Protokovilov I. Electroslag remelting of high-reaction and precision metals and alloys with non-stationary modes of electric power supply and electromagnetic impact

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Science (DSc)

State registration number

0523U100174

Applicant for

Specialization

  • 05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів

10-10-2023

Specialized Academic Board

Д 26. 182. 01

E. O. Paton Elektric Welding Institute National Academy of scinces of Ukraine

Essay

The 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 metal Investigations 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.

Research papers

Igor Protokovilov, Victor Shapovalov, Vitaly Porokhonko. (2021). Effect of layer-by-layer formation of ingot during electroslag remelting on the quality of its surface and solidification structure. Ironmaking & Steelmaking. Vol. 48, No. 1, 62–68.

I. Protokovilov, V. Shapovalov, V. Porokhonko, T. Beinerts (2021). Effect of the longitudinal magnetic field on the droplets evolution during electroslag remelting process. Magnetohydrodynamics Vol. 57, No. 4, pp. 559–568.

V. Shapovalov, I. Protokovilov, V. Porokhonko. (2022). Structure and mechanical properties of thick-walled joints of Ti-6-4 titanium alloy made by electroslag welding. Procedia Structural Integrity, 36, 262–268.

Ya. Kompan, I. Protokovilov, Y. Fautrelle, Yu. Gelfgat, A. Bojarevics. (2010). Magnetically Controlled Electroslag Melting of Titanium Alloys // Magnetohydrodynamics Vol. 46, No. 3, pp. 317–324

Компан Я.Ю., Назарчук А.Т., Протоковилов И.В. К вопросу интенсификации электромагнитного воздействия при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке титановых сплавов. Современная электрометаллургия. 2007. №4. C.3-7.

Протоковилов И.В. Электрошлаковая выплавка галогенидных бескислородных флюсов. Современная электрометаллургия. 2008. №2. C.13-16.

Компан Я.Ю., Назарчук А.Т., Протоковилов И.В. Мелкозернистые слитки многокомпонентных титановых сплавов. Теория и практика металлургии. 2008. №2. C.35-40.

Компан Я.Ю., Назарчук А.Т., Петров Д.А., Белов А.М., Протоковилов И.В. Интерметаллидное жароупрочнение сплавов титана, получаемых способом магнитоуправляемой электрошлаковой плавки. Современная электрометаллургия. 2009. №1. C.1-11.

Протоковилов И.В. Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке. Современная электрометаллургия. 2011. №4. С.3–5.

Протоковилов И.В. МГД-технологии в металлургии (Обзор). Современная электрометаллургия. 2011. №4. С.32–41.

Протоковилов И.В., Петров Д. А. Получение сплавов системы Ti-Ni с эффектом памяти формы методом магнитоуправляемой электрошлаковой плавки. Титан. 2011. №4(34). С.40-44.

Протоковилов И.В. Дегазация электрода спрессованного из губчатого титана в процессе вакуумирования камерной печи ЭШП. Современная электрометаллургия. 2012. №1. С.12–15.

Протоковилов И.В., Компан Я. Ю., Назарчук А. Т., Петров Д. А. Возможности использования импульсных электромагнитных воздействий в электрошлаковых процессах. Современная электрометаллургия. 2012. №2. С.8–13.

Протоковилов И.В., Скиба И. А., Петров Д. А. Технологические аспекты магнитоуправляемой электрошлаковой плавки и термомеханической обработки никелида титана. Современная электрометаллургия. 2012. №2. С.17–20.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б., Петров Д.А. Особенности электрошлаковой сварки титана с использованием электромагнитных методов воздействия. Вісник НУК імені адмірала Макарова. 2012. №5. С.170-176 (електронне видання).

Ивочкин Ю.П., Тепляков И.О., Протоковилов И.В. Физическое моделирование электровихревых течений при ЭШП. Современная электрометаллургия. 2013. №1. С.3–7.

Протоковилов И.В., Петров Д.А., Порохонько В.Б., Бабич Л.М. Изготовление расходуемых электродов для магнитоуправляемой электрошлаковой плавки титана. Современная электрометаллургия. 2013. №3. С.8–11.

Протоковилов И.В., Назарчук А.Т., Порохонько В.Б. и др. Особенности создания импульсных магнитных полей для магнитоуправляемой электрошлаковой плавки. Современная электрометаллургия. 2013. №4. С.21–26.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б., Назарчук А.Т. и др. Способы создания внешних магнитных полей для управления процессом электрошлаковой сварки. Автоматическая сварка. 2013. №12. С.45-50.

Протоковилов И.В., Назарчук А.Т., Порохонько В.Б. и др. Электрошлаковая выплавка титановых слитков с импульсным электропитанием. Современная электрометаллургия. 2014. №2. С.10–14.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б. Способы управления кристаллизацией металла слитков при ЭШП. Современная электрометаллургия. 2014. №3. С.7–15.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б. Физическое моделирование процесса плавления расходуемого электрода при ЭШП в условиях внешнего электромагнитного воздействия. Современная электрометаллургия. 2015. №1. С.8–12.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б., Гончаров И.А., Мищенко Д.Д. Исследование физических и технологических свойств солевых флюсов для ЭШП титана. Современная электрометаллургия. 2015. №3. С.7–12.

Протоковилов И.В., Назарчук А.Т., Порохонько В.Б., Петров Д.А. Использование разрядов конденсаторов для управления кристаллизацией металла при ЭШП. Современная электрометаллургия. 2015. №4. С.3–8.

Протоковилов И.В., Петров Д.А., Порохонько В.Б. Электрошлаковый переплав отходов прецизионных сплавов. Современная электрометаллургия. 2016. №2. С.18–22.

Протоковилов И.В., Петров Д.А., Порохонько В.Б. Электрошлаковая выплавка и термомеханическая обработка высокопрочного титанового псевдо -сплава ТС6. Современная электрометаллургия. 2016. №3. С.16–20.

Протоковилов И.В., Петров Д.А. Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлакового переплава. Современная электрометаллургия. 2017. №1. С.9–14.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б. Физическое моделирование капельного переноса электродного металла при ЭШП с наложением импульсных магнитных полей. Современная электрометаллургия. 2017. №3. С.9–14.

Протоковилов И.В., Назарчук А.Т., Петров Д.А. и др. Технологические и металлургические особенности выплавки слитков титановых сплавов в электрошлаковых печах камерного типа. Современная электрометаллургия. 2018. №2. С.45–51.

Протоковилов И.В., Назарчук А.Т., Петров Д.А. и др. Особенности структурообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка. Современная электрометаллургия. 2019. №1. С.11–16.

Протоковилов И.В., Петров Д.А., Порохонько В.Б. Получение титанового сплава ОТ4, легированного марганцем, в электрошлаковой печи камерного типа. Современная электрометаллургия. 2019. №2. С.3–6.

Протоковилов И.В., Порохонько В.Б., Биктагиров Ф.К. та ін. Физическое моделирование кристаллизации слитков в изложнице в условиях электрошлакового обогрева и подпитки. Современная электрометаллургия. 2019. №3. С.3–9.

Протоковилов И.В., Петров Д.А., Порохонько В.Б. Влияние технологических параметров ЭШП на особенности плавления расходуемого электрода из прецизионного сплава 29НК. Сучасна електрометалургія. 2019. № 4. С.4–8.

Протоковилов И.В., Петров Д.А., Порохонько В.Б. Исследование технологических особенностей и допустимых давлений процесса ЭШП в вакууме. Сучасна електрометалургія. 2020. № 2. С.3–9.

Протоковілов І.В., Порохонько В.Б., Петров Д.А. Вплив зовнішнього поздовжнього магнітного поля на електричні режими ЕШП. Сучасна електрометалургія. 2021. № 3. С.5–8.

Files

Similar theses