Лісова Л. О. Фізико-хімічні процеси при ЕШП та розробка шлаків для підвищення ефективності переплаву високоміцних сталей

Дисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей фізико-хімічної взаємодії в системі газ-шлак-метал при електрошлаковому переплаві. На цій основі розроблено нові шлаки, що покращують енергетичні параметри процесу та якість злитків з високоміцних марок сталей. В роботі проаналізовано фізико-хімічні взаємодії та складено аналітичну процедуру оцінки (фізико-хімічну модель) електрошлакового переплаву в інертній атмосфері, відповідно до якої маса металу і всієї реагуючої системи газ-шлак-метал збільшуються по мірі розплавлення витратного електроду, а маса шлаку і газу залишається умовно постійними, що дозволяє розраховувати динаміку процесу ЕШП в захисній атмосфері. Показано, що шлак окиснює активні елементи зі складу металу, що є особливо відчутним на початковому етапі переплаву: при наплавленні 20 % мас. металу (сталь 316L) в шлаку (оксидно-фторидні склади) з'являються 0,02 - 0,05 % мас. MnO та до 0,01 % мас. FeO вміст яких підвищується до кінця переплаву. Тільки при використанні фторидного шлаку (≥ 97 % мас. CaF2) вміст цих оксидів в шлаку знижується (після переплаву 40 % металу). На підставі результатів фізико-хімічного моделювання, експериментальних досліджень властивостей шлакових систем та промислового випробування запропоновано нові склади шлаків: - Шлак АНФ-39 (% мас.) 29 – 35 CaF2 / 30 – 36 Al2O3 / 27 – 32 CaO / 2 – 4 MgO / 1 – 3 SiO2 рекомендовано на заміну шлаку АНФ-6 для ЕШП легованих інструментальних сталей в стаціонарних кристалізаторах. Порівняно зі шлаком АНФ-6, новий склад АНФ-39 забезпечує зниження витрат електроенергії в процесі ЕШП (на 15 %) і не чинить суттєвої окислювальної дії на метал (вміст оксидних неметалевих включень на 0,5 бали нижче). - Шлак АНФ-37 (% мас.): 35 – 40 CaF2 / 18 – 25 Al2O3 / 30 – 35 CaO / 10 – 16 SiO2 завдяки достатній кількості двокальцієвого силікату (34-37 % мас. 2CaO·SiO2) забезпечує довільне видалення гарнісажу із зовнішніх та внутрішніх поверхонь порожнистих злитків. Цей шлак запропоновано для впровадження на підприємствах, що виготовляють методом ЕШП великовагові труби та оболонки, зокрема для теплової енергетики. Складено технічні умови на нові склади шлаків: ТУ У 20.5-05416923-112:2015 (АНФ-39) та ТУ У 20.5-05416923-109:2014 (АНФ-37).