-86.

33. Пат. 25600 Україна, МКИ B 22 D 19/16; B 22 D 11/00. Спосіб електрошлакового наплавлення заготовок круглого перерізу / Б.І. Медовар, Л.Б. Медовар, Б.Б. Федоровський, А.К. Цикуленко, І.А. Ланцман, О.В. Чернець, В.Ю. Шевченко, К.А. Цикуленко, В.І. Ус, В.Я. Саєнко (Україна); ЗАО "Елмет-Рол - Група Медовара". - № 98041704; Заявл. 03.04.98; Опубл. 25.12.98, Бюл. №6.

34. Пат. 25605 Україна, МКИ B 22 D 19/00. Струмопідвідний кристалізатор / Б.І. Медовар, Л.Б. Медовар, Б.Б. Федоровський, А.К. Цикуленко, І.А. Ланцман, О.В. Чернець, В.Ю. Шевченко, К.А. Цикуленко, В.І. Ус, В.Я. Саєнко (Україна). № 98042026; Заявл. 22.04.98; Опубл. 25.12.98, Бюл. №6.

35. Пат. 25607 Україна, МКИ B 22 D 19/00. Струмопідвідний кристалізатор / Б.І. Медовар, Л.Б. Медовар, Б.Б. Федоровський, А.К. Цикуленко, І.А. Ланцман, В.Ю. Шевченко, К.А. Цикуленко, В.І. Ус, О.П. Бєлоглазов, В.Я. Саєнко, О.В. Чернець (Україна). № 98031384; Заявл. 19.03.98; Опубл. 25.12.98, Бюл. №6.

36. Пат. 31837 Україна, МКИ C 22 B 9/00. Спосіб безперервного розливу титану і його сплавів у камері / Б.Е. Патон, Б.І. Медовар, Л.Б. Медовар, Б.Б. Федоровський, І.А. Ланцман, А.К. Цикуленко, В.І. Ус, В.Ю. Шевченко, К.А. Цикуленко, В.Я. Саєнко, О.В. Чернець, О.Г. Богаченко, Г.М. Григоренко, Ю.М. Помарін (Україна). № 98115858; Заявл. 03.11.98; Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-II.

37. Патент 32637 Україна, B 22D 19/00, B 22D 19/16, B 21B 1/00, B 21B 27/00, B 21B 28/02. Установка для електрошлакового наплавлення рідким металом композитних валків / Г.М. Скудар, О.В. Свиридов, В.Б. Шабанов, Ю.М. Білобров, В.О. Чередниченко, В.І. Христиченко, М.П. Стрельников, Л.Б. Медовар, Б.І. Медовар, Б.Б. Федоровський, І.А. Ланцман, О.В. Чернець, В.Ю. Шевченко, А.К. Цикуленко (Україна). №99116421, Заявл. 22.11.1999, Опубл. 15.02.2001, Бюл. №1.

АНОТАЦІЯ

Чернець О.В. Нові електрошлакові технології з роз'єднанням плавлення та твердіння металу.

Дисертація 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, Київ, 2001.

Робота присвячена вирішенню задачі підвищення ефективності металургійних технологій, що базуються на електрошлаковому процесі.

Розроблені нові електрошлакові технології з роз'єднанням процесів плавлення і твердіння металу - електрошлакові технології з рідким металом (ЕШТ РМ) і електрошлаковий переплав витратного електрода за двоконтурною схемою (ЕШП ДС). Розглянуто теплофізичні, фізико-хімічні і матеріалознавські основи нових електрометалургійних процесів. Показано, що роз'єднання плавлення і твердіння металу при ЕШП дозволяє створити найбільш сприятливі умови на стадіях приготування металу і кристалізації заготовки. Комплексні дослідження якості металу заготовок ЕШТ РМ і ЕШП ДС дозволили зробити висновок про високу конкурентноздатність цих процесів. Запропонована концепція створення промислового устаткування для реалізації ЕШТ РМ й ЕШП ДС і здійснено впровадження цих технологій у виробництво.

Ключові слова: електрошлакові технології, рідкий метал, двоконтурна схема переплаву витратного електрода, математичне моделювання, об'єм і форма металевої ванни, кристалізація, шлакові системи, формування заготовки, композитні валки.

ABSTRACT

Chernets A.V. New electroslag technologies with a separation of melting and solidification of metal

Thesis for the Doctor's degree on speciality 05.16.07 "Metallurgy of high-purity metals and special alloys" - The E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kyiv, 2001.

The work is devoted to the solution of the problem of improving the efficiency of metallurgical technologies based on the electroslag process.

The integrated investigations resulted in the development of the new electroslag technologies with a separation of processes of melting and solidification, i.e. electroslag technologies using a liquid metal (EST LM) and electroslag remelting of consumable electrode using a two-circuit diagram (ESR TD). The separation of the processes of melting and solidification of metal in ESR makes it possible to create the most favourable conditions at the stage of preparation of metal and at the stage of solidification of billet. The integrated examinations of the metal quality of billets of EST LM and ESR TD were made, thus making conclusion about the high competitiveness of these processes. Based on the results of integrated theoretical and experimental investigations the fundamentals of the industrial technology were developed and a conception of creation of the industrial equipment of EST LM and ESR TD was suggested.

Key words : electroslag technologies, liquid metal, two-circuit diagram of consumable electrode remelting, mathematical modelling, volume and shape of metal pool, solidification, slag systems, billet formation, composite rolls.

АННОТАЦИЯ

Чернец А.В. Новые электрошлаковые технологии с разделением плавления и затвердевания металла.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.07 "Металлургия высокочистых металлов и специальных сплавов" - Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев, 2001.

Работа посвящена решению задачи повышения в условиях современного промышленного производства эффективности металлургических технологий, базирующихся на электрошлаковом процессе. В результате комплексных физико-металлургических и инженерно-технологических исследований разработаны новые электрошлаковые технологии с разделением процессов плавления и затвердевания металла - электрошлаковые технологии с жидким металлом (ЭШТ ЖМ) и электрошлаковый переплав расходуемого электрода по двухконтурной схеме (ЭШП ДС).

Новые технологические процессы позволили разорвать жесткую связь между производительностью процесса ЭШП и его температурными параметрами, изменить условия теплораспределения при кристаллизации заготовок, а также (при ЭШТ ЖМ) в значительной степени снять многие экономические проблемы классического ЭШП, связанные с производством и подготовкой расходуемых электродов.

Рассмотрены теплофизические, физико-химические и материаловедческие основы новых электрометаллургических процессов.

Изучены основные технологические особенности протекания электрошлакового процесса в токоподводящем кристаллизаторе (ТПК) при реализации технологических схем ЭШТ ЖМ и ЭШП ДС. Установлен характер токо- и теплораспределения в ТПК, разработаны практические рекомендации, по совершенствованию существовавшей конструкции ТПК с учетом реализации новых процессов.

Проанализированы и исследованы различные технологические схемы приготовления, хранения и разливки жидкого металла с целью их применения для ЭШТ ЖМ. Установлено, что с технологической и экономической точек зрения весьма эффективным является использование электрошлаковых тигельных печей и магнитодинамических установок. Применение указанных агрегатов при реализации электрошлаковых технологий с жидким металлом позволяет обеспечить длительное хранение расплава с минимальными потерями основных легирующих элементов и его последующую разливку с производительностью, необходимой для ЭШТ ЖМ.

Впервые проанализированы и исследованы основные технологические параметры процесса электрошлакового переплава расходуемого электрода по двухконтурной схеме и установлена взаимосвязь между ними.

Показано, что разделение процессов плавления и затвердевания металла при ЭШП позволяет создать наиболее благоприятные условия, как на стадии приготовления металла, так и при формировании и кристаллизации заготовки. Применение ЭШТ ЖМ и ЭШП ДС обеспечивает возможность более гибкого регулирования температуры подаваемого в металлическую ванну металла и управления основными параметрами кристаллизации металлической ванны, выдерживая в заданных пределах объем металлической ванны и обеспечивая ее любую требуемую форму. Определены условия, гарантирующие получение плоской формы и минимального объема металлической ванны. Показано, что независимое управление процессами плавления, разливки и кристаллизации металла при ЭШТ ЖМ и ЭШП ДС позволяет гарантировать получение более мелкозернистой (дисперсной) структуры заготовок, чем в случае применения традиционных схем ЭШТ.

В работе выполнены комплексные исследования качества металла, свидетельствующие, что по своим физико-механическим и служебным свойствам заготовки ЭШТ ЖМ и ЭШП ДС соответствуют самым высоким современным требованиям.

На основании полученных результатов комплексных теоретических и экспериментальных исследований разработаны основы промышленной технологии и предложена концепция создания промышленного оборудования ЭШТ ЖМ и ЭШП ДС.

Опробование ЭШП ДС в производстве крупных (диаметром 500 мм и более) слитков из никелевых суперсплавов показало, что этот технологический процесс позволяет обеспечить необходимые условия, для изготовления промышленных слитков, свободных от дефектов типа пятнистой ликвации, что являлось невозможным при использовании классической схемы ЭШП.

На Новокраматорском машиностроительном заводе введен в эксплуатацию промышленный агрегат для производства композитных заготовок рабочих валков прокатных станов методом электрошлаковой наплавки жидким металлом (ЭШН ЖМ). Разработана промышленная технология наплавки и изготовлены партии композитных прокатных валков с рабочим слоем из быстрорежущих сталей и высокохромистых чугунов. Применение нового технологического процесса ЭШН ЖМ позволило гарантировать двух- пятикратное повышение стойкости валков в условиях работы промышленных прокатных станов и обеспечить повышение качества готовой продукции.

Ключевые слова: электрошлаковые технологии, жидкий металл, двухконтурная схема переплава расходуемого электрода, математическое моделирование, объем и форма металлической ванны, кристаллизация, шлаковые системы, формирование заготовки, композитные валки.

Размещено на Allbest.ru