Дисертаційна робота присвячена визначенню закономірностей процесів
плавлення, перенесення та кристалізації металу при ЕШП в умовах дії зовнішніх,
постійних та імпульсних поздовжніх магнітних полів і розробці технічних
рекомендацій щодо їх застосування при виплавці зливків титанових сплавів.
Шляхом фізичного моделювання досліджено особливості плавлення
витратного електроду, характеру формування і відриву крапель електродного
металу та їх рух в шлаковій ванні при ЕШП в умовах дії зовнішніх магнітних полів.
Експерименти проводили за різними схемами із застосуванням змінного, постійного
і модульованого струму плавки під дією зовнішнього постійного або імпульсного
поздовжнього магнітного поля.
В результаті проведених експериментів встановлено, що під дією
поздовжнього магнітного поля тороїдальні гідродинамічні течії в шлаковій ванні
трансформуються в горизонтальні обертання навколо її осі, що призводить до
деформації вільної поверхні шлакової ванни та поверхні поділу шлакова - металева
ванни. Величина деформації вільної поверхні ванни залежить від швидкості
обертання розплаву.
Фізичним моделюванням встановлено ряд закономірностей. Зокрема,
застосування поздовжнього магнітного поля індукцією 0,2...0,35 Тл призводить до
збільшення частоти відриву крапель електродного металу (на 20…30%), зменшення
їх середньої маси (на 10…50%), збільшення траєкторій їх руху (на 30...160%) і
терміну перебування в шлаковій ванні (з 0,2...0,25 до 0,4...0,8 с ), а також до
розосередження місць попадання крапель на дзеркало рідкої металевої ванни.
Основні результати фізичного моделювання були апробовані в умовах
натурного ЕШП титану на модернізованому обладнанні під дією поздовжніх
магнітних полів. Експериментально встановлено, що поздовжнє магнітне поле
індукцією 0,2 Тл призводить до зменшення струму плавки (на величину до 20 %) і
збільшення амплітуди його коливань, без цілеспрямованої зміни інших параметрів
процесу. У випадку застосування імпульсного поздовжнього магнітного поля
зменшення струму плавки має циклічний характер, а величина цього падіння
залежить від величини індукції і тривалості імпульсів магнітного поля і може сягати
до 70...80%.
За допомогою аналізу осцилограм електричних режимів ЕШП під дією
зовнішнього поздовжнього магнітного поля індукцією 0,2...0,28 Тл встановлено, що
частота відриву крапель електродного металу збільшується на 18...62 %, а швидкість
плавлення електроду - на 3…6 %. При цьому, середній діаметр крапель металу
зменшується на 5…16%, а їх маса на 13...41%.
Експериментально встановлено, що поздовжні магнітні поля при ЕШП
призводять до суттєвого подрібнення макроструктури титанових зливків, при
одночасному погіршенні якості формування їх бокової поверхні. Визначено
оптимальні величини індукції постійного та імпульсного поздовжнього магнітних
полів, які забезпечують максимальну розорієнтацію та подрібнення макроструктури
зливків діаметром 70...140 мм, при мінімальному погіршенні якості їх бокових
поверхонь та відсутності внутрішніх дефектів. Встановлено, що для постійного
магнітного поля такий діапазон індукції становить В=0,12…0,22 Тл, а для
імпульсного - В=0,18…0,3 Тл при тривалості імпульсів tімп=0,9…2,5 с, та пауз - tп =
6…15 с.
Досліджено температурні залежності електропровідності, в’язкості та
інтервалу твердіння сольових композицій на основі CaF2. На їх основі розроблено
сольовий, трикомпонентний флюс для ЕШП титану системи CaF2 - SrCl2 - Na3AlF6.
Розроблено технологічні рекомендації щодо обладнання, матеріалів, режимів
ЕШП зливків титанових сплавів у поздовжніх магнітних полях.
Способом ЕШП в поздовжньому магнітному полі отримано зливки титанових
сплавів ВТ6, ТС6 та ОТ4. Встановлено, що хімічний склад сплавів повністю
відповідає вимогам діючих стандартів. При цьому метал зливків характеризується
високою хімічною і фізичною однорідністю. Характеристики міцності дослідних
зразків відповідають типовим значенням для даних сплавів, а характеристики
пластичності і ударної в'язкості перевищують в середньому на 10...25 %.
