Введение к работе
Актуальность темы. Титан и его сплавы характеризуются сочетанием ряда ценных свойств, определяющих перспективу их применения во многих областях современной техники. Благодаря повышенным требования к используемым конструкционным материалам в передовых технологиях, интерес к титану и его сплавам постоянно растет.
Традиционно получение титана ведется с использованием вакуумно-дугового переплава (ВДП). Данный метод, разработанный в 50-х годах прошлого века, имеет ряд недостатков, таких как ограниченное использование в качестве шихты отходов титановой промышленности, сложность получения качественных слитков за один передел. В качестве альтернативы ВДП для производства титана можно использовать электронно-лучевую плавку (ЭЛП) и электронно-лучевую плавку с промежуточной емкостью (ЭЛЛЕ). Причем, последняя позволяет создавать благоприятные условия для рафинирования от неметаллических включений и усреднения химического состава, исключая взаимосвязь между плавлением и кристаллизацией жидкого металла.
Однако при всех имеющихся достоинствах ЭЛЛЕ существует и ряд нерешенных проблем, например, распределение мощности между переплавляемой заготовкой, промежуточной емкостью (ПЕ) и кристаллизатором; практическая реализация использования различных видов шихты и легирования титана.
Установка ЭЛП-30, находящаяся на предприятии ОАО «МК ОРМЕТО ЮУМЗ» (г. Орск), является одной из крупнейших электронно-лучевых печей. Она снабжена пятью аксиальными пушками ЕН-1200/50 -1,2MW, плавильной камерой, сменными кристаллизаторами, прямоугольной промежуточной емкостью, вакуумной системой, двумя независимыми механизмами подачи заготовки в плавильную камеру, механизмом вытяжки и выгрузки слитка. Вакуум в рабочем пространстве печи колеблется в пределах 0,133-0,266 Па.
Технология получения титановых слитков на ЭЛП-30 была разработана более 25 лет назад и долгое время оставалась без существенных изменений. В настоящее время, технико-экономическая эффективность получения слитков титана на данной установке ниже, чем на ВДП. С учетом этого совершенствование технологии электронно-лучевой плавки титана с использованием промежуточной емкости для выявления существующих резервов является актуальной задачей.
Цель работы - выявление резервов ресурсосбережения при производстве титановых слитков на крупной промышленной электронно-лучевой печи с промежуточной емкостью.
Научная новизна работы заключается в следующем:
показано, что вид развертки электронного луча по поверхности ванны промежуточной емкости оказывает существенное влияние на скорость нагрева металла и на процесс его рафинирования;
установлено, что для усреднения импульсного воздействия теплового потока на обрабатываемый материал периоды разверток электронного луча по длине и ширине поверхности промежуточной емкости должны отличаться не менее чем в 10 раз;
выявлено, что наиболее рационально использовать линейно-гармоническую развертку электронного пучка по поверхности промежуточной емкости;
создана математическая модель теплового и гидродинамического состояния расплава в промежуточной емкости электронно-лучевой печи, позволяющая прогнозировать время обработки металла и его тепловое состояние.
Реализация результатов работы. Проведенные промышленные исследования на ОАО «Машиностроительный концерн ОРМЕТО-ЮУМЗ» показали возможность получения на ЭЛП-30 качественных титановых слитков из отходов титановой промышленности и слитков титана, марки ВТ 1-0 массой до 8 т. Прошла практическую проверку и используется в технологическом процессе получения слитков из титана методика расчета нагрева металла в промежуточной емкости при заданной развертке электронного луча. По результатам научно-исследовательских работ получены акты внедрения.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается проведением экспериментов на промышленных установках, использованием стандартных методик измерения, проводимых посредством поверенных приборов. Созданные математические детерминированные модели базируются на фундаментальных законах сохранения массы, энергии, импульса.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях «Современные проблемы электрометаллургии» (Челябинск, 2001), «Специальная металлургия: вчера, сегодня, завтра» (Киев, 2002), «Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее» (Москва, 2006), «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов» (Орск, 2008), а так же на Всероссийских конференциях «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Орск, 2000), «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2001).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей (в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК). Результаты исследований защищены патентом РФ на изобретение и патентом РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений. Она изложена на 134 страницах машинописного текста, включая 45 рисунков, 25 таблиц и 84 источника.
