автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация проектирования процессов электрошлакового литья

003476021

С и о- 6 * * —* ^ и I

ЯНИШЕВСКАЯ АННА ГЕНРИХОВНА

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТЬЯ

Специальность 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск - 2009

1 7 г"1-] ?г)пз

003476921

Работа выполнена в Государственном образовательном учрежден» высшего профессионального образования "Омский государственны технический университет".

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки Российской

Федерации, доктор технических наук, профессор

Коростелев Владимир Федорович

доктор технических наук Луконин Вадим Павлович

доктор технических наук, доцент Рауба Александр Александрович

Ведущая организация: ФГУП ОмПО "Иртыш", г.Омск

Защита диссертации состоится 14 октября 2009 года в 16 часов ! заседании диссертационного совета Д 212.025.01 при Владимирскс государственном университете по адресу: 600000, Г.Владимир, ул. Горьког 87, ауд. 211-1

Автореферат размещен на сайте луту.vak.ed.gov.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирско! государственного университета.

Автореферат разослан 3 сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор, д.т.н. / Р.И.Макаров

а^)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации изложены опубликованные, апробированные и внедренные в практику автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья за период 1986-2009 гг. основные научные положения и результаты решения важной для условий современной России научной проблемы создания методов автоматизации проектирования специфического производства. Исследование выполнено в круге научных идей автора и базируется на трудах по разработке и использованию информационных систем, металлургии, автоматизации проектирования. Этим вопросам уделяли внимание М.В. Бурлаков, А.П.Костров, В.А. Веников, Б.В. Гнеденко, И.Н. Коваленко, A.B. Гордеев, П.П. Арсентьев, J1.A. Коледов, Г.Ф. Баландин, В.И. Баптизманский, В.Н. Карножицкий, В.Н. Бороненков, С.М.Шанчуров, С.И. Попель, Ю.П. Никитин, JI.H. Бармин, Б.Е.Патон, Б.И. Медовар, Ю.В. Орловский, Ю.В. Латаш, В.Л.Артамонов, Ю.А.Шульте, М.П. Собакин, ЯЛ. Вербицкий, А.Е. Гончаров, В.А. Ефимов, Г.И. Жмойдин, М.М. Клюев, А.Ф. Каблуковский, С.Е. Волков, Б.И. Кубрак, Б.М Лепинских, В.И. Махненко, Г.С. Маринский, В.Л. Шевцов, А.К.Цыкуленко, B.C. Моисеев, В.И. Данков, И.И. Багаев, О.Д. Молдавский, И.П. Норенков, А.П. Огурцов, И.А. Миленький, С.Е. Самохвалов, В.А. Олейник, О.А.Есин, А.Л. Тихоновский, В.А.Судник, БЛ. Советов, С.А. Яковлев, Б.С. Чуркик и др. Вместе с тем, не все теоретические результаты этих работ могут быть непосредственно использованы в практике автоматизации проектирования, что обусловило необходимость дальнейших исследований.

Актуальность проблемы. Интенсивное развитие различных областей новой техники авиационной, ракетно-космической, атомной, поставило перед металлургами задачу получения сталей и сплавов с заданным сочетанием служебных свойств, например, очень высокой прочности при одновременно высоких пластичности и вязкости. Большие возможности в этом отношении открывает использование электрошлаковой технологии. Основные пути повышения качества электрошлакового металла и эффективности электрошлаковой технологии - использование особо чистого исходного металла, максимальная интенсификация процесса электрошлакового рафинирования, всемерное улучшение экономических показателей.

В конце 70 - 80-х годов XX века для оборонной промышленности остро стала проблема о дефиците таких металлов, как W, Mo, Pt, Ni, Ti, Cr, V и их сплйьов. Эта проблема оказалась неразрешимой для большой металлургии. Получение таких сталей и сплавов стало возможным благодаря развивающему новому направлению в металлургии, возникшему в это время в ИЭС им. Е.О.Патона - электрошлаковому литью.

В настоящее время все большее распространение получает концепция управления предприятием на основе понятия жизненного цикла изделия, под которым понимают интервал времени от момента осознания потребности в изделии до момента окончания его обслуживания у пользователя.

Развитие промышленного производства характеризуется широким внедрением новейших достижений науки и техники, обеспечивающих повышение технико-экономической эффективности производства для получения конкурентноспособной продукции. Сокращение сроков выполнения заказов на электрошлаковое литье (ЭШЛ) во многом зависит от длительности и трудоемкости стадии проектирования процесса.

Разработка методов прогнозирования химического состава металла отливки дает возможность оптимизации процесса электрошлакового литья еще на стадии проектирования путем подбора таких составов металла и шлака и режимов процесса, которые обеспечивают заданный состав литого металла. Прогнозирование процессов кристаллизации металла и шлака и вероятность возникновения деформаций и напряжений в форме позволяют подбирать конфигурации кристаллизаторов, удовлетворяющих всем технологическим и экономическим требованиям.

Создание подобных методов важно и в теоретическом отношении, поскольку близость расчетных и опытных данных является подтверждением адекватности принятой расчетной схемы физической картине взаимодействия фаз при электрошлаковом литье.

Автоматизация проектирования является весьма сложной проблемой, которая включает в себя достижения в рассматриваемой предметной области, связанные с математическим описанием процессов, математическим моделированием, использованием информационных технологий.

Автоматизация проектирования процесса в данной диссертации рассматривается как интегрирующее звено, связывающее все этапы подготовки и реализации ЭШЛ в единую систему.

Развитие вычислительной техники, ее доступность позволяют в настоящее время решать сложные задачи анализа физико - химических процессов в металлургических системах, в частности, анализа равновесия и кинетики процессов при большом числе одновременно протекающих реакций, оптимизации процесса кристаллизации металла отливки в форме. В диссертации развитие программных средств автоматизации проектирования представлено несколькими направлениями: создание программ для моделирования физико-химических процессов при электрошлаковом литье и прогнозирования химического состава металла отливок; разработка универсальных средств создания чертежных средств, предназначенных для изготовления чертежей; создание программных средств автоматизации расчетных работ; а также создание интегрированных систем автоматизации проектирования.

Данная работа направлена на разработку автоматизации проектирования процесса электрошлакового литья на основе анализа и математического моделирования.

В диссертации исследуются процессы автоматизации проектирования процессов электрошлакового лигья.

Таким образом, решая эту проблему можно утверждать, что она в настоящее время является весьма важной и актуальной.

Цель работы и предмет исследования. Целью работы является повышение качества отливок, полученных электрошлаковым литьем на основе автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья, исследования и математического моделирования расплавления, химических реакций, кристаллизации при электрошлаковом литье легированных сталей и сплавов.

Предметом исследования являются автоматизация проектирования процессов ЭШЛ, системы автоматизированного проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать концепцию производственных систем нового поколения, охватывающую вопросы автоматизации проектирования, технологии и управления.

2. Разработать метод математического описания кинетики химических процессов при электрошлаковом литье с учётом одновременного протекания произвольного числа реакций и их взаимного влияния. Изучить влияние технологических параметров центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ) на массоперенос между металлом и шлаком на различных стадиях процесса ЦЭШЛ методом «холодного» моделирования и в реальном процессе.

3. Разработать алгоритм и программы для автоматизированного проектирования процессов электрошлакового литья.

4. Осуществить проверку адекватности разработанных моделей, а также эффективность алгоритмов и программ при производстве ЭШЛ.

Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, конечных элементов, теории массового обслуживания и экспертных оценок, дифференциальные системы уравнений, понятия математической логики, современные компьютерные технологии и объектно-ориентированное программирование.

Научная положения, выносимые на защиту, их новизна:

1. Концепция производственных систем нового поколения для электрошлакового литья в отличие от аналогов, охватывающая вопросы автоматизации проектирования, технологии и управления;

2. Математический метод кинетики химических процессов при ЭШЛ, позволяющий прогнозировать химический состав металла и шлака и учитывающий одновременное протекание произвольного числа реакций и их взаимное влияние, изменение масс реагирующих элементов во времени и зависимость их от технологических параметров;

3. Разработаны для электрошлакового литья новые математические и информационные модели управления:

- математическая модель химических процессов при ЭШЛ, позволяющая прогнозировать химический состав металла изделия;

- модель лимитирующих этапов химических реакций при электрошлаковом литье, влияния технологических параметров процесса на химический состав изделия;

- модель теплофизических процессов при электрошлаковом литье в плавильной емкости и кристаллизаторе.

4. На основании результатов диссертации внедрено несколько информационных программ и учебных комплексов, на них получено 8 свидетельств о государственной регистрации программ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теоретических положениях, корректным использованием математического моделирования, достаточным объемом экспериментальных исследований, полученных применением современных приборов и оборудования, обеспечивающих требуемую точность и надежность результатов, соответствием результатов расчетов и экспериментальных данных, положительным опытом внедрения на ряде промышленных предприятий.

Практическая значимость результатов работы состоит в совершенствовании автоматизации проектирования за счет внедрения системного анализа решению ряда проблем концептуального проектирования интегрированных производственных систем, который может быть использован при создании автоматизации проектирования автоматизированного производства электрошлакового литья - от общей концепции производственной системы до разработки программно-аппаратного обеспечения, а также системы моделирования технологии электрошлакового литья с использованием программы расчета химического состава отливок, а также использованием предложенной технологии в производстве в НПФ «ЭШЛ», институте физико-технических проблем экологии, "Специальные технологии", "Фланцевый завод", "Ресурсо-сберегающие технологии", ПКФ "МираМет" г. Омска. Диссертационная работа выполнена при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (проект № 2.1.1/2763).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях и семинарах (1986-2009 гг.) различных уровней. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: международной научно-технической и практической конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления, "Автоматизация-97"» (Ташкент, 1997); XVII международной конференции «Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов» (Санкт-Петербург, 1999); международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 1999); IV Минском международном форуме «ТЕПЛОМАССООБМЕН "ММФ-2000"» (Минск, 2000); международной конференции «Fundamental and applied technological problems of machine bilding - Technology-2000» (Орел, 2000); международной научно-технической конференции «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза, 2002); международной научно-технической конференции «Современные проблемы металлургического производства» (Волгоград, 2002); IX международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк, 2002); II Международном технологическом конгрессе «Развитие оборонно-

промышленного комплекса на современном этапе» (Омск, 2003); III Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск, 2005); на заседаниях кафедры «Системы автоматизированного проектирования машин и технологических процессов» Омского государственного технического университета и др.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 133 научных работах, среди которых в том числе: без соавторов 22 работы, в изданиях из перечня ВАК 13 статей, одна монография, два авторских свидетельства, восемь свидетельств об отраслевой регистрации разработок, одно свидетельство IV международной выставки военной техники, технологий и вооружения сухопутных войск.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных наЛ f/страницах, и включает в себя 3¿"таблицу, рисунг^Библиографический список содержит 266 наименований. Приложение представлено на 18 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, сформулирована цель исследований, научная новизна, основные защищаемые положения, практическая значимость работы.

В первой главе' «Анализ автоматизированных систем проектирования и процессов электрошлаковых технологий» на основании научных источников дается анализ автоматизированных систем проектирования и процессов электрошлаковых технологий.

Отмечено, что развитие новой техники в современных условиях замедляется не столько отсутствием научных достижений и инженерных идей, сколько сроками и не всегда удовлетворительным качеством их реализации при конструкторско-технологической разработке. Одним из направлений решения этой проблемы является создание ч развитие автоматизации проектирования.

Концептуальное проектирование, конструирование, инженерный анализ и технологическая подготовка производства неразрывно связаны, поэтому их процессы иногда выполняют параллельно.

Представлен, разработанный автором, подход к созданию системы автоматизированного проектирования процессов электрошлакового литья, отражающий идею структурно-функциональной декомпозиции - основного метода анализа сложных организационно-технических систем. В его основе лежит понятие открытой системы.

Создание компьютеризированного интегрированного производства является важнейшей задачей во всех отраслях промышленности. Одним из основных результатов исследований в этом направлении явилась разработка модели расширенной производственной системы (рис. 1).

В реальных условиях схема удовлетворения потребностей сложнее и может включать в себя жизненный цикл изделия CALS (Continuos Acquisition and Life Cycle Support - поддержка Жизненного Цикла Изделия), кроме про-

изводственного цикла, циклы распределения, потребления и утилизации изделий. Совокупность всех этих производств и образует расширенную производственную сеть для удовлетворения рассматриваемой потребности рынка.

Рис. 1. Модель расширенной производственной системы

Понятия изделия и его жизненного цикла являются центральными в рассматриваемой концепции производственной системы, они лежат в основе анализа ее организационной структуры. Более того, рассматривая само сложное изделие, как систему, можно в рамках общего подхода рассматривать задачу построения методологии проектирования, внедрения и сопровождения производственных процессов.

Жизненный цикл изделия имеет определенную структуру. Для каждого вида изделий могут существовать свои варианты структуры жизненного цикла.

Детальная разработка открытой производственной системы для электрошлакового литья, является задачей исследований. Здесь рассмотрим один из таких вариантов. Жизненный цикл разбивается на ряд фаз. В каждой фазе решаются свои специфические задачи в общем процессе создания изделий. Фазы могут частично перекрываться, что позволяет сократить сроки создания изделия и приводит к следующей декомпозиции процесса жизненного

цикла:

1. Анализ и предпроектное исследование потребности в изделии.

2. Проектирование процесса.

3. Автоматизация проектирования.

4. Техническая подготовка производства изделия.

5. Производств;.- изделия.

6. Продзижение изделия <р. потребителю.

7. Использование и утилюзция изделия.

Однако этого недостаточно для определения функциональной структуры предприятия, постоянно создающего новые изделия. Необходима дополнительная декомпозиция по функциям управления жизненным циклом (рис. 2).

В число этих функций входят элементы, представленные на рисунке 2. Каждая функция имеет свою интерпретацию для каждой фазы. Так, например, функция изготовления в фазе технической подготовки может включать в себя изготовление опытного образца, а в фазе производства - выпуск деталей, сборочных единиц и серийных машин. Соответственно, в этих двух фазах существенно различаются требования к уровню автоматизации, методы планирования и др. В результате получается матрица задач «функция-фаза», которая фактически определяет матричную структуру предприятия.

На втором уровне декомпозиции можно рассматривать разбиение фаз на более мелкие этапы и/или уточнить список функций. В результате получается новый набор матриц. Подобная процедура декомпозиции, следующая методологии структурного анализа, носит регулярный характер, что позволяет упорядочить процесс построения организационной структуры предприятия и структурировать сам процесс управления жизненным циклом.

Автоматизированное проектирование технологических процессов литья, особенно деталей сложной конструкции и ответственного назначения, способствует сокращению сроков и снижению материальных и трудовых затрат как при технологической подготовке производства, так и в основном произ-

водстве. Высокий уровень и комплексность автоматизации проектирования обеспечивается применением рациональных расчетных методов и процедур. В свою очередь это необходимо для создания автоматизации проектирования технологических процессов.

Рис. 2. Модель «функция-фаза»

В рамках предлагаемого подхода интегрированная производственная система выступает как теоретическая модель компьютеризированного интегрированного производства.

Уа Зи{[А(а1,а2)...,ал)-»Р(и1,и2)...,иц)]У

У[А(а1,а2,...,аТ1) УР(иьи2,...,и^)]}, (1)

где а - предметная постоянная, отражающая состав технологического оборудования и оснастки; и - предметная постоянная, отражающая технологический элемент производственного процесса; А(а1,а2? ....а^) - предикат состава технологического оборудования и оснастки: Р(и],и2> ..., и^) - предикат производственного процесса изготовления изделия.

На промышленном предприятии, выпускающем сложные изделия, производство, как правило, функционирует по технологическому принципу.

Производство с учетом конструкторского состава изделия может быть представлено:

Уа1,Уа2,...Ла1,Уа2,...,3{[А(а1,а2> ...,ал)У

УА(аьа2 ... »¿к)] ~у Р(иЬи2, —>иц)}• (2)

Состав производства с учетом конструкторского состава изделия в диссертации рассматривается через призму элементарных предикатов:

А(а1 ,а2,...,ак) о В(Ь1,Ь2,—П

где G(gl,g2 —,ёа) ~ предикат состава технологического оборудования и оснастки, для которых требуется введение признака "уровень готовности"; В(Ь],Ь2,...,Ьр) - предикат нового технологического оборудования и оснастки, образованных по технологической необходимости; С(11,12,— Л у) " пРе"

дикат "мнимых сборок", которые исключаются из состава технологического оборудования и оснастки, как самостоятельные единицы; Б(т] .гг^.^гп^ ) ~

предикат, учитываюшнГ; замечу материала для изделия по экономико-производственной необходимости; Е(п) = по. п£ ) " предикат вариантов исполнения технологического оборудования и оснастки, необходимость которых вызвана требованиями заказчика; - предикат состава технологического оборудования и оснастки, учитывающий только номенклатуру нормализованных и стандартизованных деталей и узлов.

Конечно, в производстве другого предприятия могут появляться предикаты, отличные от рассмотренных (3).

Учитывая то, что объем информации, содержащий сведения о составе сложного технологического оборудования и оснастки является одним из наиболее крупных и постоянно используемых в решении задач автоматизации проектирования, проблема минимизации его становится весьма актуальной.

Множество, представляющее собой область рабочего поля магнитного носителя, на котором записан объединенный массив состава технологического оборудования и оснастки и технологического маршрута изготовления изделия, можно выразить следующим неравенством:

М^оМ.&М^, (4)

где Мст - подмножество элементов поля состава технологического оборудования и оснастки; Мц - подмножество элементов поля технологического маршрута изготовления изделия в производстве.

Подмножество Мс (4) выражается функциональной зависимостью

Мст =Cf(Aj,A^,W^), (5)

где А} - шифр технологического оборудования и оснастки; А^ - шифр i-ой оснастки, входящей в i-oe технологическое оборудование; - входимость

j-й оснастки в i-e технологическое оборудование, шт.; с - постоянная величина, зависящая от принадлежности j-й оснастки или технологического оборудования к соответствующему виду (оригинальных, нормализованных, стандартизованных и т.д.); учитывает усредненную величину шифра соответствующего вида технологического оборудования и оснастки и зависит от шифра цеха.

C = f(Pv,Zv), (6)

где Pv - величина, объединяющая важность и значимость шифра технологического оборудования и оснастки, принадлежащей к соответствующему виду; Zv - величина шифра цеха.

Подмножество поля Мц можно записать как

= f(A^,Zvj,Z0j) при je(l,k), (7)

где к - количество этапов (Zv -> Z0) маршрута движения i-oro изделия; Zv, Z0 - величина шифра цеха соответственно.

Построение объема информации, записанной на магнитном носителе через максимально допустимые области, зарезервированные под эти цели упрощает построение модели. Однако это приводит к появлению пустых фрагментов на магнитном носителе, темп роста которых отражен зависимостью:

1>(х)= lim (8)

Дх-Я)Лх

где Дш- приращение фрагментов пустого поля на магнитном носителе области множества Мст^; Дх - пустые символы в шифре изделия, а пустое поле магнитного носителя области множества Мад от файла состава технологического оборудования и оснастки описывается выражением

Мро = ÍT¡;(x)dx при4е{0,п}. (9)

5=0

Предлагаемая модель производственной системы, опираясь на созданные ранее, учитывает декомпозицию конструкции изделия, которая используется для автоматизации проектирования изделий и может быть использована также для описания и формализации специфики технологии изготовления этих изделий, что необходимо для автоматизации проектирования процессов изготовления деталей, включая и автоматизацию проектирования процесса производства электрошлаковой продукции.

Во второй главе «Разработка математической модели химических процессов при ЭШЛ» описан процесс центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ). В целях реализации предложенной в 1-ой главе модели при автоматизации проектирования целесообразно процесс получения заготовок методом ЭШЛ представить из следующих основных стадий: расплавления и накопления металла электрошлаковым способом в плавильной емкости; заливки металла и шлака в кристаллизатор; формообразовании и последующей кристаллизации металла заготовки. На рис.3 приведены четыре стадии процесса: 1- стадия электрода, 2 - стадия ванны, 3 - стадия струи, 4 - стадия кристаллизации. Схематически показано прохождение элемента [Э;]0 от торца электрода до твердого металла в кристаллизаторе [Э;]^ откуда видно, что состав металла изменяется по ходу процесса, и, что наиболее важные изменения происходят при взаимодействии расплавленного металла со шлаковой ванной.

Отличительными особенностями процесса являются - температура жидкой металлической ванны, превышающей на 200-300 градусов температуру плавления самого тугоплавкого компонента, высокая реакционная способность компонентов, входящих в состав сплавов при указанных температурах, наличие шлаковой ванны, вступающей во взаимодействие с компонентами расплава и футеровкой.

В известных изданиях описаны случаи распределения одного элемента по высоте слитка в предположении одностадийности процесса, математические модели массопередачи для описания кинетики раскисления, в частности, марганца, и взаимодействия металла со шлаком в условиях электрошлакового переплава. Так, некоторые авторы представили модель для описания состава слитка ЭШП, в которой рассмотрено одновременное окисление шлаком двух и более элементов, растворенных в металле. Учитывалось также последовательное протекание реакций на стадиях электрода и ванны, образование гарнисажа и возможность электролиза. В работах других ученых предложена более полная математическая модель процессов взаимодействия многокомпонентных металла и шлака при ЭШП, достаточно полно учитывающая большинство факторов, влияющих на химический состав металла.

На этом основании в диссертации методом для описания кинетики совместных реакций в системе металл-шлак-газ, используется метод, в котором взаимодействие всех элементов металла со шлаком описывается реакциями с одним компонентом, например, с РеО. Поэтому он был использован при разработке математической модели электрошлакового литья, в частности и для ЦЭШЛ.

Представлена математическая модель химических процессов при ЭШЛ, учитывающая изменение химического состава металла слитка, в том числе в его поперечном сечении. Модель представляет систему уравнений для расчета скоростей химических реакций на каждой стадии ЭШЛ, состав и массу шлаковой ванны, изменение массы металлической и шлаковой ванны при заливке.

[ЭДо

Плавление электрода

плбнка мегаппа на горце электрода

растворение окалины

модификатор [Э|]м реакции с газом раскиелитвпь [Э;)р растпоренив футеровки подсыпка флюса_

(Э;пОт)2

шлакооая сан на

(Э«1От)3

струя шпака

(Э|ПОт)4

жидкий шлак

легирующие добавки

№

металлическая ванна

струя металла

жидчий металл

4-

твердый метапп

Рис. 3. Схема направления переноса элемента Э, и изменение состава фаз при ЦЭШЛ: 1 - стадия электрода, 2 - стадия ванны, 3 - стадия струи, 4 - стадия кристаллизации

Взаимодействие металла со шлаком описано комплексом одновременно протекающих и взаимозависимых реакций окисления примесей железа шлаком

-1[Э;]+(РеО) = -!-(Э;От) + [Ре], (10)

ш т

где [Эй - Мп, БК А1, V, 'П и т.д.

Материальный баланс [Э|] (кг/с) для рассматриваемого элемента в металле представлен следующими уравнениями:

на стадии, где основным является процесс плавления электрода (назовем стадией электрода) (]=1)

. = в йк _ ^. . м _ 8 1М.

юо ат Ме1 юо э' Ме1 юо •

на стадии ванны (]=2)

100 йт 100 с/г Мч 100 Т * 100 + (12)

00

Стадию ванны рг^згеляем на два периода: первый - накопление металла при плавлении электрода и второй - заливка металла из плавильной емкости. В первый период в уравнении (12) Эме2 = 3 ¡у[с |, во второй Зме2 = ~$зал>

а9р = 0, 9т = 0. Кроме того, во втором периоде ^Ме2 и 82 зависят от т. На стадии струи 0=3)

-Мэ, (13)

100 с!т * 3 ^

на стадии кристаллизации (¡=4)

^Оме4 Оме4 ^¡3^4 _ т „ ,, <ч [З^ „ [Э^ ,,

1оо" ^""^'"^Г"""14'84'^ Мекрш^ Ме4"7оо"'(1 }

где [Э;]0, [Э;]т, [Э;]р - массовое содержание ¡-го элемента в электроде, на стадии в модификаторе и раскислителе, мае. %; Ц - скорость перехода элемента в шлак на стадии ^ т.е. скорость химической реакции, моль Э}/(м2*су Б) - площадь реакционной поверхности на стадии], м2; - атомная масса ¡-го элемента, кг/моль, 9 ,у[е ], 3 Ме2> ®т> Э р, 9 мСф 9 Мекр ■ скорости: плавления электрода и накопления металла в плавильной емкости,

подсыпки модификатора и раскислителя, запивки и кристаллизации металла, кг/с, т - время процесса, с, бМед - массы металла в плавильной емко-

сти и литейной форме, кг, % - коэффициент ликвации.

Стадия кристаллизации также разделена на два периода: в первом происходит накопление металла за счет заливки из плавильной емкости, во втором - кристаллизация металла. В первом периоде в уравнении (14) Сме4 и §4

зависят от т, во втором - 54=сопз1:,

Материальный баланс для рассматриваемого элемента в шлаке представлен следующими выражениями: на стадии ванны (¡=2)

(эшот)2 сю^ ФшОщ)2_э (т1,|]СмИ;]л+

100 йт 100 ск ф 100 1 П п

+& 9окйлЛк (15)

рф 100 100 на стадии струи 0=3)

100 <1т 3 п ^

на стадии кристаллизации (¡=4)

ФтОш)4 0 (з^оД м0

, ^шл4 _ о У ш ту.ь , Т с - Н-----•^тт,п4.--»" "

100 <1т 100 <к 1НЛ 100 п

а (ЭА)4

^шл.кр4 ]0() ^ ,

(17)

где (Э;пОт)о, (Э;пОт)2, (ЭщОт)з, (ЭщОт)4, (Э'шОт)ф, - концентрация оксида ¡-го элемента в исходном флюсе, в шлаковой ванне, в струе, в литейной

форме и в футеровке, %; Эф, Зрф,ЭэЛ, 9щл.кр4> $шл4 - скорости подсыпки флюса, растворения футеровки и оксидных пленок с электрода, кристаллизации и заливки шлака, кг/с; Мок - молекулярная масса оксида Э;пОт, кг/моль; Ошл2, бшл4 - массы шлака в тигле и в форме, РтОтЪк * концентрация Э|ПОт в оксидной пленке на электроде, %.

Стадия кристаллизации аналогично делится на два периода. В первом в уравнении (17) Сшл4 и 84 зависят от т, во втором - Сшл4=:сопзг, 84=сопз1,

Эшл4=0,

ат

Зависимости Оме2> ^Ме4> Ошл2> Ошл4> 82, 84 от времени определены

автором экспериментально.

При введении модификатора и раскислителя происходит их расплавление при прохождении через шлаковую ванну с образованием металлических капель, химически взаимодействующих со шлаком. Содержание элемента Э;

в каплях [Э}]к массой Ок при прохождении шлаковой ванны к моменту попадания в металлическую ванну определяется из уравнения

Ок-^ = -^г8к-100, (18)

где 8К - поверхность капли, м?.

Для определения концентрации [Э{] любого элемента в металлической и оксида (Э|пОт) в шлаковой ваннах время процесса х разбиваем на достаточно малые отрезки времени Дт, в течение которых скорости химических реакций можно считать постоянными.

Расчет состава металла и шлака производился последовательно для каждой из стадий.

Скорость каждой реакции при совместном их протекании описывается уравнением:

'(Уу)"" ,

+ {к^Х ■ М Э1 -100 | М „ • 100 ^ (М./Г - Л/ з,. -100

. (19)

где X) - концентрация оксида железа у поверхности раздела металл - шлак на стадии ¡, К^=(Э;От

- равновесное соотношение концентраций элементов и оксидов для реакции], - константа конвекции, с~0,5; Dj и Вок - коэффициенты диффузии реагентов в металле и шлаке, м2/с; К| и с^ -опытные константы, описывающие разряд иона Э1(2тЛ0+, xj находится из уравнения

1 л Ь

I (20)

1 = 1

где у - плотность тока на соответствующей стадии, А/м2; Р - число Фарадея.

На основе разработанной математической модели составлены алгоритм и программа расчета для персональных компьютеров, описывающая поведение 15 элементов, химически активных при ЭШЛ сталей: Бе, С, Б], Мп, Т], Сг, V, \У, В, А1, Р, Б, О, Са, Ъх. Блок-схема программы представлена на рис. 4. Расчет изменения химического состава металла и шлака происходит последовательно, постадийно.

Рис. 4. Блок-схема расчетов алгоритма проектирования процессов

ЭШЛ

Найдены математические зависимости изменения площади реакционной поверхности в плавильной емкости, масс жидких металла и шлака от времени заливки.

Для автоматизации проектирования процесса необходимо на основании исследований в математических моделях (10)-(17) определить неизвестные коэффициенты.

Третья глава «Исследование массообмена между металлом и шлаком при ЭШЛ и физическое моделирование» посвящена нахождению коэффициентов в математической модели и констант массопереноса (ка) реагентов в металле и шлаке к границе металл-шлак.

В данной главе методом "холодного" моделирования (где в качестве, металлов используются сплавы с низкой температурой плавления) и для реального процесса определены величины кг и р для ванны в период заливки, на стадиях струи и кристаллизации и исследовано влияние скорости заливки, времени заливки и кристаллизации на массообмен между металлом и шлаком при электрошлаковом литье.

Впервые получены значения констант массоотдачи (ка) и конвекции (Р) методом "холодного" моделирования процесса для ряда стадий ЦЭШЛ.

Для изучения массообмена при ЦЭШЛ на "холодной" модели в качестве металла использовали легкоплавкий сплав Вуда; в качестве аналога шлака - глицерин.

В "шлак" вводили СиБС^ до 0,05 мас.% и фиксировали изменение концентрации Си2+ во времени, предварительно подтвердив опытным путем диффузионный режим реакции

(Си2+)+[Ме] О [Си]+Ме2+. (21)

Это позволило принять, что

^^Си) = к5.ССи. (22)

<1г

Зависимости к5 приведены к виду, который можно представить следующими аналитическими зависимостями. Интегрирование уравнений выполнено с помощью известных методов и приведено к виду алгебраических уравнений для выполнения последующих расчетов для ЭВМ.

Используя соотношение

к3=|ш!/2, (23)

и экспериментальные данные о О^ нашли (3.

В реальном процессе ЦЭШЛ поток массы в шлаке характеризовали скоростью химической реакции взаимодействия ионов никеля (N¡2+) с металлом

N¡2+ + [Бе] = Те2+ + [№]. (24)

Поток в металле характеризовали скоростью окисления титана П + 2РеО = 2Ре + ТЮ2. (26)

При сравнении значений кг и р для "холодной" модели и реального процесса было видно, что они практически совпадают. В дальнейших расчетах использовались значения Д найденные методом "холодного" моделирования, так как необходимые для расчета /? значения Д более точно определены при низких температурах.

По результатам исследований для использования в расчетах рекомендую следующие значения констант конвекции: на стадии плавильной емкости -1,5 на стадии струи -12 с 1/2 и на стадии кристаллизации -1,4 с 1/2.

В четвертой главе «Проектирование процесса» рассмотрены меры по анализу технологических процессов ЭШЛ, а именно: проведен анализ и разработана модель лимитирующих этапов химических реакций при предельных концентрациях компонентов исследуемых сталей и сплавов и влияние электролиза на поведение химических элементов при электрошлаковом литье; разработана модель влияния технологических параметров заливки металла и шлака на химический состав отливки; выявлено влияние количества модификатора и раскислителя на химический состав отливки.

С помощью разработанной математической модели химических процессов при ЦЭШЛ установлены количественные зависимости содержания элементов в металле от различных факторов. Установлено, что на всех стадиях процесса ЦЭШЛ стали Р6М5 при восстановлении оксида кальция основным тормозящим фактором является диффузия его содержания в металле. На стадии электрода и ванны в период накопления металла происходит значительное - на 45 отн. % и 70 отн. % соответственно десульфурация металла. Реакции здесь тормозятся диффузией серы в металле - на стадии электрода и диффузией серы в шлаке - на стадии ванны.

Исследование влияния полярности постоянного тока показало, что наибольшее содержание алюминия в отливке из стали Р6М5 достигается на прямой полярности - до 1,0 мае. %. Окисление алюминия на электроде протекает в предельном диффузионном режиме по алюминию в металле. При использовании постоянного тока обратной полярности значения концентрации алюминия в металле отливки близки к содержанию его, если бы процесс проходил на переменном токе. Наибольшая степень десульфурации металла наблюдается при использовании постоянного тока прямой полярности и переменного тока. Наименьшее содержание кальция в отливке дает использование постоянного тока обратной полярности.

Установлено, что при увеличении толщины оксидной пленки на электроде из стали Р6М5 более 0,5"10'3 м уменьшается содержание алюминия в металле на 20 отн. %, кальция - на 19,5 отн. % и ухудшается десульфурация металла на 60 отн. %.

На основе предложенной модели влияния технологических параметров на состав металла было рассмотрено влияние скорости плавления электрода

и времени заливки металла на содержание циркония, алюминия, кальция и серы в стали Р6М5. Расчеты показали, что с увеличением времени плавления с 1000 с до 1500 с содержание серы в металле снижается на 61,1 отн. %. При времени плавления Тт > 1200 с концентрации циркония, алюминия и кальция в металле не изменяются. Время заливки металла не влияет на концентрацию циркония в отливке. При времени, в течение которого происходит заливка жидкого металлатзал > 90 с концентрация алюминия возрастает на 4 отн. %, а при тзал > 60 с содержание серы и кальция уменьшается на 10,2 и 20,7 отн. %.

Выявлено, что при изменении диаметра струи жидкого металла (то есть скорости заливки) от 10 2 до 10"1 м концентрация алюминия увеличивается на 2,5 отн. %, содержание серы и кальция уменьшается на 8,4 отн. % и 7,4 отн. % соответственно.

Проведенные исследования, показали, что увеличение количества модификатора от 0,001 кг до 0,1 кг и раскислителя от 0,001 кг до 610 2 кг при ЦЭШЛ стали Р6М5, в состав которых входит кремний, увеличивает его содержание в слитке с 0,37 мае. % до 0,78 мае. %. Количество циркония в металле зависит от количества модификатора, но не превышает 0,004 мае. % в отливке. Алюминий поступает в металл в результате химических реакций между металлом и шлаком, а также за счет введения раскислителя в металлическую ванну. Его содержанке изменяется от 0,069 мае. % до 0,158 мае. % в зависимости от скорости введения раскислителя. С ростом массы вводимого раскислителя увеличивается содержание кальция в металле, но его концентрация не превышает 0,03 мае. %.

Пятая глава «Автоматизация проектирования процесса ЭШЛ» посвящена вопросам совершенствования проектирования процессов при электрошлаковом литье. Описана модель автоматизации проектирования ЭШЛ, структурная схема которой представлена на рис.5. Она включает в себя автоматизацию расчетов химического состава металла и шлака, технологических параметров процесса, проектирование технологического оборудования, в, частности, плавильной емкости и кристаллизатора с использованием рассмотренных ранее в главах 2 и 4 моделей и известных систем автоматизированного проектирования.

Входными параметрами для программы являются: составы электродного металла, флюса, футеровки, раскислителя и модификатора; скорости их плавления или подачи; площади поверхностей взаимодействия; толщина и состав оксидной пленки на поверхности электрода; коэффициенты ликвации; время процесса и каждой стадии; массы металла и шлака в тигле и в кристаллизаторе; диаметры струй жидких металла и шлака; плотности жидких металла и шлака; радиус капли жидкого металла, а также константы равновесия, коэффициенты диффузии и константы конвекции (рис.3).

Расчет изменения химического состава металла и шлака происходит последовательно, постадийно.

Для каждой стадии составлен цикл расчетов (рис.4).

Стадии электрода, добавки модификатора и раскислителя, накопления жидких металла и шлака объединены в один цикл по времени плавления электрода. Этот цикл подразделяется на несколько циклов: расчет стадии электрода и стадии ванны. На стадии электрода, подсыпки модификатора и раскислителя рассчитывается изменение химического состава для всех 15 элементов через небольшой промежуток времени Дт. Также для каждого интервала времени рассчитывается скорость химической реакции / • для каждого элемента. Значения химического состава электрода, модификатора и раскислителя рассчитанные для последнего небольшого интервала времени на стадии электрода являются исходными при расчете на стадии ванны.

Рис.5. Схема автоматизации проектирования процессов ЭШЛ: 1- входные данные для программы расчета химического состава отливки, 2 - выходные данные: химический состав и массы металла и шлака, время процесса; 3 - входные данные для расчета технологического оборудования: плавильной емкости и кристаллизатора; 4 - выходные данные: типоразмер плавильной емкости и кристаллизатора

В цикле для стадии ванны просчитываются значения химического состава металла и шлака для 15 элементов в интервале времени плавления тпл и скорости химических реакций через каждые Дни.

Выходные значения состава металла и шлака на стадии ванны являются исходными для стадии заливки. Стадия заливки выделена в отдельный цикл по времени тзал. В этом цикле проводим расчет состава металла и шлака последовательно в плавильной емкости, струе и кристаллизаторе по 15 элементам и для этих значений рассчитываются свои скорости реакций. Выходные значения состава металла и шлака служат исходными для заключительной стадии кристаллизации, выделенной также в отдельный цикл. Расчеты проводим аналогично предыдущей стадии. Выходными параметрами являются составы металла и шлака для данного процесса, скорости химических реакций.

Выходными параметрами программы являются составы металла и шлака на всех стадиях, скорости химических реакций.

Эти расчетные данные являются исходными для проектирования уникального оборудования - плавильной емкости и кристаллизатора.

На основе предложенной модели теплофизических процессов при электрошлаковом литье проводился их анализ для технологий ЭШЛ, используемых на ряде промышленных предприятий. На основе метода конечных элементов и программного комплекса исследовались процессы теплообмена в плавильной емкости и литейной форме.

В расчетах используются, полученные ранее расчетные данные времени процесса, сила тока, ■: шссы металлической и шлаковой ванн, химические составы исследуемых сталей, и шлаков. Из соответствующей базы данных выбираются необходимые теплофизические константы. На рис. 6 указана схема плавильной емкости, принятая для расчетов, на рисунке 9 - схема кристаллизатора.

р

Л

Рис. 6. Схема плавильной емкости, принятая для расчетов: 1 - медный корпус плавильной емкости; 2 - охлаждающая жидкость (вода); 3 - магнезитовая футеровка; 4 - поддон; 5 - токоподводящая затравка; 6 - жидкий металл; 7 - жидкий шлак; I - I - поперечное сечение емкости для расчета температур; * - места, для которых рассчитывали температуру

Получены зависимости изменения температуры в плавильной емкости при плавлении электрода и накоплении необходимого количества жидких металла и шлака от времени процесса плавления (рис. 7 и 8), и в кристаллизаторе при заливке металла со шлаком, охлаждении и кристаллизации металла.

На рис. 7 показано изменение температуры по времени на внутренней стенке плавильной емкости. Кривая Г показывает изменение температуры в зоне контакта плавильной емкости охлаждающая жидкость (вода); кривая 2' - в медном плавильном корпусе; кривая 3' - в зоне контакта гарнсаж-медный корпус плавильной емкости. Из этих графиков видно, что происходит резкое увеличение температуры контактирующих поверхностей в течение примерно 20 секунд, затем происходит более плавный нагрев исследуемых областей примерно до 35 секунды от начала процесса плавления электрода. Дальнейший нагрев исследуемых областей от 35 с. процесса плавления до окончания расплавления электрода (накопления необходимого количества жидкого металла и шлака) 90 с. процесса плавления уже подчиняется линейному закону: происходит плавное увеличение температуры в зоне контакта плавильной емкости охлаждающая жидкость (вода) до температуры примерно 1000 °С; в медном плавильном корпусе - 750 - 800 "Сив зоне контакта гарнисаж-медный корпус плавильной емкости - до температуры не более 200 °С.

т,°с

Рис. 7. Изменение температуры по времени на внутренней стенке плавильной емкости: Г - в зоне контакта плавильной емкости охлаждающая жидкость (вода); 2' - в медном плавильном корпусе; 3' - в зоне контакта гарнсаж-медный корпус плавильной емкости

т,°с

1900-(5001700 -

1еоо • 15001400 -130012 -00 ■ г 00 ■

<40330700-

/

Т1-

-у-г-рт-рг

йэ ео юо

Рис. 8. Изменение температуры по времени по толщине футеровки на внутренней поверхности плавильной емкости: 3' - в зоне контакта гарнисаж-медный корпус плавильной емкости: 4' - внутри гарнисажа; 5' - в зоне контакта жидкий металл-гарнисаж

На рис. 8 показано изменение температуры по времени по толщине футеровки на внутренней поверхности плавильной емкости. Кривая 3' показывает изменение температуры в зоне контакта гарнисаж-медный корпус плавильной емкости; кривая 4' - внутри гарнисажа; кривая 5' - в з8Йе контакта жидкий металл-гарнисаж.

Рис. 9. Схема кристаллизации металла и шлака в кристаллизаторе: 1 -кристаллизатор; 2 - крышка; 3 - закристаллизовавшийся шлак; 4 - металл; * -места, в которых рассчитывали распределение температуры; I - I, II - II - поперечное и продольное сечения кристаллизатора, принятые в расчетах

Полученные расчетные данные позволяют сделать следующее заключение: к моменту времени, когда жидкий металл находится в заданном месте плавильной емкости, гарнисаж, а вместе с ним и внутренняя стенка плавильной емкости начинают интенсивно нагреваться до температуры 1050 °С -1200 °С, а затем происходит плавное увеличение температуры до 1900 °С, в течение примерно 80 - 100 с. от начала соприкосновения с жидким шлаком или металлом. За счет внутреннего охлаждения водой перегрев плавильной емкости, а, следовательно, и ее деформация не наблюдаются. Было установлено, что перепад температур в системе жидкий металл-гарнисаж незначительно зависит от толщины стенки плавильной емкости или толщины гарни-сажа. Но из-за налипания после каждой плавки определенного количества шлака на гарнисаж его толщина увеличивается, вследствие чего изменяется теплообмен в системе плавильная емкость-гарнисаж-жидкий металл. Производственные испытания показали, что для данного типоразмера плавильной емкости возможно проведение не менее 50 плавок с заданными технологическими параметрами процесса, так как это существенно не повлияет на теплообмен в самой плавильной емкости и на сам процесс накопления необходимого количества жидкого металла.

В процессе заливки металла и шлака в кристаллизатор начинает нагреваться до температуры примерно 1100 -1200 °С примерно до 55 - 70 с. после полной заливки металла и шлака, а затем она начинает охлаждаться вместе с металлом и шлаком. Быстрее всего остывает внутренний слой шлака, а также верхний и нижний периферийные части кристаллизатора. По краям кристаллизатора из-за резкого перепада температур в процессе остывания могут возникнуть тепловые деформации, которые приводят к изменению геометрических размеров формы и, как следствие, к браку отливок. Охлаждение отливки при расчетных исходных данных происходит в течение не более 1,5-4 мин, что соответствует реальным технологическим данным. Использование такой формы в технологическом процессе рекомендуется в течение не более 100 -150 раз. После этого происходит заметная деформация кристаллизатора.

При проектировании уникального технологического оборудования и оснастки используются также, разработанные ранее, и используемые при проектировании на промышленных предприятиях системы автоматизированного проектирования, такие как, Solid Works, КОМПАС, T-FLEX, ProEngi-neer. В, частности, компьютерная модель кристаллизатора данного типоразмера была выполнена в Solid Works, и, с помощью программного комплекса ANSYS проводились исследования по охлаждению и кристаллизации заготовок из сталей 20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 20X13, 08X13, 14Х17Н2, а также деформации кристаллизатора.

На рис. 10 показана схема поперечного сечения отливки, принятая в расчетах при кристаллизации металла и шлака в кристаллизаторе.

Рис. 10. Схема поперечного сечения отливки, принятая в расчетах при кристаллизации металла и шлака в кристаллизаторе: 1, 2, 3, 7, 8 - точки соответствуют распределению температуре в отливке; 4, 6 - в шлаке; 5 - в кристаллизаторе

На рис. 11 и 12 приведены данные по распределению температуры при кристаллизации металла и шлака в форме в точках, указанных на рис. 10, характеризующих некоторые основные участки, позволившие прогнозировать изменение температуры в металле, шлаке и кристаллизаторе при остывании отливок сложной формы- Точки 1, 2, 3, 8, 9 соответствуют распределению температуры в отливке; точки 4 и 13 - в шлаке; точка 5 - в кристаллизаторе.

Из рис. 11 следует, что к 150 - 200 с. от начала заливки металла и шлака в кристаллизатор металл и шлак плавно остывают до температуры 1150 -1050 °С, а кристаллизатор нагревается до температуры 900 °С. Затем эти температуры выдерживаются в этих интервалах примерно 200 е., а затем уже происходит постепенное охлаждение до температуры окружающей среды 20 °С до 1100 с. от начала заливки.

Из рис. 12 видно, что изменение температуры по времени в кристаллизаторе в указанных точках 7 и 8 (см рис. 10) происходит по следующему закону: вначале происходит остывание до температуры 1180 - 1100 °С, в течении 200 е., затем эти температуры сохраняются примерно 100 с. А потом происходит постепенное остывание до температуры окружающей среды.

Видно, что интенсивное охлаждение металла и шлака происходит в интервале до 200 с. от начала заливки до температуры 1150 - 1050 °С, а затем уже происходит постеленное охлаждение до температуры окружающей среды 20 °С до 1100 с. от начала заливки. Время начала и конца кристаллизации металла находится в интервале 200 - 300 с. Тепловые деформации возникают в металле для данного типоразмера отливки в период, когда начинается рост кристаллов примерно в интервале 200 - 300 с. после начала процесса охлаждения.

Т,°С

Рис. 11. Изменение температуры по времени в кристаллизаторе в точках 1 -6, указанных на рисунке 7:1,3 - в зоне контакта металл-шлак; 2 - металл; 4 -в зоне контакта шлак-литейная форма; 5 - литейная форма; 6 - шлак

Т/'С

Рис. 12. Изменение температуры по времени в кристаллизаторе в точках 7, 8, указанных на рисунке 6.3, в зоне контакта металл-шлак

Расчеты напряжённо-деформированного состояния отливки в кристаллизаторе позволяют определить величину деформаций при остывании и кристаллизации металла в кристаллизаторах различных типоразмеров, что позволяет выбрать удовлетворяющий всем условиям, для данного процесса ЭШЛ.

Также приведены учебно-методические комплексы, созданные для специалистов промышленных предприятий, помогающие инженерным работникам самостоятельно использовать некоторые системы САПР на своих рабочих местах. В состав предложенной автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья входят обучающие материалы по некоторым системам автоматизированного проектирования. Большое развитие и внедрение в процесс обучения за рубежом и у нас в стране получили электронные учебники, позволяющие самостоятельно изучить определенную тему или научиться работе в том или ином программном продукте или системе. Каждый раздел в учебнике начинается с меню, которое позволяет быстро находить нужную информацию. Были созданы электронные учебники по таким программным продуктам как: ANSYS, Solid Edge, Solid Works, DelCam's Power Solution, MathCAD, T-FLEX и другие.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании выполненных исследований и математического моделирования расплавления, химических реакций, кристаллизации при электрошлаковом литье легированных сталей и сплавов осуществлена автоматизация проектирования процессов электрошлакового литья, позволившая оптимизировать затраты, повысить качество продукции.

В диссертационной работе приведены следующие выводы:

1. Предложена концепция производственных систем нового поколения, охватывающая вопросы автоматизации проектирования процесса ЭШЛ с учетом конструкторского состава изделий, химических реакций, особенностей технологического оборудования и др.

2. Разработан метод математического описания кинетики химических процессов при ЭШЛ с учетом одновременного протекания произвольного числа реакций и их взаимного влияния, а также учитывающие изменение массы реагирующих элементов во времени и зависимость их от технологических параметров. Разработаны алгоритм и программы расчетов, обеспечивающих получение литых заготовок требуемого химического состава.

3. В результате анализа широкого спектра технологических параметров процесса осуществлен подбор параметров математической модели и выявлены те из них, которые необходимо определить экспериментально. Экспериментально установлены значения коэффициентов в математической модели, а также зависимости площади реакционной поверхности в плавильной емкости от времени заливки.

4. Разработана модель влияния концентрации химических элементов в металле и шлаке на скорость протекания химических реакций при ЭШЛ, учитывающая влияние технологических параметров, таких как, время процесса, род и сила тока, на химический состав изделия. Это позволило ускорить процесс проектирования технологического процесса за счет исключе-

ния экспериментального подбора этих параметров и сократить затраты на проведение технологических исследований.

5. Осуществлена экспериментальная проверка адекватности разработанной модели, а также эффективность внедрения алгоритмов и программ на ряде промышленных предприятий. В частности, проведены расчеты химического состава отливок из сплавов BHJI, BHJ1-6, ЭП-202, стали 12Х18Н10Т и ст. 20 и 09Г2С. Программы расчета переданы в НПФ «ЭШЛ», институт физико-технических проблем экологии, "Специальные технологии", "Фланцевый завод", "Ресурсосберегающие технологии" г. Омск и др.

6. Разработана модель теплофизических процессов при электрошлаковом литье в штвильной емкости и кристаллизаторе, позволяющая решать вопросы усовершенствования их конструкции и сокращения затрат на проведение технологических исследований.

7. Разработан алгоритм проектирования процесса ЭШЛ, в основу которого положено последовательное выполнение расчетов технологических параметров процесса и технологического оборудования.

8. Разработана программа (супервизор), включающая вышеупомянутые частные программы и алгоритмы. На основе этой программы осуществлена автоматизация проектирования процесса ЭШЛ.

9. Разработанные программные продукты и средства переданы в распоряжение промы пленных предприятий: НПФ «ЭШЛ», институт физико-технических проблем зоологии, "Специальные технологии", "Фланцевый завод", "Ресурсосберегающие технологии", "Метизный завод", ПКФ "Мира-Мет" г. Омск и др. Экономический эффект подтвержден соответствующими актами.

10. Разработаны электронные обучающие комплексы для студентов и аспирантов ВУЗов, а также специалистов промышленных предприятий по ANSYS, Solid Edge, Solid Works, DelCam's Power Solution, MathCAD, T-FLEX и другие.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ: В изданиях из перечня ВАК

1. Жеребцов, С.Н. Применение электрошлаковой сварки при производстве толстолистовых конструкций / С.Н. Жеребцов, А.Г. Янишевская II Сварочное производство. - 2005. - №10. - С. 32-35. (50 % соискателя)

2. Математическая модель химических процессов при центробежном электрошлаковом литье (ЦЭШЛ) / В.Н. Бороненков [и др.] // Металлы. -1993. - №5. - С. 35-42. (38 % соискателя)

3. Пергун, И.Н. О некоторых программных продуктах фирм DELCAM и INTERGRAPH / И.Н. Пергун, С.П. Шамец, А.Г. Янишевская // Омский научный вестник. -1997. - Вып.1 - С. 74-75. (50 % соискателя)

4. Программа многоцелевого анализа - ANSYS / С.И. Верхман [и др.] Омский научный вестник. - 1998.-Вып.5-С. 105- 107. (17 % соискателя)

5. Фомин, A.A. Особенности внедрения программного продукта AutoCAD в единое информационное пространство промышленного предприятия / A.A. Фомин, А.Г.Янишевская // Автоматизация и современные технологии. -2009. - №3. - С.37 - 39. (50 % соискателя)

6. Шамец, С.П. Прогнозирование процессов затвердевания фланцев из легированных сталей с использованием программы ANSYS / С.П. Шамец, А.Г. Янишевская // Автоматизация и современные технологии. - 2002. -№6. - С. 27 - 29. (50 % соискателя)

7. Янишевская, А.Г. Использование программного комплекса ANSYS при модернизации процесса кристаллизации отливок / А.Г. Янишевская // Технология машиностроения. - 2001. - №4. - С. 9 -11. (100 % соискателя)

8. Янишевская, А.Г. Математическая модель химических процессов при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская // Технология машиностроения. - 2005. - №1. - С. 62 - 67. (100 % соискателя)

9. Янишевская, А.Г. Моделирование тепловых процессов в плавильной емкости при электрошлаковом литье с помощью программы ANSYS / А.Г. Янишевская // Автоматизация и современные технологии. - 2005. -№6. - С. 16-19. (100 % соискателя)

Ю.Янишевская, А.Г. Оптимизация технологии электрошлакового литья / А.Г. Янишевская // Технология машиностроения. - 2002. - №2. - С. 8 - 14. (100 % соискателя)

11 .Янишевская, А.Г. Применение многокомпонентных систем флюсов для наплавки изношенных поверхностей корпусов автосцепных устройств вагонов / А.Г. Янишевская. С.Н. Жеребцов // Сварочное производство. -2005. - №7. - С. 33 - 36. (50 % соискателя)

12.Янишевская, А.Г. Создание системы автоматизированного проектирования процесса электрошлакового литья / А.Г. Янишевская // Научный вестник НГТУ. - 2006. - Вып. №4(25) - С.199 - 207. (100 % соискателя)

13.Янишевская, А.Г. Электрошлаковый переплав хладостойких сталей 09Г2С и 10Г2 / А.Г. Янишевская, С.Н. Жеребцов // Технология машиностроения. - 2005. - №5. - С. 7-11. (60 % соискателя)

В прочих изданиях

14. Анализ технологического процесса центробежного электрошлакового литья с использованием пакета прикладных программ COSMO S/M / А.Г. Янишевская [и др.] // Анализ и синтез механических систем: сб. науч. тр. - Омск, 1998. - С.37-40. - ISBN 5-8149-0098-9 (33 % соискателя)

15.Анализ технологического процесса электрошлакового литья с использованием программного комплекса ANSYS / А.Г. Янишевская [и др.] // Фундаментальные проблемы металлургии: сб. докл. - Екатеринбург, 2000. -С. 85-91. - ISBN 5-321-00044-1 (71 % соискателя)

16.Использование программного комплекса ANSYS при проектировании и изготовлении деталей методом электрошлакового литья / Г.Н. Бояркин [и др.] // Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века: сб. докл. меж-дунар. науч.-техн. конф. - Донецк, 2001. - Т.1. - С. 60 - 64. (60 % соискателя)

17.Использование программы ANSYS для моделирования тепловых полей в процессе кристаллизации отливки при электрошлаковом литье / Г.Н. Бояркин [и др.] // сб. тр. 1-й конф. пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH - Москва, 2002. - С. 420 - 422. (67 % соискателя)

18.Моделирование процессов кристаллизации отливки при центробежном электрошлаковом литье с помощью программы ANSYS / А.Г. Яни-шевская [и др.] // Информатика - машиностроение. - 2001. - №1. - С. 19 - 21. (67 % соискателя)

19.Создание и использование электронных учебно-методических материалов при подготовке студентов по специальности САПР / Г.Н. Бояркин [и др.] // Вестник УГТУ-УПИ. Компьютерный инженерный анализ. - 2005. -№11. - С. 130 - 136. - ISBN 5-321-00625-3 (57 % соискателя)

20.Тепловые процессы при электрошлаковом литье легированных сталей / А.Г. Янишевская [и др.] // ТЕПЛОМАССООБМЕН "ММФ-2000": IV Минский международный форум. - Минск, 2000. - Т. 5 - С. 439 - 442. (50 % соискателя)

21.Фомин, A.A. Особенности внедрения программного продукта AutoCAD в единое информационное пространство промышленного предприятия /

A.A. Фомин, А.Г.Янишевская // Автоматизация и современные технологии. -2009. - №3. - С.37 - 39. (50 % соискателя)

22.Шамец, С.П, Современные САПР - новые технологиии в промышленности / С.П. Шамец, А.Г. Янишевская // Стратегические направления регионального развития Российской Федерации: материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Омск, 1999. - С. 219 - 220. ISBN 5-8453-0005-3 (50 % соискателя)

23.Шанчуров, С.М. Математическая модель химических процессов при центробежном электрошлаковом литье / С.М. Шанчуров, А.Г. Янишевская,

B.Н. Бороненков // Омск: ОмПИ, 1992. - 16 с. - Деп. в Черметинформацни 30.03.92, №5860-чм 92. (50 % соискателя)

24.Янишевская, А.Г. Анализ теплофизических процессов при электрошлаковом литье i А.Г. Янишевская, E.H. Пергун И Вестник УГТУ-УПИ. Компьютерный инженерный анализ. - 2005. -№11. - С. 72-79. - ISBN 5-32100525-3 (50 % соискателя)

25.Янишевская, А.Г. Использование программы ANSYS для моделирования процессов расплавления и кристаллизации металла и шлака при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, E.H. Пергун // сб. тр. VI-й конф. пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH - Москва, 2006. - С. 258 - 267. (60 % соискателя)

26.Янишевская, А.Г. Оптимизация технологии электрошлакового литья / А.Г. Янишевская // Омск, 2001. - 76 с. - ISBN 5-8149-0112-8 (100 % соискателя)

27.Янишевская, А.Г. Прогнозирование химического состава отливок из легированных сталей / А.Г. Янишевская // Военная техника, вооружение и технологии двойного применения: материалы III Междун. технологического

конгресса - Омск, 2005. - 4.1. - С. 197 - 199. - ISBN 5-7779-0596-Х (100 % соискателя)

28.Янишевская, А.Г. Разработка технологии электрошлакового литья / А.Г. Янишевская // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. IX Меж-дунар. науч.-техн. конф,- Донецк, 2002. - Т.З. - С. 139 - 144. - ISBN 9667907-08-2 (100 % соискателя)

29.Янишевская, А.Г. Разработка технологии ЦЭШЛ / А.Г. Янишевская // Литье и металлургия. - 2002. - №3. - С. 35-38. (100 % соискателя)

30.Янишевская, А.Г. Центробежное электрошлаковое литье плоских фланцев / А.Г. Янишевская, С.Н. Жеребцов // Литейное производство. - 2004. - №11. - С. 27-29. (67 % соискателя)

31.Янишевская, А.Г. Программа расчетов химического состава металла и шлака при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, И.С. Быстрова: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ - М: ГКЦИТ ОФАП, 2006. - №2006611655. (50 % соискателя)

32.Янишевская, А.Г. Программа расчетов химических процессов при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, И.С. Быстрова: свидетельство №2005611229 от 25.05.2005. (50 % соискателя)

Подписано в печать 15.06.2009. формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Оперативный способ печати. Печ. л. 2. Уч.-изд. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ 63. Отпечатано РИФ лСМУКАКТ», ИП Гусев С.В. г. Омск, пр, Мира 7, т.ф. 65-16-27

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

1.1. Анализ конструкторско-технологической подготовки производства

1.2. Концепция создания компьютеризированных интегрированных производств.

1.3. Химические процессы при центробежном электрошлаковом литье

1.4. Математическое моделирование химических процессов при электрошлаковых технологиях.

1.5. Методы исследования массообмена между металлом и шлаком.

1.6. Цель и задачи работы.

Выводы.

Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЭШЛ.

2.1. Использование математических методов при тепловых расчетах при остывании и кристаллизации металла

2.2. Физическая модель взаимодействия фаз при ЦЭШЛ.

2.3. Разработка математической модели кинетики процессов при ЭШЛ.

2.4. Алгоритм и программа расчетов.

2.5. Подбор и исследование параметров, экспериментальная проверка модели.

Выводы

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАССООБМЕНА МЕЖДУ МЕТАЛЛОМ

И ШЛАКОМ ПРИ ЦЭШЛ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 123 3.1. Исследование "холодной" модели и критерии подобия процессов массопереноса при ЦЭШЛ для промышленного процесса.

3.2. Разработка методики определения параметров массообмена при ЦЭШЛ методом "холодного" моделирования.

3.3. Определение параметров массообмена при ЦЭШЛ методом "холодного" моделирования.

3.4. Исследование массообмена в реальном процессе ЦЭШЛ

Выводы

Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА.

4.1. Анализ лимитирующих этапов химических реакций при ЦЭШЛ.

4.2. Влияние электролиза на поведение элементов при ЦЭШЛ.

4.3. Влияние технологических параметров заливки на химический состав металла.

4.4. Влияние количества модификатора*и раскислителя на состав отливки

Выводы

Глава 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ЭШЛ.

5.1. Анализ теплофизических процессов при электрошлаковом литье.

5:2. Исследование теплообмена в плавильной емкости при ЭШЛ методом конечных элементов.

5.3. Исследование теплообмена при кристаллизации отливок.

5.4. Исследование процессов рафинирования при ЦЭШЛ некоторых марок сплавов и сталей.

5.5. Исследование влияния технологических параметров ЭШЛ на качество металла.

5.6. Программный комплекс автоматизации проектирования технологии ЭШЛ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

5.7. Разработка учебно-методического комплекса для специалистов промышленных предприятий.

Выводы

В* диссертации изложены опубликованные, апробированные и внедренные в практику автоматизации проектирования процессов электрошлакового литья за период 1986-2009 гг. основные научные положения' и результаты» решения важной- для условий современной России научной проблемы, создания*, методов автоматизации проектирования специфического производства. Исследование выполнено в> круге научных идей' автора- и базируется на трудах по разработке и использованию-информационных систем, металлургии, автоматизации проектирования. Этим, вопросам уделяли внимание М.В. Бурлаков, А.В. Костров, В.А. Веников; Б:В. Гнеденко, И.Н. Коваленко, А.В. Гордеев, П.П. Арсентьев; JI.A. Коледов, Г.Ф. Баландин, В:И. Баптизманский, В.Н. Карножицкий, B.£L Бороненков, С.М. Шанчуров, ©.И. Попель, Ю.П. Никитин, J1.H. Бармин, Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, Ю.В. Орловский, Ю.В. Латаш, B.JL Артамонов, Ю*А. Шульте, М.П1 Собакин, Я\Л. Вербицкий, А.Е. Гончаров, В.А. Ефимов, Г.И. Жмойдин, М.М1 Клюев, А.Ф. Каблуковский, С.Е. Волков, Б.И. Кубрак, Б.М. Лепинских, В.И. Махненко, Г.С. Маринский, В.Л. Шевцов; А.К. Цыкуленко; B.C. Моисеев, В.И. Данков, И!И. Багаев, О.Д. Молдавский; И.П. Норенков; А.П. Огурцов, И:А. Миленький, С.Е. Самохвалов, В.А. Олейник, О.А.Есин, А.Л. Тихоновский, В1А.Судник, Б .Я. Советов, С.А. Яковлев; Б.С. Чуркин и др. Вместе с тем, не. все теоретические результаты этих работ могут быть непосредственно использованы-в практике автоматизации проектирования, что обусловило необходимость дальнейших исследований.

Актуальность проблемы: Интенсивное развитие различных областей новой техники авиационной, ракетно-космической,; атомной, поставило перед металлургами задачу получения сталей и сплавов с заданным сочетанием служебных свойств, например, очень высокой прочности при одновременно высоких пластичности и вязкости. Большие возможности в этом отношении открывает использование электрошлаковой технологии. Основные пути повышения качества электрошлакового металла и эффективности электрошлаковой* технологии- - использование особо чистого исходного металла; максимальная интенсификация- процесса электрошлакового рафинирования, всемерное улучшение экономических показателей.

В конце 70 - 80-х годов.XX века для оборонной промышленности остро стала проблема о дефиците таких металлов; как W, Mo, Pt, Ni, Ti, Gr, V и их сплавов. Эта проблема оказалась неразрешимой для большой металлургии. Получение таких сталей и сплавов стало возможным благодаря развивающему новому направлению в металлургии, возникшему в это время в ИЭС им. Е.О. Патона - электрошлаковому литью.

Bs настоящее время.' все большее распространение получает концепция управления* предприятием на основе понятия жизненного цикла изделия, под которым понимают интервал времени от момента осознания потребности в изделии до момента окончания его обслуживания у пользователя.

Развитие промышленного производства характеризуется широким внедрением новейших достижений науки и< техники, обеспечивающих повышение технико-экономической, эффективности производства для получения конкурентноспособной продукции. Сокращение сроков выполнения, заказов1 на электрошлаковое литье (ЭШЛ) во многом зависит от длительности и трудоемкости стадии проектирования процесса.

Разработка методов1 прогнозирования химического состава металла отливки дает возможность оптимизации процесса электрошлакового литья еще на стадии проектирования путем подбора таких составов металла и шлака и v режимов * процесса, которые обеспечивают заданный состав литого металла. Прогнозирование процессов» кристаллизации металла и шлака и вероятность возникновения деформаций и напряжений в форме позволяют подбирать конфигурации кристаллизаторов, удовлетворяющих всем технологическим и экономическим требованиям.

Создание подобных методов' важно и в теоретическом отношении, поскольку близость расчетных и опытных данных является подтверждением адекватности принятой расчетной схемы физической картине взаимодействия фаз.при электрошлаковом литье.

Автоматизация проектирования* является весьма сложной проблемой, которая включает в себя достижения в рассматриваемой предметной области, связанные с математическим описанием процессов; математическим моделированием, использованием информационных технологий.

Автоматизация проектирования- процесса- в данной- диссертации рассматривается как интегрирующее звено, связывающее все этапы подготовки и реализации ЭШЛ в единую систему.

Развитие вычислительной техники; ее доступность позволяют в настоящее время решать сложные задачи анализа физико - химических процессов» в металлургических системах, в частности, анализа равновесия и кинетики процессов при большом числе одновременно протекающих реакций, оптимизации процесса кристаллизации металла отливки в форме. В диссертации развитие программных средств автоматизации проектирования представлено несколькими направлениями: создание программ для моделирования физико-химических процессов при электрошлаковом литье и прогнозирования химического состава металла' отливок; разработка универсальных средств создания чертежных средств, предназначенных для изготовления чертежей; создание программных средств автоматизации расчетных работ; а также создание интегрированных систем автоматизации проектирования.

Данная-работа направлена на разработку автоматизации проектирования процесса электрошлакового литья на основе анализа и математического моделирования.

В диссертации исследуются процессы автоматизации проектирования процессов электропшакового литья.

Таким образом, решая5 эту проблему можно утверждать, что она в настоящее время является весьма важной и актуальной:

Цель работы и предмете исследования. Целью работы является повышение качества отливок, полученных электрошлаковым литьем на основе автоматизации проектирования процессов электрошлакового' литья, исследования и. математического* моделирования' расплавления, химических реакций, кристаллизации при электрошлаковом литье легированных сталей, и сплавов.

Предметом исследования являются», автоматизация проектирования* процессов ЭШЛ; системы автоматизированного проектирования.

Для достижения поставленной цели» необходимо решить следующие задачи:

1. Создать концепцию/ производственных систем* нового поколения, охватывающую} вопросы автоматизации^ проектирования, технологии и управления1.

2.' Разработатьv метод математического- описания^ кинетики^ химических процессов при. электрошлаковом литье с учётом одновременного протекания произвольного! числа реакций и их взаимного влияния. Изучить влияние технологических параметров «центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ) на массоперенос между металлом- и шлаком на различных стадиях процесса ЦЭШЛ методом «холодного» моделирования и в реальном процессе.

3. Разработать алгоритм и программы для автоматизированного проектирования процессов электрошлакового литья.

4. Осуществить проверку адекватности разработанных моделей, а также эффективность алгоритмов и программ при производстве ЭШЛ*.

Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, конечных элементов, теории массового обслуживания, и экспертных оценок, дифференциальные системы уравнений, понятия математической, логики, современные компьютерные технологии и объектно-ориентированное программирование.

Научная положения, выносимые на защиту, их новизна:

- Концепция производственных систем нового поколения для электрошлакового литья в отличие от аналогов, охватывающая вопросы автоматизации проектирования, технологии и-управления;.

- Математический метод кинетики химических процессов при- ЭШЛ, позволяющий- прогнозировать химический состав металла и шлака и учитывающий одновременное протекание произвольного' числа реакций и их взаимное влияние, изменение масс реагирующих элементов во, времени и зависимость,их от технологических параметров;

- Разработаны для электрошлакового' литья новые математические и.информационные модели управления:

- математическая модель химических процессов при ЭШЛ, позволяющая прогнозировать химический состав металла изделия;

- модель лимитирующих этапов химических реакций г при электрошлаковом» литье, влияния, технологических параметров процесса нач химический» состав изделия;

- модель теплофизических процессов при электрошлаковом литье в плавильной емкости-и кристаллизаторе.

4*. На основании результатов диссертации внедрено несколько информационных программ и учебных комплексов, на них получено 8 свидетельств о государственной регистрации программ.

Достоверность научных положений; выводов? и рекомендаций подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теоретических положениях, корректным использованием математического моделирования, достаточным объемом экспериментальных исследований, полученных применением современных приборов и оборудования, обеспечивающих требуемую точность и надежность результатов, соответствием результатов расчетов и экспериментальных данных, положительным опытом внедрения на ряде промышленных предприятий.

Практическая значимость результатов работы состоит в совершенствовании автоматизации проектирования за счет внедрения системного анализа решению ряда проблем концептуального проектирования интегрированных производственных систем, который может быть использован при создании автоматизации проектирования автоматизированного производства электрошлакового литья — от общей концепции производственной системы до разработки программно-аппаратного обеспечения, а также системы моделирования технологии электрошлакового литья с использованием программы расчета химического состава отливок, а также использованием предложенной технологии в производстве в НПФ «ЭШЛ», институте физико-технических проблем экологии, "Специальные технологии", "Фланцевый завод", "Ресурсо-сберегающие технологии", ПКФ "МираМет" г. Омска.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях и семинарах (1986-2009 гг.) различных уровней. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: международной научно-технической и практической конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления, "Автоматизация-97"» (Ташкент, 1997); XVII международной конференции «Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов» (Санкт-Петербург, 1999); международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 1999); IV Минском международном форуме «ТЕПЛОМАССООБМЕН "ММФ-2000"» (Минск, 2000); международной конференции «Fundamental and applied technological problems of machine bilding — Technology-2000» (Орел, 2000); международной научно-технической конференции «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза, 2002); международной научно-технической конференции «Современные проблемы металлургического производства» (Волгоград,. 2002); IX международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI* века» (Донецк, 2002); II Международном технологическом конгрессе «Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе» (Омск, 2003); III Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и« технологии двойного применения» (Омск, 2005); на заседаниях кафедры «Системы автоматизированного проектирования) машин и технологических процессов» Омского государственного технического университета и др.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 133 научных работах, среди которых в том числе: без соавторов 22 работы, в изданиях из перечня ВАК 13-статей, одна монография, два авторских свидетельства, восемь свидетельств об-отраслевой регистрации разработок, одно <свидетельство IV международной^ выставки военной техники, технологий и вооружения сухопутных войск.

Структура и объем» диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 341 страницах, и включает в себя 36 таблиц, 78 рисунков. Библиографический список содержит 266 наименований. Приложение представлено на 18 страницах.

Выводы

1. Описана модель автоматизации проектирования ЭШЛ. Она включает в себя автоматизацию расчетов химического состава металла и шлака, технологических параметров процесса, проектирование технологического оборудования, в, частности, плавильной емкости и кристаллизатора:

2. Составлена программа- автоматизации процесса проектирования ЭШЛ, с помощью объектно-ориентированного языка программирования С++, с использованием функционала SQL при построении баз данных;

- программного комплекса Ansys;

- системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

3. Полученные расчетные данные в программном- комплексе ANSYS позволяют сделать следующее заключение. К моменту времени, когда жидкий металл находится/в заданном месте плавильной емкости, гарнисаж, а вместе с ним и внутренняя стенка плавильной1 емкости начинают интенсивно нагреваться до температуры 1050 °С - 1200 °С, а затем происходит плавное увеличение температуры до 1900 °С, в течение примерно 80 - 100 с от начала соприкосновения с жидким шлаком или металлом. После этого резкого дальнейшего' повышения температуры не происходит. За счет внутреннего охлаждения водой < перегрев плавильной емкости, а следовательно, и ее деформация- не наблюдаются.

4. Было установлено, что перепад температур на границе раздела жидкий металл-гарнисаж незначительно зависит от толщины стенки плавильной емкости или толщины гарнисажа. Но из-за налипания после каждой плавки определенного количества шлака на гарнисаж его толщина увеличивается, вследствие чего изменяется теплообмен плавильная емкость-гарнисаж-жидкий металл.

5. Производственные испытания показали, что для данного типоразмера плавильной емкости возможно проведение не менее 50 плавок с заданными технологическими параметрами процесса, так как это существенно1 не повлияет на теплообмен в самой плавильной емкости и на сам- процесс накопления необходимого количества жидкого металла.

6. Результаты расчетов позволяют сделать следующие выводы, что в процессе заливки металла- и шлака в кристаллизатор начинает нагреваться кристаллизатор до температуры примерно 1100 -1200 °С примерно до 55 - 70 секунды после полной заливки металла и шлака, а затем он начинает охлаждаться вместе с металлом и шлаком, быстрее всего остывает внутренний слой шлака, а также верхний и нижний периферийные части кристаллизатора. По краям кристаллизатора из-за резкого перепада температур в процессе остывания могут возникнуть тепловые деформации, которые приводят к изменению геометрических размеров кристаллизатора, и, как следствие, к браку отливок. Охлаждение отливки при расчетных исходных данных происходит в течение не более 1,5 — 4 мин, что соответствует реальным технологическим данным. Использование такого кристаллизатора в технологическом процессе рекомендуется в течение не более 100 - 150 раз. После этого происходит заметная деформация кристаллизатора.

7. Программы расчета химического состава металла при ЦЭШЛ переданы в НПФ «ЭШЛ», ОНИИТМ, институт физико-технических проблем экологии, общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии", "Фланцевый завод" г. Омск и использованы при проведении технологических исследований. Экономический эффект от использования программ составил 161,8 тыс. рублей в ценах 1991 года, 1400 тыс. рублей в ценах 2000 года.

8. Разработаны электронные обучающие комплексы для студентов и аспирантов ВУЗов, а также специалистов промышленных предприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований и математического моделирования расплавления, химических реакций, кристаллизации при электрошлаковом литье легированных сталей и сплавов осуществлена автоматизация проектирования процессов электрошлакового литья, позволившая оптимизировать затраты, повысить качество продукции.

В диссертационной работе приведены следующие выводы:

1. Предложена концепция производственных систем нового поколения, охватывающая вопросы автоматизации проектирования процесса ЭШЛ с учетом' конструкторского состава изделий, химических реакций, особенностей технологического оборудования и др.

2. Разработан метод математического описания кинетики химических процессов при ЭШЛ с учетом одновременного протекания произвольного числа реакций и их взаимного влияния, а также учитывающие изменение массы реагирующих элементов во времени и зависимость их от технологических параметров. Разработаны алгоритм и программы расчетов, обеспечивающих получение литых заготовок требуемого химического состава.

3. В результате анализа широкого спектра технологических параметров процесса осуществлен подбор параметров математической модели и выявлены те из них, которые необходимо определить экспериментально. Экспериментально установлены значения коэффициентов в математической модели, а также зависимости площади реакционной поверхности в плавильной емкости от времени заливки.

4. Разработана модель влияния концентрации химических элементов в металле и шлаке на скорость протекания химических реакций при ЭШЛ, учитывающая влияние технологических параметров, таких как, время процесса, род и сила тока, на химический состав изделия. Это позволило ускорить процесс проектирования технологического процесса за счет исключения* экспериментального подбора этих параметров, и сократить затраты на проведение технологических исследований.

5. Осуществлена экспериментальная проверка адекватности разработанной модели; а также эффективность внедрения алгоритмов и программ на ряде промышленных предприятий. В5 частности, проведены расчеты химического состава отливок,из сплавов BHJI, BHJI-6, ЭП-202, стали 12Х18Н10Т и ст. 20 и09Г2С. Программы расчета переданы в НПФ «ЭШЛ», институт физико-технических проблем экологии, "Специальные технологии", "Фланцевый завод", "Ресурсосберегающие технологии" г. Омск и др.

6. Разработана модель теплофизических процессов при электрошлаковом' литье в плавильной емкости и кристаллизаторе, позволяющая решать вопросы' усовершенствования их конструкции и сокращения «затрат на проведение технологических исследований.

7. Разработан алгоритм проектирования процесса ЭШЛ, в основу которого положено последовательное выполнение расчетов технологических параметров процесса* и технологического оборудования.

8. Разработана программа (супервизор), включающая вышеупомянутые частные программы и алгоритмы. На основе этой программы осуществлена автоматизация проектирования-процесса ЭШЛ.

9. Разработанные программные продукты и средства переданы в распоряжение промышленных предприятий: НПФ «ЭШЛ», институт физико-технических проблем экологии, "Специальные технологии", "Фланцевый завод", "Ресурсосберегающие технологии!1, "Метизный завод", ПКФ "МираМет" г. Омск и др. Экономический эффект подтвержден соответствующими актами.

10. Разработаны электронные обучающие комплексы для студентов и аспирантов ВУЗов, а также специалистов промышленных предприятий по ANSYS, Solid Edge, Solid Works, DelCam's Power Solution, MathCAD, T-FLEX и другие.

1. Абергауз, Г.Г. Справочник по вероятностным расчетам / Г.Г.Абергауз М.: Военное изд-во, 1970. - 344 с.

2. Автоматизированные системы массового обслуживания: сб. науч. тр. -М.: НПУ, 1983. 80 с.

3. Амелькин, В.В. Дифференциальные уравнения в приложениях / В.В. Амелькин-М.: Наука, 1987. 157 с.

4. Анализ влияния состава шлака на содержание серы и газов в металле при электрошлаковом процессе / Степанцов В.В., Мельничихин А.В., Лопаев Б.Е. и др. // Пробл. спец электрометаллургии. 1977. - Вып. 6. -С. 12-15.

5. Анализ технологического процесса центробежного электрошлакового литья с использованием пакета прикладных программ COSMOS/M / А.Г. Янишевская и др. // Анализ и синтез механических систем: сб. науч. тр. Омск, 1998. - С.37-40. - ISBN 5-8149-0098-9

6. Анализ технологического процесса электрошлакового литья с использованием программного комплекса ANSYS / А.Г. Янишевская и др. // Фундаментальные проблемы металлургии: сб. докл. — Екатеринбург, 2000. — С. 85 91. - ISBN 5-321-00044-1

7. Арсентьев, П.П. Металлические расплавы и их свойства / П.П. Арсентьев, Л.А. Коледов М.: Металлургия, 1976. - 376 с.

8. Баландин, Г.Ф. Основы теории формирования отливки / Г.Ф. Баландин М.: Машиностроение, 1979. - 4.II. - 335 с.

9. Бороненков, В Н. Математическая модель кинетических процессов; взаимодействия металла тг шлака при электрошлаковой сварке стали / Бороненков:В:Щ ШанчуровС.М!// Автоматическая^сварка:.- 19851 №6:.22 27.

10. Mi. Бороненков;, В:Н1 Кинетический; анализе 'реакций* окисления* примесей железа расплавленным" шлаком / В}Н! Бороненков // Физико-химические исследованияшеталлургических процессов.- Свердловск, ,1973'.i-ВыпЛ.-С. 18-34.

11. Бороненков, В-Н. Кинетика взаимодействия многокомпонентного металла со шлаком в диффузионном режиме / Бороненков < В.Н., ТПаичуров C.Mi, Зиниград iMffi // Изв; АН СССР: Металлы; 1979Г- №6, - С. 21 - 27.',

12. Бояркин, Г.Н. Использование в Ом1 ТУ программного обеспечения фирмы. ШЕЕСАМ / E.Ht Бояркин; С.ПС Шамец; А.Е. Янишевская^ //

13. Современное образование: управление и новые технологии: тез. докл. науч.-метод. конф. Омск, 2000. -К.1. - С. 90 - 91.

14. Быстрова, И.С. Разработка алгоритмов и программы расчетов составов металла и шлака при электрошлаковом литье / И.С. Быстрова, А.Г.Янишевская // Анализ и синтез механических систем: сб. науч. тр. -Омск: ОмГТУ, 2006. С. 12- 76.

15. Бурлаков, М.В. Ситуационное управление в системах массового обслуживания // АН УССР, Институт кибернетики им. В.М. Глушкова; М.В. Бурлаков Киев: Наукова думка, 1991. - 159 с.

16. Взаимодействие расплавленного металла с газом и шлаком / С.И. Попель, Ю.П. Никитин, JI.H. Бармин и др. Свердловск: УПИ, 1975. - 184 с.

17. Веников, В.А. Теория подобия и моделирования: Применительно к задачам электроэнергетики / В.А. Веников // учеб. пособие для вузов. 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Высш. шк., 1976. - 479 с.

18. Вест, Р. Численное моделирование кристаллизации слитка / Вест Р., Перссон М. // Scand. J.Metallurgy, 1986. 15, №5. - P. 233 - 237.

19. Вопросы поведения водорода при электрошлаковом переплаве / Медовар Б.И., Артамонов В.Л., Мартын В.М. и др. // Специальная электрометаллургия. Киев, 1972. - 4.1. - С. 74 - 84.

20. Вопросы кристаллизации электрошлаковых слитков / ШультеЮ.А., Гаревских И:А., Максименко В.Д1, Сперанский Б.С. // Изв. вузов. Сер. Чер. металлургия. 1963. - №5. - С. 76 - 80.

21. Гаряев, Н.А. Оптимизация и методы принятия решения в САПР* / Н.А. Гаряев — М.: Московский государственный-строительный университет, 1999.-33 с.

22. Гнеденко, Б.В. Введение в теорию массового обслуживания / Б.В. Гнеденко, И.Н. Коваленко М.: Наука, 1987. - 432 с.

23. Гордеев, А.В. Системное* программное обеспечение / А.В1 Гордеев, А.Ю. Молчанов СПб.: Питер, 2001. - 736 с.

24. Гонтаровский, П.П. Моделирование методом^ конечных элементов процессов при контактной сварке металлов / П.П. Гонтаровский, М.Г. Пантелят // Пробл. машиностр. 1990. - №34. - С. 42 - 47.

25. Гончаров, А.Е. Роль электрохимических условий электрошлакового процесса в, формировании химического состава металла / А.Е. Гончаров // Проблемы специальной электрометаллургии. 1990. - №4. - С. 32 - 35.

26. Гончаров; А.Е. Управление химическим составом наплавленного металла в- электрошлаковых процессах электрохимическими методами: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Л., 1991. - 35 с.

27. Григорян, В-Al Влияние физико-химических свойства фаз на перенос металла газовыми пузырями в шлак,/ В:А.Григорян, Р.А.Алеев, М:М:Романов // Изв: ВУЗов. Черная металлургия. 1972. - №3. - С. 65 - 68.

28. Григорян, В-А. Переход газовых пузырей через поверхность «раздела фаз: Сообщение I. / В.А. Григорян; JT.C. Швиндлерман, Р.А. Алеев-// Изв. ВУЗов: Черная металлургия: 1968. - №3. - С. 5 - 11.

29. Еремин, Е.Н": Центробежное электрошлаковое литье заготовок режущего инструмента / Е.Н. Еремин, A.F. Янишевская А.Г., А.Е. Еремин // тез: докл. науч:-техн. конф. инструментальщиков: — Пермь, 1991'. С. 16-17.

30. Ершов, F.C. Диффузия; элементов в жидком? железе / Г.С.Ершов, А.А.Касаткин // Сталь. 1977. - №8. - С. 712 - 713.

31. Есьмащ РИ Расчеты процессов литья /Р.ЖЕсьман Минск: Высш., шк., 1977.-263 с.

32. Ефимов, В.А. Разливка и кристаллизация стали / В:А. Ефимов М.: Металлургия, 1976. — 552 с.

33. Жеребцов, С.Н. Применение электрошл а ко во й сварки при производстве; толстолистовых конструкцию / С.Н. Жеребцов, А.Г. Янишевская // Сварочное производство. 2005. - №10. - С. 32-35.

34. Жмойдин, Г.№ Гидродинамика течения? металла с плавящегося в шлаке электрода / Г.И. Жмойдин // Восстановление и рафинирование железа. -М:, 1968.-С. 91-104.j

35. Жмойдин, Г.И. Кинетика рафинирования электродного металла шлаком / Г.Ш. Жмойдин // Восстановление и рафинирование железа. М., 1968.-С. 105-117.50: Захаров, М.В. Жаропрочные сплавы / Захаров М.В., Захаров A.M. 1 ' . • / ■ . М.: Металлургия, 1972. 384 с.

36. Избенко, JI.A. Особенности процесса распространения тепла при сварке разнородных дисков / Jit А: Избенко, В.И. Махненко // Физика и химия обработки материалов. — 1971. №2. - С. 15-18.

37. Использование в ОмГТУ системы POWER SHAPE / F.Hi Бояркин и др. // Совершенствование форм и методов управления качеством учебного процесса::сб; матер, науч.-метод, конф. Омск, 2001. - С. 20j- 21. - ISBN 58149-0071-7

38. Использование программы* ANSYS для- моделирования тепловых полей в процессе кристаллизации отливки при электрошлаковом литье / Г.Н. Бояркин и др..// сб. тр. I-й конф: пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH Москва, 2002. - С. 420 - 422.

39. Использование электронного учебника по освоению программного> комплекса ANSYS' / А.Г. Янишевская и, др. // Мировое сообщество: проблемы и пути.решения: сб: науч. ст. — Уфа, 2004. № 15. - С. 71 — 73. -ISBN 5-7831-0541-4

40. Исследование влияния модифицирования на структуру литых быстрорежущих сталей / А.Г. Янишевская и др. // Современные материалы и технологии 2002: сб. статей междунар. науч.-техн. конф. - Пенза, 2002. -С. 175 - 176. - ISBN 5-8356-0177-8'

41. Карножицкий, В.Н: Контактный теплообмен» в процессах литья / В.Н: Карножицкий Киев, Наук, думка, 1978. - 300 с.

42. Кархин, В.А. Тепловые основы сварки: Учеб. пособие / Л'.: Ленингр. гос. техн. ун-т, 19901 100 с.

43. Карпова, Т. Базы данных: модели, разработка, реализация / Т. Карпова СПб.: Питер, 2002. - 304 с.

44. Кармона, Ф.Р. Влияние состава шлака на состав слитка^ ЭШП неметаллических включений / Ф.Р. Кармона, А. Митчел // Электрошлаковый переплав. Киев, 1987. - Вып. 9. - С. 33 - 50.

45. Катаяма, X. Дефосфорация нержавеющей стали / Х.Катаяма, Х.Кадзиоки, К.Харасима // Физико-химические основы металлургических процессов : VII Сов. -Яп. симпоз. М., 1979. - С. 44 - 55.

46. Кинетика^ анодного растворения кремния из феррохрома, контактирующего с известковым шлаком / Топорищев Г.А., Меламуд С.Г., Есин О.А. и др. // Изв. ВУЗов. Черная^металлургия. 1971. - №12. - С. 18 - 21.

47. Кей, А. Реакционные зоны при электрошлаковом переплаве на переменном токе / А. Кей // Специальная электрометаллургия: В 2 4. 4.2: Доклады международного симпозиума по специальной электрометаллургии. Киев, 1972. - С. 47 - 63.

48. Клюев, М.М. О поверхности реагирования при электрошлаковом переплаве / М.М. Клюев, Ю.М. Миронов // Сталь. 1976. - №6. - С. 511 - 514.

49. Клюев, М.М. Металлургия электрошлакового переплава. / М.М. Клюев, А.Ф. Каблуковский М.: Металлургия, 1969. - 259 с.71'. Клюев, М.М. Электрошлаковый переплав. / М.М. Клюев, С.Е. Волков М.: Металлургия; 1984. - 207 с.

50. Королева^ М.М*. Расчет режимов высокоскоростной* направленной, кристаллизации*/ М.М: Королева, С.В. Лобанов // Литейное производство. — 1991.-№10.-С. 29-30.

51. Конструкторский пакет SolidWorks 98 и его использование в ОмГТУ / Т.Н. Бояркин и др., // Современное* образование: Управление и новые технологии: тез. докл. науч.-метод. конф. Омск, 2000. — К.1. - С. 99.

52. Корзунин, Ю.К. Повышение долговечности литого штампового инструмента / Ю.К. Корзунин, А.Г. Янишевская // Металлургия машиностроения. 2001. - №3. — С. 25 - 30.

53. Ксензук, Ф.А. Производство листовой нержавеющей стали. / Ф.А. Ксензук, В.Б. Павлищев, Н.А. Трощенков М.: Металлургия, 1975. - 384 с.

54. Кубрик, Б.И'. Математическая модель теплопереиоса при формировании непрерывного слитка в кристаллизаторе под шлаком / Б.И. Кубрак // Металлургия и горноруд. пром-сть. 1989. - №4. - С. 54 - 56.

55. Кукса, А.В. К вопросу о рациональной конструкции изложниц / А.В. Кукса// Сб. тезисов докладов 1ГВсесоюз. конференции Физико-химические и теплофизические процессы кристаллизации стальных слитков.: Тез. докл. -М.: 1967.-С. 270-279.

56. Куликов, И.С. Термодинамика оксидов / И.С. Куликов М.: Металлургия, 1986. - 344 с.

57. Курант, Р. Курс дифференциального и интегрального исчисления: пер. с англ. / Р. Курант М.: Высш.шк., 1970. - Т. 2. -672 с.

58. Лаврик, Д.В. Кристаллизация отливки в массивном^ кокиле / Д.В. Лаврик, А.Г. Янишевская // Механика процессов и машин: сб. науч. тр. -Омск, 2002. С. 23 - 27. - ISBN 5-8149-0143-8

59. Латаш, Ю.В. Электрошлаковый переплав. / Ю.В. Латаш, Б.И.Медовар М. : Металлургия, 1970. - 239 с.85; Лашко, О.С. Впорядковащ област1 в рщкому 3ani3i / О.С. Лашко, O.I. Слуховьский // Укр. ф1з. журн. 1974. - 19. №1 - С. 76 - 81.

60. Левич, В.Г. Физико-химическая гидродинамика / В.Г. Левич М.: Физматгиз, 1959. - 696 с.

61. Лепинских, Б.М. Диффузия элементов в жидких металлах группы железа. / Б.М. Лепинских, А.В. Кайбичев, Ю.А.Савельев М.: Наука, 1974. -192 с.

62. Лепинских, Б.М. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов / Б.М.Лепинских, А.И.Манаков М.: Наука, 1977. - 190 с.

63. Мадуи, А. Математическая модель поведения, водорода- при электрошлаковом переплаве / Акира Мадуи // Электрошлаковый переплав. -Киев, 1977. С. 183 - 195.

64. Махненко, В.И. Особенности кинетики напряжений и деформаций при заполнении1 разделки стыкового шва / В.И. Махненко, В.М. Шекера // Физика и химия обработки материалов. 1972. - №2. - С. 100 - 106.

65. Махненко, В.И. Численное решение осесимметричной задачи термопластичности для оболочки вращения / Махненко В.И., Избенко Л.А., Скоснягин Ю.А. // Тепловые напряжения в элементах конструкций. Киев: Наук, думка; 1972. - Вып. 12. - С. 62 - 67.

66. Математическая модель химических процессов при центробежном электрошлаковом литье (ЦЭШЛ) / В.Н. Бороненков- и др^. // Металлы.1993.-№5.-С. 35-42.

67. Медовар; Б .И. Центробежное электрошлаковое литье / Б.И. Медовар, Г.С. Маринский, B.JL Шевцов Киев : Знание, 1983 - 48 е. - (Серия VIII «В лабораториях ученых»; №9).

68. Металлургия электрошлакового процесса / Медовар Б.И., Цыкуленко?А.К., Шёвцов?В:Л. и др:.- Киев : Наук, думка; 1986. 248-с.

69. Моделирование процессов кристаллизации отливки с помощью программы ANSYS / А.Г. Янишевская; и др. // Проблемы прочности и пластичности: межвуз; сб:; науч:, тр: Ш.Новгород, 20001 - С!. 135 — 1381 -ISBN 5-85746-571-0

70. Моделирование процесса кристаллизации отливок при электрошлаковом литье фланцев с помощью программы ANSYS / Г.Н. Бояркин и др. II Новые материалы и технологии НМТ-2000: тез. докл. Всерос. науч.-техш конф>.-М^, 2000 - С. 57 - 58. - ISBN 5-93271-032-2

71. Моделирование процессов кристаллизации отливки при центробежном электрошлаковом' литье:с: помощью программы ANSYS / А.Г. Янишевская . и др. // Информатика машиностроение. - 2001. - №1L- С. 19 -21.

72. Мусихищ В.И. Определение коэффициентов диффузии элементов в жидком/чугуне осциллографией?-при?постоянной" силе: тока! / В.И; Мусихии, OiA: Есит//Докл. АНЖеер; 1962: TL145, №2:.-О. 360?-362.

73. Новехатскпй, И:А. Диффузия; кислорода в расплавленном железе / И. А. Новехатский, Г.С. Ершов // Физико-химические; основы производства* стали. М:, 1968. - G. 246- 251.

74. Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования:.учеб. для вузов / П.П: Норенков М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 336 с:.

75. Обеспечение подготовки кадров в регионе по современным системам автоматизированного проектирования I Г.Н. Бояркин и др. // Региональные проблемы информатизации, образования: тез: докл. Всерос. науч.-практ. конф.-Пермь, 1999: <2.126 - 127.

76. Огурцов, А.П. Численный метод расчета заполнения формы и теплообмена расплава под действием'центробежных сил / А.П. Огурцов, И.А. Миленький, С.Е. Самохвалов и др. // Инженерно-физический журнал.- 1995. -Т.68, №4, С. 678 - 686.

77. Олейник, В.А. Влияние структурных превращений на остаточное напряженное состояние / В.А. Олейник // Остаточные технологические напряжения: Тр. II Всесоюз. симпозиума. М., 1985. - С. 238 - 243.

78. Особенности модифицирования сплава ЭП-202 при электрошлаковом литье / Е.Н. Еремин и др. // Повышение точности и качества отливок: тез. докл. науч.-техн. совещания. Омск, 1986. - С. 34.

79. О характере движения'капель стали в шлаке / Хлынов В.В., Сорокин Ю.В5., Есин О.А. и др. // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1964. - №5. - С. 22 -25.

80. Панин, В.В. К некоторым вопросам электрошлакового переплава / В .В! Панин // Изв. АН'СССР. Металлургия и топливо. 1962. - №2. - С. 32 -35.

81. Патон, Б.Е. Электрошлаковое кокильное литье. / Б.Е.Патон, Б.И.-Медовар, Ю.В. Орловский Киев : О-во «Знание» УССР, 1962. - 64'с.

82. Пискунов, Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления / Н.С. Пискунов М.: Высшая школа, 1972. — 576 с.

83. Пергун, И.Н. О некоторых программных продуктах фирм DELCAM и INTERGRAPH / И.Н. Пергун, С.П. Шамец, А.Г. Янишевская // Омский научный вестник. 1997. — Вып.1 — С. 74-75.

84. Першин, А.С. Вращающийся кристаллизатор для получения мелкозернистой структуры металла при электрошлаковом литье / А.С. Першин, Б.Е. Лопаев, А.Г. Янишевская // Омск: ОмПИ, 1989, 8 с. - Деп. в Черметинформации 20.07.89, №5187-чм 89.

85. Применение современных САПР при подготовке кадров в регионе / Г.Н. Бояркин и др. // Интеллектуальные САПР: материалы междунар. науч.-техн. конф. Таганрог, 2000. - №2. - С. 317. - ISBN 5-230-24752-5

86. Программа многоцелевого анализа ANSYS / С.И. Верхман и др. Омский научный вестник. — 1998. — Вып.5 — С. 105 - 107.

87. Программный комплекс ANSYS в моделировании процессов остывания и кристаллизации отливок при электрошлаковом литье / Г.Н.

88. МО! Подготовка и повышение:* квалификации инженерных кадров по наукоемкими технологиям: / Г.Н!. Бояркиш и др;.|. // Автоматизация* и? прогрессивные; технологии::труды; lit межвуз:. отраслевой научьтехш. конф; -Новоуральск, 1999.-г1.1.-G. 16 -19.

89. Получение заготовок высокого; качества* из: инструментальных и штамповых сталей / А.Г. Янишевская и др. // Современные технологии и материаловедение: сб; науч; тр. / Под ред;. ЮШ. Баландина. Магнитогорск, 2003. - С. 287 - 289. - ISBN 5-89514-271-0

90. Попель, С И. Теория металлургических: процессов:;, / С.И. Попель, А.И. Сотников, В.Н. Бороненков;- МС: Металлургия, 1986; 463 с.

91. Расчет элементов конструкции электрошлаковой печи / Е.Н. Еремин и др. // Прогрессивная технология, механизация* и- автоматизация сварочного производства: тез. докл. Г6 зональной конф: сварщиков Урала. — Свердловск, 1986.-С. 14-15.

92. Савченко, В.Г. Применение метода конечных элементов,к решению неосесимметричнош задачи теплопроводности / В.Г. Савченко // Тепловые напряжения, в элементах конструкций: Республ. межведомств, сб. Киев, 1980.- Вып. 20. - С. 32 - 38;

93. CAD/CAM/CAE технологии в подготовке специалистов* в ОмГТУ / Г.Н: Бояркин, и др. // CAD/CAM/CAE системы* в инновационных проектах: тез. докл. Всерос. конфt Ижевск, 1998. - С. 6-7.

94. Собакин; М.П. Физико-химические основы производства стали. / МЛ. Собакин, Я.Л: Вербицкий М.: Металлургиздат, 1961. - 245 с.

95. Советов, Б .Я. Моделирование: систем / Б. Я. Советов, С.А. Яковлев -М.: Высш. шк., 2001. 343*с.

96. Создание и использование электронных учебно-методических материалов при подготовке студентов по специальности САПР / Г.Н. Бояркин и др. // Вестник УГТУ-УПИ. Компьютерный инженерный анализ. -2005. №Ц. - С. 130- 136. - ISBN 5-321-00625-3

97. Справочник химика: В 2 т. — 2-е изд. перераб. и доп. М.; JL: Химия, 1966.-Т.1.- 1071 с.

98. Степин, П.А. Сопротивление материалов / П.А. Степин М.: Высш. шк., 1983.-303 с.

99. Судник, В.А. Численный синтез высокотемпературных полей при дуговой сварке алюминиевых сплавов / В.А.Судник // Управление сварочными процессами: Межвуз. сб. науч. тр. Тула, 1983. — С. 11 - 28.

100. Суров, В.П. Численное моделирование процесса формирования коркового слоя слитка в зависимости от толщины шлакового гарнисажа / В.П. Суров, А.П. Огурцов, И.А. Павлюченков и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1982. №8. - С. 30 - 35.

101. Термодинамическая оценка распределения элементов между шлаковой и металлургической фазами в процессе ЭШП / Рудненко Т.Б., Пономарев А.Г., Казимиров А.Н. и др. // Проблемы спец. электрометаллургии. 1987. -№4. - С. 15-21.

102. Теплотехнический справочник: В 2 т. / Под ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. 2е изд., перераб. - М.: Энергия, 1975. - Т.1. — 744 с.

103. Теплотехнический справочник: В 2 т. / Под общ. ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. 2е изд., перераб. - М.: Энергия, 1976. - Т.2. - 896 с.

104. Тепловой анализ. ANSYS >5.0? Руководство пользователя // CAD-FEM GmbH'REPRESENTATION. MOSCOW, 1994.- Р: 150.

105. Тепловые процессыприэлектрошлаковом переплаве / Под. ред. Б.И. Медовара. Киев»: Наук. Думка, 1978. - 304 с.

106. Тепловые процессы- при1 электрошлаковом литье легированных сталей / А.Г. Янишевская идр:.;// ТЕПЛОМАССООБМЕН "ММФ-2000": IV Минстшй международный форум. Минск, 2000. - Т. 5 — С. 439 - 442.

107. Топорищев; Г.А. Кинетика восстановления марганца из шлака / Г.А. Топорищев, А.К. Стрельцов, О.А. Есин // Изв. ВУЗов. Черная! металлургия. -19701 №3. - С. 13 - 17.

108. Физические свойства* сталей и< сплавов, применяемых в энергетике. -Л.: Энергия, 1967. 197 с.

109. Физико-химические свойства элементов: Справочник / Под ред. Г.В. Самсонова. Киев: Наук, думка, 1965. - 807 с.

110. Фомин, А.А. Особенности' внедрения программного продукта AutoCAD' в единое информационное пространство промышленногопредприятия / А.А. Фомин, А.Г.Янишевская // Автоматизация и современные технологии. 2009. - №3. - С.37 - 39.

111. Физико-химические свойства окислов: Справочник / Под ред. Г.В. Самсонова. — М.: Металлургия. 1978. — 471 с.

112. Хокс, Б. Автоматизированное проектирование и производство: пер. с анг. / Б. Хокс М.: Мир, 1991. - 296 с.

113. Шамец, С.П. Использование CAD системы Solid Works в учебном процессе / С.П. Шамец, А.Г. Янишевская // Совершенствование форм и методов управления качеством учебного процесса: сб. матер, науч.-метод. конф. Омск, 2001. - С. 62. - ISBN 5-8149-0071-7

114. Шамец, С.П. Прогнозирование процессов затвердевания фланцев из легированных сталей с использованием программы ANSYS / С.П. Шамец, А.Г. Янишевская // Автоматизация и современные технологии. 2002. - №6.- С. 27 29.

115. Шанчуров, С.М. Математическая модель прогноза состава слитков электрошлакового переплава / С.М. Шанчуров, Н.И. Заломов, В.Н. Бороненков // Проблемы специальной металлургии. 1991. - №1. - С. 26 - 33.

116. Шанчуров, С.М. Математическая модель химических процессов при электрошлаковом литье / С.М. Шанчуров, В.Н. Бороненков, А.Г. Янишевская1// Физико-химические основы металлургических процессов: тез. докл. Х-й Всесоюз. конф.-М., 1991.-ЧШ. С. 194-195.

117. Шанчуров, С.М. Математическая модель химических процессов при центробежном электрошлаковом литье / С.М. Шанчуров, А.Г. Я нишевская;

118. B.Н. Бороненоков // Омск: ОмИИ, 1992. 16 с. - Деп. в Черметинформации 30.03.92, №5860-чм 92.

119. Швей, X. Опыт предприятия «Хута Бельдон» в области ЭШП сталей / X. Швей, С. Мисьта // Электрошлаковая,технология: Сб. ст. Киев ; 1988.1. C. 157- 163.

120. Шлаттер, Р. ЭШП высоколегированных специальных сталей / Р. Шлаттер, А. Беннани // Электрошлаковая технология: Сборник статей, посвященный 30-летию электрошлакового переплава. Киев, 1988. - С. 138 -145.

121. Шмайдук, Г. Влияние технологических параметров плавки на износ огнеупорной футеровки дуговош сталеплавильной печи / Г. Шмайдук, Ф. Этерс // Чер. металлы. 1980. - №20. - С. 17 - 22.

122. Шурыгин, П.М. О диффузии в железоуглеродистых расплавах / П.М. Шурыгин, В.Д. Шантарин // Физика металлов и металловедение. -1964. -№17.-С. 471 -474.

123. Электрошлаковая! тигельная плавка и разливка металла / Медовар Б.И., Шевцов В.Л., Мартын В.М. и др.; Под. ред. Патона Б.Е., Медовара Б.И. Киев.: Наук, думка, 1988. - 216 с.

124. Эллиот, Д.Ф. Термохимия сталеплавильных процессов. / Д.Ф. Эллиот, М. Глейзер, Р. Рамакришна М.: Металлургиздат, 1969. - 252 с.

125. Этьен, М. Угар титана в процессе электрошлакового переплава / М. Этьен, А. Митчелл // Электрошлаковый,переплав. М., 1971. - С. 161 - 169.

126. Явойский, В.И. Теория процессов производства стали / В.И. Явойский М.: Металлургиздат, 1967. - 792 с.

127. Янишевская, А.Г. Анализ тепловых процессов при электрошлаковом литье легированных сталей / А.Г. Янишевская, И.Н. Пергун // Прикладныезадачи механики: сб. науч. тр. Омск, 1999. - С. 239-242. - ISBN 5-81490034-2

128. Янишевская, А.Г. Анализ теплофизических процессов при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, Е.Н. Пергун // Вестник УГТУ-УПИ. Компьютерный инженерный анализ. 2005. - №11. - С. 72 - 79. - ISBN 5-321-00525-3

129. Янишевская, А.Г. Использование-программного комплекса ANSYS при модернизации процесса кристаллизации отливок / А.Г. Янишевская // Технология машиностроения. 2001. - №4. - С. 9 - 11.

130. Янишевская, А.Г. Использование программного комплекса ANSYS при расчетах тепловых процессов в машиностроении / А.Г. Янишевская, И.Н. Пергун Омск: ОмГТУ, 2001. - 95 с.

131. Янишевская, А.Г. Использование программного комплекса ANSYS при моделировании! охлаждения и кристаллизации отливок / А.Г. Янишевская // Прикладные задачи механики: сб. науч. тр. Омск, 2003. - С. ИЗ - 118. - ISBN 5-8149-667

132. Янишевская, А.Г. Использование современных систем проектирования при подготовке инженеров-механиков / А.Г. Янишевская //

133. Интеллектуальные САПР / материалы междунар. науч.-техн. конф. — Таганрог, 2000. №2. - С. 380. - ISBN 5-230-24752-5

134. Янишевская, А.Г. Математическая модель химических процессов взаимодействия металла и шлака при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, В.Н. Бороненков, С.М. Шанчуров // Механика процессов и машин: сб. научных статей. — Омск, 1994. — С. 63-67.

135. Янишевская, А.Г. Математическая модель химических процессов при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская // Технология машиностроения. — 2005. №1. — С. 62 - 67.

136. Янишевская, А.Г. Моделирование процессовf при охлаждении и кристаллизации отливок из сталей / А.Г. Янишевская, Г.Н. Бояркин, С.П. Шамец // Механика и процессы управления: сб. тр. XXXII Уральского семинара Екатеринбург, 2002. - С. 156-163.

137. Янишевская, АХ. Моделирование тепловых процессов при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская // Компьютерные технологии в науке, проектировании,и производстве: тез. докл. I Всерос. науч.-техн. конф. Н. Новгород, 1999. - 4.XVI. - С. 39.

138. Янишевская, А.Г. Моделирование тепловых процессов при кристаллизации фланцев из легированных сталей / А.Г. Янишевская, И.Н. Пергун // Динамика систем, механизмов и машин: материалы III междунар. науч.-техн. конф. Омск, 1999. - Кн. 2. - С. 54 - 55.

139. Янишевская, А.Г. Моделирование тепловых процессов в плавильной емкости при электрошлаковом литье с помощью' программы

140. ANSYS / А.Г. Янишевская // Автоматизация и» современные технологии. — 2005. №6.-С. 16-19.

141. Янишевская; А.Г. Применение многокомпонентных систем флюсов для наплавки изношенных поверхностей? корпусов' автосцепных устройств вагонов' / А.Г. Янишевская. С.Н. Жеребцов* // Сварочное производство: -2005. №7. - С. 33 - 36:

142. Янишевская, А.Г. Прогнозирование* процессов- затвердевания фланцев из сталей, с помощью программы ANSYS / А.Г.Янишевская // Сварка-контроль. Итоги XX века: материалы докл. XIX науч.-техн. конф. сварщиков Урала Челябинск, 2000. - С. 45 - 47.

143. Янишевская, А.Г. Программный комплекс ANSYS / А.1'. Янишевская; Е.НШёргун; Н.Б1 Лукьянчиков;- Омск: ОмГТУ, 2005. -24 с.

144. Янишевская;., А.Г. Разработка систем автоматизированного проектирования / А.Г. Янишевская Омск: ОмГТУ,.2006:,— 88 с.

145. Cooper, С.К. Behaviour of Sulphur during AC electroslag Remelting / Cooper C.K., Kay D.A. // ¥., Iron Steel Inst. 1970. - Vol'. 208, - P. 856 - 870.

146. Davies, M.W. Application of Thermodynamics to the Behavior of Slags in Electroslag Refining / Davies M:W., Hawmins R.Y., Smith P.N. // Steel Times.- 1969 Pt 2, May. - P. 353 - 356.

147. Dilawari, A.H. Mathematical model of slag and* metal flow in the ESR process / Dilawari A.H., Szekely J.A. // Met. Trans. 1977. - В 8, №2. - P. 227 -236.

148. Diffusion in» flussigen Metalleni / Y. Gerlach, F. Heiterkamp, H.G. Kleistund, K. Mager // Metall: 1966. - Vol*. 20^ №12 - El 1272 - 1278.

149. ESR reaction sites / G.K. Cooper, D. Ghish, D. Kay, R.I. Romfret // 28 th Elec. Furnace Conf. Proc. New York, N.Y., 1971. - Vol.28. - P. 8 - 12.

150. Plockinger, E. Production1 d'acier spe'ciaux de haute qualite' par le proce'de' de refusion sous laitier electroconducteur / Plockinger E., Holzgruber W. //Rev. Metallurgie. 19681 -Vol. 65, №7. - P.' 463 - 476.

151. Majdic, A. Diffusion von Silicium, Phosphor, Schwefel und.Mangan in flussigem Eisen / Majdic A., Graf D., Schenck H. // Arch. Eisenhuttenwes. 1969i - Щ №8. - S. 627 - 630.

152. Schwerdtfeger, K. Modelling of, chemical reaction occuring during electroslag remelting: oxidation of titanium in stainless steel / Schwerdtfeger K., Wepner W., Pateisky G. // Ironmaking and steelmaking. 1978. - №3. - 135 - 143.

153. Fraser, M. E. Mass Transfer in, the electroslag process: Part P. Mass-transfer model / Fraser M. E., Mitchell A. // Ironmaking and Steelmaking. 1976: -Vol1. 3, №5. - P. 279 - 287.

154. Freser, M.E. Mass transfer in the elertroslag- process. Part I: Mass-transfer model. / M.E. Freser, A. Mitchell // Ironmaking and^Steelmaking. 1976. -3, №5. - P. 279 - 287.

155. Yoichi, О: Диффузия^ в жидком железе и его сплавах // Тэцу то Хагане, Те tsu to hagane, J. Iron and Steel Inst. Jap. 1977. - Vol. 63, №8. - P. 1350- 1361.

156. Электронный учебник по• программному комплексу ANSYS* / А.Г. Янишевская и>др.: свидетельство-об отраслевой^ регистрации разработки. М.: ГКЦИТ ОФАП, 2005. №4286.

157. Электронный учебник для освоения систем автоматизированного проектирования.7 DelCam's Power Solution: Power SHAPE, Power MILL, ArtCAMV А.Г. Янишевская,и др.: свидетельство об отраслевой регистрации разработки. М.: ГКЦИТ ОФАП, 2005. №440 К

158. Электронный учебник по освоению, системы MathCAD / А.Г. Янишевская и др.: свидетельство об отраслевой регистрации разработки. М.: ГКЦИТ ОФАП; 2005. №4402.

159. Электронный учебник по- системе автоматизированного моделирования' T-FLEX / А.Г. Янишевская и др.: свидетельство об отраслевой регистрации разработки. М.: ГКЦИТ- ОФАП, 2005. №5191.

160. Янишевская, А.Г. Программа расчетов химического состава металла и шлака при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, И.С. Быстрова: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ М.: ГКЦИТ ОФАП, 2006. - №2006611655.

161. Янишевская, А.Г. Программа расчетов химических процессов при электрошлаковом литье / А.Г. Янишевская, И.С. Быстрова: свидетельство №2005611229 от 25.05.2005.Li—1