автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и внедрение в промышленность комплекса ресурсосберегающих сталеплавильных технологий производства металлопродукции специального назначения

Г. Г О Л "< , I О V.

Доцент, кандидат технических наук БОГДАНОВ Сергей Васильевич

разработка И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ КОМПЛЕКСА РЕ СУ РС О СБЕРЕГАЮЩИХ сталеплавильньех

ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА М1 ! \ ЛЛОПРОДУКЦИИ (СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

( !П1(!!'.|.1!>ии1'п> • "06.02 - "Мгимлургин чёрных %!г!;1.1.1(>к"

Автореферат диссертации на соискание учёной с I смени доктора технических наук

Москна - 1996 г.

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. № 0^15

Доцент, кандидат технических наук БОГДАНОВ Сергей Васильевич

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ КОМПЛЕКСА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.16.02 - "Металлургия чёрных металлов"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 1996 г.

Работа выполнена в Московском Государственном институте стали и сплавов ( Технологическом Университете) и Государственной Академии Управления имени Серго Орджоникидзе

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор АВЕРИН В.В., доктор технических наук, профессор ОКОРОКОВ Г.Н., доктор технических наук, профессор УТОЧКИН Ю.И.

Ведущее предприятие:

Всероссийский институт авиационных материалов

Защита диссертации состоится МОИРУтШ 1997 г.

в 40 час. на заседании диссертационного совета Д.053.08.01 в Московском Государственном институте стали и сплавов ( Технологическом Университете) по адресу : 117936 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИСиС. Автореферат разослан " 20 " Января 1997 г. Справки по телефону: 237-84-45

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

)РОДИН д. и.

Аннотация. Диссертация посвящена разработке и внедрению в производство ресурсосберегающих сталеплавильных технологий получения сталей и_ сплавов. На основе изучения процессов рафинирования сложнолегиро-ванных расплавов методами спецэлектрометаллургии и научного обобщения физико-химических закономерностей протекания этих процессов созданы принципиально новые и усовершенствованы существующие технологии, решена задача экономии остродефицитных шихтовых материалов за счёт использования нетрадиционной шихты, сокращены затраты на производство и обеспечено заданное качество металлопродукции. Новые промышленные ресурсосберегающие технологии внедрены при производстве сталей и сплавов строго целевого назначения.

В диссертации разработаны научные положения о влиянии технологических и организационно-управленческих факторов на эффективность и рациональное проведение работ по созданию технологий и оборудования, освоению выпуска новых видов металлопродукции и совершенствованию электросталеплавильного производства. Развиты и обобщены научные принципы раскисления и деазотации сложнолегированных сплавов открытой и вакуумной выплавки. Дана оценка условий формирования, стабильности существования окисных и нитридных фаз в жидких никелевых суперсплавах, изучены кинетические закономерности удаления кислорода, азота и неметаллических включений, определены закономерности раскисления и легирования указанных расплавов высокоактивными элементами, разработаны оптимальные технологические режимы рафинирования сложнолегированных сплавов. Всё это положено в основу новых промышленных отходоёмких технологий выплавки сталей и сплавов в электропечах, малоотходных технологий разливки и безотбраковочных электрошлаковых технологий получения слитков из расходуемых электродов и фрагментированной сыпучей шихты. Разработанные технологии внедрены при производстве металлопродукции существующего сортамента, а также новых марок высокопрочных сталей, суперсплавов и термобиметаллов.

Новизна технических решений и практическая значимость выполненных разработок подтверждена 46 изобретениями, часть из которых внедрена в производство в течение 1975-1996 г.г. с общим экономическим эффектом около 140 млн.рублей, что эквивалентно 7,5-млн. долларов за указанный период времени при долевом участии автора 20%.

Автор защищает:

1.Научное положение об использовании проблемно-ориентированных структур управления исследованиями для повышения эффективности решения конкретных задач по разработке и внедрению в производство ресурсосберегающих технологий получения сталеплавильной металлопродукции.

2.Теоретические принципы совершенствования существующих и разработки новых электросталеплавильных технологий на основе изучения термодинамических и кинетических закономерностей процессов раскисления, деазотации, удаления неметаллических включений и микролегирования металлических расплавов в условиях открытой, вакуумной плавки и рафинирующих переплавов.

3.Научные принципы управления процессами формирования фаз в сложнолегированных сплавах при их кристаллизации и изотермической выдержке литого металла, предназначенного для последующего рафинирующего переплава и получения однородного по фазовому составу и чистого от нитридов наплавляемого слитка.

4.Научные положения по разработке составов шлакораскислительных и взрывопожаробезопасных экзотермических смесей, применяемых для отливки слитков экономного развеса.

5.Установленные закономерности процессов раскисления, деазотации. рафинирования, от неметаллических включений и микролегирования при получении стали и сплавов методами специальной электрометаллургии, а также оптимальные параметры и режимы технологических вариантов производства сталеплавильной металлопродукции.

6.Разработанные технологические варианты производства специальных сталей и сплавов с использованием новых ресурсосберегающих способов выплавки и разливки металла.

7.Научные принципы оценки надежности работы новых технологий и эксплуатации оборудования, предназначенного для реализации указанных технологических решений при производстве сталей и сплавов ответственного назначения.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На современном этапе развития общества проблема ресурсосбережения стала проблемой мирового порядка. Для спецэлектрометаллургии экономия металлосодержащего сырья при производстве продукции имеет первостепенное значение. Использование существующих организационных и технических методов сокращения материальных затрат при выплавке легированных сталей и сплавов не всегда является эффективным из-за дефицита шихтовых материалов. Применение шихты, альтернативной известным видам, требует специальных технологических решений, обеспечивающих заданный уровень качества готовой металлопродукции. Освоение и широкое внедрение в производство отходоемких, малоотходных и безотбраковочных сталеплавильных технологий является наиболее рациональным вариантом экономии остродефицитного сырья, предназначенного для выпуска металлопродукции ответственного назначения.

Многообразие методов решения задач по созданию новых технологий ¡: внедрению их в производство обусловливает необходимость использования проблемно-ориентированных организационных структур управления поисковыми работами, выполнение которых должно быть осуществлено о максимальной эффективностью. При этом разработка указанных технологий базируется на всестороннем изучении физико-химических процессов, происходящих при выплавке и разливке металла. Определение термодинамических и кинетических закономерностей сложных и взаимосвязанных процессов раскисления, деазотацик, формирования и удаления неметаллических включений, микролегирования сталей и сплавов при их получении методами спецэлектрометаллургии, а также исследование влияния технологических факторов на качество металла, направлено на решение конкретных задач по экономии дефицитного сырья и повышению выхода годного за счет использования в промышленных условиях прогрессивных способов получения сталеплавильной металлопродукции.

Диссертационная работа, посвященная решению указанных вопросов, выполнена в соответствии с положением о роли вузовской науки в управлении научно - техническим прогрессом в стране, а также Постановлением ГКНТ СССР от 30 сентября 1989 г. N631 "О проведении дополнительных научно - исследовательских и опытно-конструкторских работ по доведению до требований мирового рынка технологии электрошлакового переплава пылевидных отходов и окалины легированных сталей" и заявками предприятий.

Цель работы. На основе изучения физико-химических закономерностей рафинирования сложнолегированных металлических расплавов от вредных примесей разработать новые сталеплавильные ресурсосберегающие технологии и осуществить их промышленное освоение при производстве специальных сталей и сплавов.

Для достижения поставленной цели в работе решаются задачи:

- теоретически обобщить и экспериментально исследовать термодинамические и кинетические закономерности процессов раскисления, деазота-ции. формирования и удаления неметаллических включений из сложнолегированных металлических расплавов в совокупности с микролегированием металла;

- изучить окислительно-восстановительные процессы, протекающие при взаимодействии твердофазных компонентов - составляющих экзотермических смесей и разработать составы взрывопожаробезопасных смесей, предназначенных для отливки слитков экономного развеса с уменьшенной прибыльной частью;

- исследовать влияние режимов раскисления исходного металла, комплектации и термообработки расходуемых электродов, предназначенных для последующего рафинирующего переплава и получения слитка с заданной структурой и свойствами;

- разработать промышленные отходоёмкие сталеплавильные технологии рациональной переработки фрагментированных металлосодержащих отходов (стружки, металлоабразивной пыли, шламов) и заменить дорогостоящие металлические материалы на недефицитную, экономичную шихту, предназначенную для выплавки сталей с фазовым упрочнением, жаропрочных, жаростойких и прецизионных сплавов;

- повысить экономическую эффективность производства сталеплавильной металлопродукции традиционного сортамента, высокочувствительных термобиметаллов, обеспечить выпуск изделий из новых высокопрочных сталей, жаропрочных сплавов для авиационной техники и малой энергетики на базе конвертированных авиационных двигателей;

- оценить роль технико-экономических и организационно-управленческих факторов при разработке и внедрении в производство сталеплавильных ресурсосберегающих технологий.

Научная новизна. Разработаны научные положения о процессах рафинирования сложнолегированных металлических расплавов от кислорода, азота, неметаллических включений. Изучены термодинамические и кинетические закономерности раскисления высокоактивными элементами сплавов на основе никеля. Установленные энергетические параметры и лимитирующие стадии процесса взаимодействия высокоактивных элементов с кислородом металлического расплава, газовой и окисной фазами использованы для создания технологических условий получения рафинированного изотропного металла, а также для обоснования термодинамических принципов подбора компонентов шлакообразуащих, взрывопожаробезопасных экзотермических смесей и экзовкладышей. предназначенных для улучшения тепловой работы прибыли слитка.

Разработан метод изучения условий нитридообразования в высоколегированных никельхромовых сплавах с титаном и алюминием. Метод экстраполяции зависимости содержания титана от парциального давления азота в газовой фазе на исходную концентрацию титана в сплаве позволяет оценить отклонение термодинамических свойств растворов нитридообразующих элементов от идеального раствора. Это уточняет современные представле ния о закономерностях и механизме процесса нитридообразования и деазо-тации никелевых суперсплавов.

Сформулированы, теоретически и экспериментально обоснованы научные положения о взаимодействии карбонитридных фаз в твёрдом сложноле-гированном никелевом сплаве при высокотемпературном отжиге, определены оптимальные режимы термовибрационной обработки исходного металла, предназначенного для последующего переплава и получения рафинированного от нитридов наплавляемого слитка.

разработаны предложения по использованию нетрадиционных шихтовых материалов и применению новых способов электроплавки сталей и сплавов. Предложены технологические варианты производства известной и уникальной металлопродукции методами спецэлетрометаллургии.

Дана научная оценка роли организационно-управленческих факторов при разработке и внедрении в производство новых ресурсосберегающих металлургических технологий получения сталеплавильной металлопродукции.

Практическая значимость. Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований физико-химических процессов рафинирования сложнолегированных металлических расплавов позволил разработать новые и усовершествовать существующие промышленные способы производства сталей с фазовым упрочнением, а также жаропрочных, жаростойких, прецизионных сплавов и термобиметаллов. Определены и расширены технологические возможности существующих методов открытой, вакуумной электроплавки и рафинирующих переплавов. За счёт использования эффективных способов раскисления, деазотации, легирования металлического расплава высокоактивными элементами реализована возможность замены дорогостоящих металлических шихтовых материалов на недефицитные и обеспечен требуемый уровень качества готовой металлопродукции.

Разработаны и внедрены в производство технологические режимы выплавки сварочных и мартенситно-стареющих сталей с послойной загрузкой шихтовых материалов и раскислением углеродом при расплавлении завалки. Освоен и применяется в производственных условиях способ раскисления завалки алюминием и флюсораскислительными магнийсодержащими смесями. Рациональные варианты раскисления и легирования титаном, алюминием, кальцием, магнием, РЗМ применяются при выплавке никельхромовых сплавов в промышленных открытых дуговых, индукционных и вакуумных индукционных печах.

Для микролегирования металла магнием и пассивации пирофорных свойств взрывопожароопасного конденсата, образующегося при вакуумной индукционной плавке, применяется способ выплавки с введением в тигель магнезито-хлоридной смеси перед завалкой шихты в печь. Это стабилизирует качество готового металла, улучшает условия эксплуатации промышленных вакуумных индукционных печей. Освоена в промышленных условиях термовибрационная обработка металла при отливке электродов в вакуумной индукционной печи.

Широко применяются при отливке слитков в СПЦ-1,2 АО "Электросталь" новые взрывопожаробезопасные экзотермические смеси с алюминийсо-держащими отсевами стружки и шлака, а также экзовкладыши. При использовании вместо более дорогого люнкерита новых смесей и утепляющих прибыль вкладышей потери металла сокращены до 4 %, тем самым значительно уменьшено количество отходов в технологическом цикле производства проката по существующей на предприятии технологической схеме.

На базе электрошлакового участка с печами 0КБ-905 и 0КБ-906 АО "Электросталь" организовано безотбраковочное производство металлопродукции электрошлакового исполнения с использованием комплектации электродов исходного металла по фазовому составу и легированием переплавляемого металла при ЭШП. Практически полностью для 28 марок сталей устранена зачистка и торцовка литых электродов под ЭШП, что позволило повысить выход годного при одновременном сокращении доли ручного труда на подготовку металла к переплаву.

На 110 "Большевик" освоено промышленное электрошлаковое производство полых заготовок 17-и типоразмеров массой от 500 кг до 2500 кг. При этом почти в 2 раза увеличен коэффициент использования металла при одновременном снижении материальных и трудовых затрат по сравнению с традиционной технологией изготовления аналогичных изделий из поковок.

Разработана рациональная технологическая схема производства литых заготовок высокочувствительного термобиметалла ТБ2013. Создано новое, безопасное, высокорентабельное производство электрошлакового рафинированного марганца, предназначенного для выплавки активной составляющей термобиметаллов данного класса. Освоена и внедрена в производство эреологически чистая технология отливки пакетов сплава ТБ2013 в составной кокиль с использованием терпенов для создания защитной атмосферы при синхронизированной заливке жидких металлических составляющих термобиметалла в кокиль. Доказана перспективность Фильтрации металлических расплавов с одновременной обработкой шлаковыми смесями на керамическом фильтре металлических расплавов перед заливкой металла в кокиль. Оценена целесообразность применения электрошлаковой отливки пакетов термобиметаллов. В настоящее время широко используемые в ФЛЦ АО "Электросталь" разработанные технические решения являются одной из главных составных частей •уникального отечественного производства металлопродукции из термобиметалла ТБ2013.

Полученные в работе результаты положены в основу комплексной переработки фрагмэнтированных некомпактных металлосодержащих отходов металлургического производства (стружки, металлоабразивной пыли) с максимальным извлечением легирующих в технологическом цикле выпуска продукции на АО "Электросталь".

Техническая новизна и практическая значимость проведенных разработок подтверждена 46 авторскими свидетельствами СССР на изобретения и патентами. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил за период 1975-1996 г.г. около 140 млн. рублей, что эквивалентно 7,5 млн. долларов за указанный период, при долевом участии автора-20%.

Апробация работы. Результаты работы доложены на :

- VIII Всесоюзной конференции по физико-химическим основам производства стали, ИМет АН СССР, М., 1977 г. ;

- I Всесоюзной конференции "Охрана окружающей среды и утилизация ценных отходов в металлургии", МИСиС. М., 1978 г.;

- Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы создания высококачественных сталей и уменьшения отходов в черной металлургии", МИСиС, М.. 1981 г.;

- Международной конференции "Проблемы совершенствования хозяйственного механизма стран - участников СЭВ", МИНХ им.Г.В.Плеханова, М.,1986 г.;

- заседании Научного Совета Государственного комитета СССР по науке и технике "Новые процессы в черной металлургии", ГКНТ СССР, ИМет АН СССР. ЦНИИчермет, Минмет СССР, М., 1989 г.;

- заседании у Первого заместителя Председателя ГКНТ СССР по итогам выполнения Постановления ГКНТ СССР от 30 октября 1089 г. И 631'"О проведении дополнительных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по доведению до требований мирового рынка технологии электрошлакового переплава пылевидных отходов окалины легированных сталей", М., 1989 г.

Основное содержание работы опубликовано в 18 научных статьях в журналах: "Изв.вузов. Чёрная металлургия", "Сталь", "Бюллетень Черме-тинформации", "Производственно-технический бюллетень", "Специальная электрометаллургия ", "Спецэлектрометаллургия" и сборниках: "Вопросы оборонной техники", "Электрошлаковая технология", "Новые технологии производства сталей".

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 336 наименований, содержит 264 страницы текста, 137 иллюстраций и 70 таблиц. В приложениях даны документы о внедрении разработок в производство и представлен список работ по теме диссертации. Общий объем работы 291 страница.

- 11 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки и внедрения в производство ресурсосберегающих сталеплавильных технологий. Рассмотрены варианты решения задач по экономии дефицитного металлосырья и замены

его на альтернативные виды шихты при выплавке специальных сталей и сплавов заданного качества. Выдвинуто положение о целесообразности оценки возможности создания нового и совершенствования существующего промышленного электросталеплавильного производства на основе анализа физико-химических, технологических и организационно-управленческих факторов, влияющих на эффективность получения металлопродукции в конкретных производственных условиях'. Отмечено, что данная диссертационная раОота явилась продолжением исследований научно-производственных коллективов, возглавляемых Ал.Г. Шалимовым, Е.Б. Качановым. Ю.В. Латашом, Ь.В. Топилиным и другими, которые разработали отечественные сталеплавильные технологии производства специальных сталей и сплавов. Сформулирована цель работы и конкретизированы основные положения, выносимые на защиту. Структура выполненных исследований представлена на рис.1.

ОБЗОР РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ МЕТОДАМИ СПЕЦЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИИ

В главе обсуждены современные представления о проблеме использования металлоресурсов, дан анализ известных способов применения различных металлосодержащих материалов при выплавке сталей и сплавов ответственного назначения. Показано, что использование металлических рафинированных шихтовых материалов для получения заданного качества металлопродукции не всегда является рациональным с точки зрения экономичности производства и обеспечения гарантированного уровня качества металла. Традиционная замена дорогостоящей металлошихты на низкосортные и дешёвые виды сырья, включая кусковые отходы, стружку, металлоаб-разивные отходы силового шлифования, шламы, концентраты, как правило, приводит к ■ снижению качества выплавляемого металла. Таким образом, вовлечение отходов "напрямую" при выплавке стали и сплавов специального назначения осуществляют дифференцированно, с жестким регламентиро-ванием расхода отходов на плавку или через марочную шихту. Использование отходов через шихту в технологическом цикле выпуска металла связано с дополнительными затратами по переработке отходое и не всегда благоприятно отражается на качестве готовой продукции из-за загрязнения

Разработка и внедрение в промышленность комплекса ресурсосберегающих сталеплавильных технологий производства . металлопродукции специального назначения

Современные представления о проблеме использования металл о ресурсов при выплавке сложнолегированных сталей и сплавов Изучение физико-химических закономерностей рафинирования от та и кислорода при выплавке сложно-легированных никелевых сплавов в электропечах

Оценка роли технологических н организационно-управленческих факторов к повышении эффективности разработки я внедрения в производство новых сталеплавильных технологий Критический обзор известных способов использования метал-лосодержащих материалов при выплавке специальных сталей и сплавов Оценка перспективы рационального ИСПОЛЬЗОР?-ция фрагмеяти-ровавной кггал-ло шихты при выплавке сложнолегированных сталей и сплавов Термодинамические и кинетические особенности деазота-ция и раскисления слозио-легарованных никелевых расплавов Оценка условий формирования неметаллических фаз при подготовке литого металла для рафинирующих переплавов Термовибраци-оиная обработка металла при отливке электродов для рафинирующих переплавов 1

Разработка металлосберегающнх сталеплавильных технологий производства специальных сталей и сплавов Совершенствование производства вы- | сокочувсгвительных термобимегал- ; ЛОВ ':

Разработка малоотходных технологий выплавки и разливки легированных сталей о сплавов Разработка от-ходоИмких технологий выплавки никелевых суперсплавов в вакуумных индукционных печах Разработка безотбраковочных электрошлаковых технологий получения слитков Создание экологически чистого производства электрошлакового рафинированного марганца Разработкам освоение безопасной технологии отливки биметаллических заготовок Рациональная | утилизация неликвидных отхо- 1 дов термобнме^ таллов | 1

-

Совершенствование производства металлопродукции на основе внедрения в | сталеплавильных цехах разработанных технологий

Рис.1. Структура исследований.

шихты вредными примесями. Рациональное использование металлосодержащих отходов и поиск альтернативных видов шихты, по качеству не уступающей традиционным шихтовым материалам обусловливает необходимость разработки новых и совершенствования известных сталеплавильных технологических

процессов переработки металлосодержащих отходов и выплавки марочного металла с использованием указанной шихты. Наряду с этим, перспективным направлением ресурсосбережения является использование малоотходных и безотбраковочных сталеплавильных технологий, в результате внедрения которых в производство повышается выход годного при выпуске металлопродукции.

Эффективность внедрения ресурсосберегающих технологий зависит от

соотношения технико-экономических и организационно-управлеческих Факторов, оказывающих влияние на развитие производства. Поскольку новые сталеплавильные технологии разрабатываются в условиях неопределенности

из-за недостатка или отсутствия информации о самом процессе и о последствиях его практического использования, то при разработке новнч технических решений было обеспечено единство управления научными исследованиями. технологическими и проектно-конструкторскими работами но созданию и освоению новых производств. Модель процесса разработки и внедрения в производство прогрессивных технологий, представленная в виде структуры двухуровневой активной системы "веерного" типа указывает на то, что б этой структуре все активные элементы низшего уровня подчинены единому центру, а внешняя среда является управляющим элементом верхнего уровня (рис.2):

ВС

Цели

системы

на ЛЭ

на АО

ИХ

Планирование! | Оцеька

Спшушушшии

Lí механизм отАЭ " управления

--на ЛЭ

Г

Цели АЭ

Б

Рис.2. Структурная схема (А) и блок-схема механизма функционирования (Б) двухуровневой системы: АЭ-активные элементы,ТЦ-технологический центр, ВС-внешняя среда.

А

При решении задач оптимального управления, как правило, выявляется необходимость создания новых альтернативных технологий, которые .позволяют достичь заданную цель, причем при проведении поисковых работ сохраняются элементы прежней оргструктуры и не изменяется характер функциональных связей между элементами системы. В условиях сохранения существующего производства разработка и внедрение новых технических решений значительно ускоряется, если функционирование традиционных формализованных или неформализованных подсистем происходит в новой проблемно-ориентированной структуре управления матричного типа взамен стационарной линейно-функциональной структуры управления, которая практически существует на начальном этапе проведения исследований по указанной проблеме. В проблемно-ориентированной структуре каждое подразделение разрабатывает предложения по проекту оптимального технического решения в производственных условиях. Такая организация работы подразделений (активных элементов системы) ограничивает возможность каждого соисполнителя разработать универсальную концепцию решения проблемы, однако чётко ориентирует специалистов на достижение конкретных научных и производственных целей.

Поскольку технология является определяющим звеном решения проблемы, то в структуре в качестве головного исполнителя работ на нижнем уровне выделяется технологическое подразделение, где осуществляется проработка всех частных проектных, конструкторских и технических предложений, разработанных другими подразделениями с более узкой специализацией по отдельным вопросам проблемы. Перспективность технических предложений оценивается технологами, координацию работ по проектированию технологии, оборудования, созданию материалов осуществляет руководитель центра верхнего уровня управления. На этом же уровне обсуждаются конкретные предложения по их реализации в производственных условиях и принимается окончательное решение с соблюдением принципа единства новизны, надежности и социально-экономической эффективности новой технологии и техники. Таким образом, под конкретную технологию разрабатывается новое или совершенствуется существующее технологическое оборудование, предназначенное для выпуска металлопродукции заданного качества. Как показала практика, двухуровневая функциональная структура принятия решений позволила сконцентрировать усилия специализированных научно-производственных, конструкторских и административных подразделений предприятия на скорейшей разработке и- освоении прогрессивных

технологий производства качественной металлопродукции, повысила личную ответственность линейных руководителей за принятие решений по обеспечению технологического процесса в целом, включая поставку сырья, введение в действие промышленного оборудования, выпуск и отгрузку продукции потребителю. На этой организационно-управленческой основе разработаны новые перспективные технологии производства сталеплавильной продукции специального назначения.

ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

РАФИНИРОВАНИЯ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ РАСПЛАВОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ

Практический интерес представляют процессы деазотации, раскисления, формирования и удаления неметаллических включений из сложнолеги-рг,ванных никелевых расплавов. В суперсплавах с высоким содержанием титана, алюминия, хрома, молибдена, вольфрама образование нитридов происходит при весьма низких парциальных давлениях азота. Условия нитрк дообразовакия определены разработанным методом экстраполяции равновесных остаточных концентраций нитридообразующего элемента на его начальное содержание в сплаве. Это позволило работать с более высокими значениями рК2. которые можно задавать о меньшей относительной погрешностью. Результаты экспериментального определения условий образования нитридов в сплаве ХН51ВМТЮКФР показали, что растворимость азота в сплаве подчиняется закону Сивертса: lg КР = (2110/Т - 2,207) ± 0.025.

Значения для избыточных парциальных мольных энтальпии и энтропии растворения титана в сплаве ДН"**' = - 242000 ± 9700 Дж/г-ат., AS" *г=- 86,80 ± 5,20 Дж/г-ат-град, указывают на существенное отличие от регулярных растворов титана в сложнолегированном никелевом расплаве.

В зависимости от конкретных условий плавки азот находится в нит-ридной фазе или растворенном состоянии. Расчетами и экспериментами показано, что время растворения частиц и плен нитридов титана соизмеримо с временем их выноса конвективными потоками из металла на поверхность жидкой ванны. Данные по растворимости азота и нитридообразованию в сложнолегированных сплавах указывают на то, что деазотацию по нитрид-ному механизму целесообразно проводить при расплавлении металла или после присадки сильных нитридообразующих элементов в металлический расплав с одновременной обработкой металла шлаком. Эффективность деазотации по диффузионно-адсорбционному механизму повышается при обработке металла элементами-раскислителями за счет ускорения массопэрено-

са азота в объёме ванны и в диффузионном пограничном слое, а также разрушения окисных плен на поверхности раздела "металл-газовая фаза".

Отрицательное влияние на удаление азота при выплавке сложнолеги-рованных никелевых сплавов оказывает кислород, поэтому вопросы деазо-тации рассмотрены в непосредственной связи с процессами раскисления. Процессы раскисления и деазотации таких расплавов имеют специфические особенности. Например, при открытой плавке сплава типа Х20Н80, являющимся основой жаропрочных сплавов окисление алюминия, щелочноземельных и редкоземельных элементов носит диффузионный характер, что подтверждает точку зрения о существовании активных раскислителей в металлических расплавах в виде атомных растворов (рис.3).

• % мае

0А-

0,2-О

660 то и.

шт Ьс.

ю гоЩс!?

Рис.3. Изменение концентрации кальция (1), циркония (2), алюминия (3) при раскислении сплава Х20Н80.

В никелевых сплавах с фазовым упрочнением микродобавки влияют на загрязнение металла кислородом, азотом, неметаллическими включениями, а их легирующее воздействие выражается, в изменении структуры матрицы твердого раствора. При введении ЩЗМ и РЗМ в жидкий сплав с титаном и алюминием возможно насыщение металла магнием из футеровки и шлака. Всё это отражается на технологических и служебных свойствах металла.

Изучение комплексного влияния микродобавок на никелевые сплавы выяви,по ряд характерных закономерностей: например, присадки кальция при выплавке сплава ХН57МТВЮ повышали содержание магния в металле, что привело к резкому снижению ударной вязкости литого сплава при температурах горячей деформации. При введении циркония насыщения магнием металл?. не происходило, однако ударная вязкость литого сплава снижалась из-за появления больших скоплений крупных карбонитридоЕ. Идентификация твердых растворов с микродобавками показала, что растворы с цирконием построены по типу растворов вычитания с образованием термодинамически устойчивого соединения, а с кальцием и магнием - замещения. В результате факторного анализа выявлен оптимальный режим комплексного раскисления никелевых сплавов кальцием с цирконием, прк котором цирконии вводится в расплав перед кальцием в количествах по расчёту 0, 17. 7.г и 0,02% Са за 3-5 минут до выпуска металла из печи. Стабилизация циркония в пределах 0,070 - 0,075%, кальция 0,0010 - 0,0022;.:, кагаия 0,0020 - 0,0030% уменьшила загрязненность металла карбонитридамк и. способствовала получению мелкозернистой структуры. Например, это улучшило пластичность жаропрочного сплава ХН57МТВЮ в литом и деформированном состоянии, однако не дало серьёзного преимущества в повышении стойкости металла против образования околошовных трещин при сварке плавлением. Альтернативным указанному варианту микролегирования явилось использование рения, влияющего на перераспределению примесей внедрения и выделение упрочняющей фазы без загрязнения металла магнием.

В связи с необходимость» изготовления изделий из крупногабаритных поковок и отливок, подвергающихся механической обработке до толщины 1,5-2 мм и соединений с высокими требованиями по герметичности разработан сплав ХН58МТВЮ с добавками до 0,1% Ие. При выплавке сплава применено микролегирование рением. Влияние рения на сплав заключалось в увеличении параметра решётки матрицы твердого раствора в литом состоянии, что способствовало перераспределению примесей внедрения в металле, очищению границ зерен б околошовной зоне от карбонитридов и стабилизации фазового соства литого металла. Это снизило до минимума вероятность трещинообразования при сварке сплава плавлением.

При вакуумной индукционной плавке (ВИП) никелевых сплавов с титаном и алюминием изменение во времени концентрации кислорода в металле лимитируется скоростью перехода кислорода из пограничного слоя "футеровка-расплав" и описывается уравнением:

(ПО]

dt

= К

F V

( [0L

[0]

откуда: [0] = [0]р + ( [0]о - [0]р) • ехр ( - К • - • t ).

V F

Если [0] » L03.

то [0] = [0] 0 • ехр (

К

t ),

где [0] - текущая концентрация кислорода;

[0]о - концентрация кислорода в_

приповерхностном слое , при 1=0;

[010 - равновесная концентрация кислорода на

границе футеровка-расплав; К - удельная константа массопереноса кислорода

из футеровки в расплав; Р - поверхность раздела футеровка-расплав; V - объём жидкого металла; t - время.

F

V

Таким образом, при ВИП содержание кислорода в металле определяется не только раскислительными свойствами компонентов расплава, но и концентрацией кислорода в пограничном слое "футеровка-расплав" в момент расплавления шихты. Экспериментально доказано, что содержание кислорода и азота в никелевых сплавах зависит от порядка введения титана и алюминия при ВИП. В сплаве ХН62БМКТЮ снижение содержания кислорода в 2 раза способствовало получению более низких концентраций азота в готовом металле (табл. 1). Аналогичные результаты получены при выплавке этого сплава с 40 - 50% отходов (табл. 2).

Таблица' 1.

Влияние технологии легирования титаном и алюминием сплава типа ХН62БМКТЮ на содержание газов в металле при ВИП

т-1

Содержание газов, % мае. I

1 1 Емк. 1 I Материал Вариант Марка хрома

i печи 1 тигля легиро- в шихте

1 КГ' 1 вания (содержание

1 азота, % мао. )

1 5 ¡магнезит в завалку ЭРХ (0,006)

1 Т1 И А1

1 5 I магнезит в завалку Т1| ЭРХ (0,006)

1 в расплав А11

1 5 1магнезит1 в завалку АН ЭРХ (0,006)

I в расплав ТН

125 1 глинозем в завалку ХР-1(0,015)

! Т1 и А1

125 |глинозем в завалку Т1| ХР-1(0,015)

1 в расплав А1|

1 ос: 1 ¿оО 1 глинозем в завалку А1| ХР-1(0,015)

1 в расплав п|

кислород

О,0040-0. 0048 О,0056-0, 0058 О,Ü028-0.0031

О,0022-0,0026 0,0022-0,0028 О, 0009-0, ООП

130Т

О,0022-0, 00241

I

0,0020-0.00261

I

О,0022-0,0024!

I

О,0050-0,00551 О,0064-0,0060!

I

О,0018 0.00241

Таблица

Кинетические характеристики деазотации сплава типа ХН62БМКТЮ при ВИП с введением алюминия в завалку

I-(-!-!-!-!-

I Вариант | Кол- | Средний | Средняя 1 1 1

I легирования | во I уровень ¡степень|Г/У-103, 1 Кэф- 103, |

I завалки | пла- |содержания |деазо- 1 см"1 1 с1 !

! алюминием ! вок !кислороду. |тации,^1 1 !

I I I I | % мае. I 1 ! 1 | I I I i

I ....... I В начале I 4 I ) 0,0016 Г ! | 31 ! 9,5 1 1 17,20+0.94|

|расплавления! I 1 I

[В конце I 3 | 0,0019 | 24 | 9,5 16.12+1,531

I Расплавления I ! 1 I ! I

Средняя | фактач. | скорость | деазотацииI хЮ6г/см2с|

4, 74

3.2.6 [

При температуре 1500°С скорость десорбции азота, рассчктаная по уравнению Лангмюра-Кнудсена, равна 9,33 • 10"3 г/см2- с.

Изменение давления в камере печи от 0,1 до 10 Па практически не влияло на степень деазотации расплава. Окисная плена полностью подавляла процесс деазотации. Раскисление поверхностного слоя расплава, например, цирконием приводило к интенсивной деазотации металла по сравнению с обычной длительной выдержкой расплава в вакууме.

Сравнение средних фактических скоростей деазотации со скоростью десорбции азота с поверхности металла, рассчитанной по уравнению Ланг-мюра-Кнудеена, указывает на диффузионно-адсорбционный механизм процесса деазотации суперсплавов при ВИЛ. Раскислением поверхностного слоя металла сильными нитридообразующими элементами можно перевести процесс удаления азота из диффузионной в кинетическую область протекания реакции. Эти положения реализованы при деазотации суперсплавов ЖС-6К, АНВ-300, ЭП742, ВЖ131 и других в промышленных ВИ-печах.

При ВИП магнезитовая футеровка является источником поступления магния в металл. В промышленных печах емкостью 1 т и 2,5 т процесс на-сыщеня магнием жидкого металла описывается дифференциальным уравнением 1-го порядка, что свидетельствует о диффузионном характере процесса. На изменение величины эффективного коэффициента массопереноса магния в никелевых расплавах температура оказывает незначительное влияние, а на процесс испарения магния из металла влияет наличие шлака на поверхности ванны. Эффективный коэффициент массопереноса магния в шлаке при ВИП можно оценить из соотношения:

где (Зы.(5„- эффективный коэффициент массопереноса М§ в шлаке и металле; Ц,,. Вм- коэффициенты диффузии Ьй в жидком шлаке и никелевом расплаве.

Поскольку ~ 0,1-Ом, то ры == 0,3-рм, поэтому наличие жидкого шлака примерно в 3 раза уменьшает скорость удаления магния при ВИП. Установлено, что в сплавах ХН45МВТЮБР, ХН50ВМТЮБ и им подобных, выплавляемых с жидкими шлаками фактическое содержание магния в металле во время выдержки может быть рассчитано из уравнения:

[ %Шё ]= 0.023 ■ [ 1 - ехр ( -5,2 • 10"4 • г )] ,

где [ - содержание магния в металле; Ъ - время плавки.

Применение шлакообразующих смесей, состоящих из магнезита и хлорида никеля позволило стабилизировать содержание магния в металлическом расплаве в пределах 0,005 - 0,008% , что благоприятно отразилось на механических свойствах и технологической пластичности готового металла, а также оказало пассивирующее влияние на взрывопожароопасный конденсат на стенках камеры печи за счет окисления пирофорной металлической составляющей конденсата хлором.

Наличие в металлическом расплаве градиента активности элементов -составляющих фаз обусловливает возможность образования и перераспределения включений при кристаллизации и изотермической выдержке слитков. Присадка в сплав нитридообразующих элементов и последующий высокотемпературный отжиг металла позволяет формировать карбонитриды заданного состава и размера:

t 1"п

г2 = + D • к ---

1 - п

откуда: 1,38

Igt' - ]gt0 + -

1 - n

где г, г0 - мгновенный и исходный радиусы частицы; D - коэффициент диффузии составляющих частицы; t - время укрупнения частицы; t*- время удвоения среднего размера частицы; п - показатель степени при t ; lc - константа уравнения.

Экспериментально показано, что присадка нитридообразующих элементов в сплавы типа ХН51МВТЮКФР и Х20Н80ТЗ и последующий высокотемпературный отжиг (t -1220°С ) изменяли состав карбонитридов. Рентгеност-руктурным анализом осадка после электролитического растворения образцов установлено следующее соотношение карбонитридных фаз в сплавах с цирконием до и после термообработки: образец без термообработки: TIC + TiN > ZrC + ZrN > МегзС6 образец после термообработки: ZrC + ZrN > Ме23С6 > Tic + Tili

Титан и цирконий в матрице твёрдого раствора распределены практически равномерно. В карбонитридах распределение элементов аналогичное. Наличие циркония способствовало укрупнению нитридов при высокотемпературном отжиге металла (табл. 3).

Таблица 3.

Содержание титана и циркония в карбонитридах. до и после высокотемпературного отжига

1 1 Карбонитрид титана. Карбонитрид циркония, |

1 Образец | % мае. % мае. 1

Т1 1 гг Т1 1 гг 1

1 Без отжига | 55 - 70 | 1-5 8 - 12 | 36 - 57 |

1 После отжига| | | 72 - 75 | 2-4 | 1 - 10 | 64 - 81 | | |

После 8-10 часового отжига при последующих рафинирующих переплавах достигалось значительное очищение металла от нитридов. Максимальная степень деазотации (более 40 отн.% ) имела место при ВДП и ЭЛП металла после отжига (табл.4).

Таблица 4.

Влияние отжига электродов на деазотацию при рафинирующих переплавах никелевого сплава

1 1 Вариант Вариант Скорость Среднее содержание 1 1 1 Степень |

(подготовки переплава наплавления азота. % мае. |деазота-|

1 электрода слитка, кг/мин электрод слиток |ции, % |

|Без отжига ВДП 2,89 0,0146 0,0119 1 18,5 • |

1 После отжига ВДП 2,61 0,0146 0,0085 1 41,8 |

|Без отжига ЭЛП 1,53 0,0146 0,0090 1 38,4 |

1 После отжига ЭЛП 1.48 0,0146 0,0078 1 46,6 |

|Без отжига ЭЛП со 1,76 0,0146 0,0123 1 15,8 |

шлаком

1 После отжига ПДП 1,66 0,0236 0,0198 1 16, 2 |

1 После отжига ПДП со 1,63 0,0236 0,0220 1 6,8 |

шлаком

1 После отжига ЭШП 3,85 0,0146 верх 0, 0202 1-38,4* |

низ 0,0055 1 62,4 1

* - знак "-" указывает на загрязнение металла.

Наличие окислительного шлака при переплаве в вакууме (ЭЛЛ) и инертной атмосфере (ПДП) замедлило процесс деазотации из-за ухудшения условий десорбции азота с поверхности ванны. Установлено, что при ЭШП

возможна ассимиляция нитридов шлаком и их окисление, о чем свидетельствует снижение загрязнения металла нитридами в зависимости от увеличения окиеленности шлака. Полученные результаты по применению нитридообразующих элементов с целью формирования карбонитридных фаз при высокотемпературном отжиге литого металла использованы для выбора рациональных вариантов рафинирования металла от азота при вторичных переплавах.

Однако многочасовой высокотемпературный отжиг литых электродов в безокислительной атмосфере или в вакууме перед переплавом малоэффективен из-за невысокой диффузионной подвижности азота в твердом металле и низкой активности нитридообразующих элементов. Эффект ассоциированного формирования включений достигается при отливке электродов в атмосфере инертного газа если после заливки металла в изложницу его охлаждают в защитной среде аргона со скоростью 200 - 400°/час и производят механическое встряхивание металла в изложнице в интервале температур двухфазной области кристаллизации. При этом образующиеся в электроде карбонктриды. локализуются вместе с легкоплавкими фазами по границам первичных зёрен. При последующем вакуумном дуговом переплаве такие образования включений и фаз эффективно удаляются из металла.

После такой термовибрационной обработки отливаемых электродов в наплавляемом слитке сплава типа ХН50КМВТЮБФР размер нитридов не превышает 10 мкм, что в 2-4 раза меньше, чем при других вариантах технологий. Это гарантирует отсутствие в слитке дефекта "корона", снижает в 2-3 раза коэффициент дендритной ликвации хрома и вольфрама.на 14 отн.* уменьшает коэффициент анизотропии механических свойств. При кратковременных испытаниях предел прочности увеличен на 8 отн.% при одновременном повышении пластичности на 8-26 отн.%. Всё это способствовало улучшению технологической пластичности сплава и повысило выход годнбго почти на 5 абс.% по сравнению с известными вариантами технологий без дополнительных затрат на монтаж термостатов и печей отжига литых электродов из металла вакуумной индукционной плавки. Термовибрационная обработка электродов при их отливке в камере вакуумной индукционной печи является простым и эффективным способом подготовки расходуемых электродов для последующего рафинирующего переплава.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Совершенствование сталеплавильных технологий производства сложно-легированнных сталей и сплавов базируется на исследованиях термодинамических и кинетических закономерностей рафинирования металла во время плавки и разливки на традиционном и специально созданном оборудовании, обеспечивающем заданное качество продукции. Надежность технологического процесса на конкретном оборудовании оценивается по интенсивности отказов, связанных с отбраковкой дефектного металла или аварийной остановкой агрегата:

1 - P(t>

% = -

t • n

где X - интенсивность отказов;

P(t)- вероятность безотказной работы;

t - время безотказной работы;

п - число узлов в агрегате или стадий процесса.

Надёжность работы такого объекта характеризуется коэффициентом

готовности, показывающим долю времени от общего времени эксплуатации.

в течение которого объект работоспособен:

t

1 f

Нг - — \ r(t)- at ■

о

где Кг - коэффициент готовности;

t3 - время эксплуатации до отказа объекта; Г( t) - функция готовности, равная суше вероятности работоспособного состояния и отказа в работе.

Сравнительная оценка коэффициента готовности известного и- нового варианта производства дана из предположения, что выпуск готовой продукции остается постоянным в течение определённого времени. В упрощенном виде коэффициент готовности такого объекта, состояние которого

изображается в виде графа и описывается 10-ю дифференциальными уравнениями с двумя граничными условиями и условием полноты такой группы несовместных событий, как рабочее состояние и отказы можно оценить из уравнения: 1

где ^ - время выпуска готовой продукции.

Новые технические решения при вероятности безотказной работы обеспечивают 1;э>1;0, что гарантирует 0,5<КГ<1 и является условием стабиль ности функционирования технологического объекта. Указанный анализ надежности технологий использован для совершенствования различных способов плавки металла и отливки слитков, а также при создании установок и промышленных комплексов, предназначенных для получения металлопродукции заданного качества.

Совершенствование сталеплавильных технологий производства металла традиционного сортамента

Изученные физико-химические закономерности рафинирования сложно-легированных металлических расплавов использованы при разработке отхо-доёмких технологий выплавки сталей и сплавов ответственного назначения. Для стабилизации фазового и химического состава металла, повышения степени извлечения металла за счет безокислительного расплавления шихты применяют послойную загрузку шихтовых материалов с раскислителя-ми: твёрдым углеродом и боркальком. Например, для обеспечения заданно го уровня качества стали ЮХ19Н23Г2М5ФАТ, выплавляемой в открытых индукционных печах с использованием железа марки 05ЖР взамен 008ЖР производят раскисление завалки твёрдым углеродом, который загружают между слоями никеля и железа. Рафинирование ванны от кислорода и включений, вносимых в расплав железом, происходит за счёт высокой активности углерода, который раскисляет образующийся металлический расплав, При барботаже ванны пузырьками СО из жидкого металла удаляются включения, что благоприятно отражается на качестве готового металла. Раскисление углеродом в количестве 2-10 кг/т железа в завалке целесообразно проводить при выплавке мартенситно-стареющих сталей в дуговых электропечах с послойной загрузкой шихты.

Низкоуглеродистые никелевые сплавы, выплавляемые с отходами, раскисляют боркальком в количестве 0.9-1,1 % от массы завалки, причём отходы загружают между металлическими материалами и боркальком. Этим создаются безокислительные условия расплавления шихты. Завалку при выплавке высокохромистых никелевых сплавов типа ХН50ВМТЮБ, в которых электролитический хром марки ЭРХ заменяют на нерафинированный хром марки ЭХ раскисляют флюсораскислительной смесью из флюса АНФ 1-3-0 и никельмагниевого сплава с соотношением флюса к магнию в пределах 2-10 и количестве магния в смеси (0,2 - 0,6)% от массы нерафинированного электролитического хрома.

При вакуумной индукционной плавке никелевых суперсплавов типа ХН50ВМКТЮР, ХН62БМКТЮ, ЖС-6К и им подобных с высоким содержанием титана и алюминия (I (Т1 + А1) > 4%) раскисление завалки производят присадкой расчётного количества алюминия в тигель вместе с отходами и металлической шихтой. Титан вводят в металлический расплав, тем самым создают наиболее благоприятные условия для деазотации при стабильно низком содержании кислорода в металле в течение плавки. Всё это положительно отражается на качестве готового металла и технико-экономических показателях производства металлопродукции.

Перспективным вариантом экономии легирующих, снижения загрязненности включениями и увеличения выхода годного является способ выплавки никельхромовых сплавов в дуговой электропечи , при котором во время расплавления шихты наводят известково-глинозём-кремезёмистый шлак с основностью 1,5-5, а титан вводят после расплавления завалки. По сравнению с известными технологиями в сплавах типа Х20Н80, полученных по указанному способу содержание азота снижено на 30 отн.%, что дало возможность устранить образование нитридов размером более 35 мкм и повысить выход годного при переделе слитков в заготовку на 2-3 абс.% за счёт устранения грубых рванин и трещин даже при повышенном содержании хрома в сплаве ближе к верхнему пределу по марочному составу.

Рациональным является способ раскисления нержавеющей стали в ковше биметаллическим алюминийстальным раскислителем. При медленном всплыва-нии биметалла обеспечивается его взаимодействие со всеми горизонтами расплава и разливка протекает без затягивания пленами и включениями ковшевого стакана, сохраняется химический состав стали, повышается стабильность усвоения алюминия, снижается его расход и на 1,5-2 абс.% увеличивается выход годного при переделе слитков в заготовку за счёт

снижения брака по рванинам и раскатным пузырям. Результаты контроля макроструктуры, содержания а - фазы и механических свойств подтвердили соответствие качества стали требованиям ГОСТа и ТУ.

Высокой надёжностью и вероятностью безотказной работы близкой к 1 характеризуются способы отливки слитков экономного развеса с использованием шлакообпазующих смесей для улучшения качества поверхности слитка, а также взрывобезопасных смесей и вкладышей для утепления прибыли. Разливка сплавов типа Х20Н80, Х27Ю5Т и им подобных под шлаком из 25-30% силикокальция, 20-30% железной руды, 2-5% соды, 1-2% окиси хрома, до 5% зэкиси никеля.до 3% хлористого натрия и остальное-плавикового шпата способствовала увеличению выхода годного при переделе слитков за счет уменьшения глубины обдирки поверхности слитков с 10-15 мм до 8-10 мм в головной и хвостовой частях соответственно. На увеличение выхода годного положительное влияние оказала стабилизация содержания кальция в слитке и отсутствие побочного загрязнения металла магнием, что характерно для раскисления сплавов в печи с магнезитовой футеровкой. Макроструктура слитков, отлитых под шлаком, и заготовок из них, отличается однородностью. Это особенно важно при переделе горячих слитков. Однако указанный способ повышает загазованность атмосферы фтористыми соединениями, что требует соответствующей вентиляции на разливочном участке.

Способ повышения эффективности тепловой работы прибыли и сокращения потерь металла с головной обрезью путем засыпки на зеркало металла экзотермических смесей и установки в надставку экзовкладыша является наиболее легко реализуемым. На основе анализа тепловой работы прибыли слитка разработаны составы взрывобезопасных утеплителей для шарикоподшипниковых, конструкционных, инструментальных и углеродистых сталей.

Отличительной особенностью смесей является использование в них взрывобезопасных отсевов алюминийсодержащей стружки или шлака в качестве горючего компонента (см. табл.5). Количество окислителя и горючего в смеси рассчитана из уравнения теплового баланса прибили слитка с учетом специфики формирования усадочной раковины в прибыли и реакций окисления горючей составляющей экзосмеси:

3 • 87 ■ к • ДМ • [ I + с • ( Тр - Тликв.)]

%П 0 2 =

Й! + 3 • Ц2

шА1 = 0,41 • тНп02 ,

где: Шндог и тА1- масса диоксида марганца и алюминия соответственно: 87 - молекулярная масса диоксида марганца; к - доля тепла металла прибыли, переданная в тело слитка; ДМ - снижение массы прибыли слитка; X - удельная теплота плавления; с - удельная теплоёмкость стали; Тр - температура жидкого металла; Тликв.~ температура ликвидус металла; О, и й2 - тепловой эффект реакций 4А1 + ЗМп02 = ЗМп + 2А1203 и Мп + 0,502 = МпО соответственно.

_ Таблица 5.

Составы взрывобезопасных экзосмесей

1 I Компонент 1 I Содержание, I- INI 1 1 | 1 % мае. 1 N 2 1

I Алюминиевомедномагниевая 1 I I 10-30 I |

1 стружка 1 1

1 Шлак с алюминиевокремне- 1 - 1 51-59 I

1 магниевым восстановителем 1 1

I Марганцевая руда 1 20-40 | 20 - 40 |

I Углеродосодержащий материал I 6-23 | 3-37 I

1 Кальцинированная сода 1 1-5 | 1-9 1

1 Шлакообразующий материал 1 Остальное | I

1 Восстановитель содержит: 1 1

1 - медь 1 0.5-5,0 | I

1 - кремний 1 - 1 0,2-10,0 I

1 - магний 1 0,5 - 3,0 | 0.2 - 5,0 |

1 - алюминий | I Остальное | 1 | Остальное | |

Смесь для вкладыша содержит: 23,5-25,5% алюминиевого порошка 3.54,5% марганцевой руды, 11-14% железной руды, 1-3% криолита, 2-10% тер-мообработанных древесных опилок, 8-16%.огнеупорной глины, 8-3955 шамотного порошка, 12-19% связующих. Экзовкладыш получают прессованием с последующей сушкой и устанавливают в надставку при подготовке изложницы к разливке.

Применение указанных смесей взамен люнкерита при отливке слитков с уменьшенной прибылью способствует повышению до 4 абс. % выхода годного за счет сокращения технологических потерь металла при производстве проката из сталей ШХ15, ШХ15СГ, ХВГ. ХВСГ. 8ХФ, ЭХС, (4-6)ХВ2С, (7-8)ХЗ, 60С2А, '5ХНВ, 5ХНМ. Использование экзовкладышей для утепления прибыли слитков нержавеющей стали даёт такой же эффект по залегании усадочной раковины как электродуговой обогрев слитка.

Многостадийные дуплекс-процессы отличаются от одностадийного большей вероятностью брака. Для широко распространённого варианта, включающего открытую электроплавку, изготовление электрода и его электрошлаковый переплав разработаны безотбраковочные технологии ЭШП, позволяющие получать слиток заданного качества и конфигурации. Например, при получении полых заготовок методом электрошлаковой выплавки из фигурных составных электродов в подвижном охлаждаемом кристаллизаторе с дорном коррекцию силы тока плавки производят в зависимости от температуры, теплофизических и геометрических параметров переплавляемого электрода, причём температуру электрода рассчитывают по формуле:

1(11-1) Р 53,67-Бэ у Бэ а-рэ ■ г

Тэ = Тэ +- • (1 +4/ — ) • [ 1 - ехр(--)]

а-Бэ-Рэ / 1(п-1)-Рэ Р

При соотношении Ъ3/\/Г3 в пределах 0,01-0,11 и напряжении 30-80 В коррекцию силы тока в диапазоне 3-60 кА осуществляют по уравнению:

^п ~ ^(11-1)

I Ср- ( ДТ, + ДТг )

+ X

Ср • ( Тн + ДТг - Тэ) + \

где 1в - сила тока в любой из периодов плавки;

1(п-1) ~ си-"а тока в предыдущий по отношению к любому из периодов плавки ( для начала плавки 1<п-п = 10 ); Ср - удельная теплоемкость металла электрода; X - удельная теплота плавления металла электрода; Т3 - температура солидус металла электрода; Тэ - температура переплавляемого электрода в данный период плавки;

Д^ . разность температур между температурой солидус и нормальной температурой ( 293°К);

ДТ2 - перегрев жидкого металла выше температуры ликвидус; Тэ - температура электрода в предыдущей по отношению к данному (п_1)периоду плавки ( для начала плавки Тэ = Т0); р - удельное электросопротивление металла электрода; у - удельная плотность металла электрода; а - коэффициент теплоотдачи металла электрода; t - время данного периода плавки; S3 - площадь сечения переплавляемого электрода; Рэ - периметр профиля сечения электрода.

По разработанной безотбраковочной технологии получены полые заготовки 17 типоразмеров длиной до 2800 мм, с внешним диаметром от 300 мм до 600 мм и толщиной стенки от 40 мм до 120 мм из сталей 38ХНЗМФА, 38ХН2МА, 12Х2НВФА, (20-40)X. Применение этого способа позволило устранить трудоёмкий передел крупных поковок в полую заготовку, высвободить обрабатывающие производственные мощности, сократить расход металла до 1200 кг на 1 т заготовки и увеличить коэффициент использования металла почти в 2 раза по сравнению с традиционной схемой получения такой заготовки из слитков и поковок.

При ЭШП возможна коррекция химсостава металла как за счёт окисления или восстановления элементов, так и легирования. По результатам проведенных исследований окислительно-восстановительных процессов разработаны оптимальные способы стабилизации легирующих в наплавляемом слитке. Управление шлаковым режимом плавки на основе расчетов активности компонентов шлака как фаз переменного состава, имеющих коллективную электронную систему позволило получить качественные электрошлаковые слитки из незачищенных, неторцованных, составных электродов с торцевыми шайбами и легированием при переплаве.

Разработанные технологические варианты процесса разнообразны. Установлено, что пирофорными металлами целесообразно легировать электрошлаковую ванну в виде флюсометаллических порошкообразных смесей. ЭШП составных электродов с различным содержанием углерода в нижней и верхней частях и добавками углеродосодержащих материалов в шлак применяют при производстве электрошлаковых слитков из инструментальных хромистых

и быстрорежущих сталей типа ЭП682, ЭП379, ЭП772 и т.п. Это позволило сократить затраты на зачистку, торцовку электродов, а также увеличить выход годного при ковке слитков на РКМ в среднем на 2 отн.%, а в отдельных случаях до 8,3 отн. %. ЭШП незачищенных, неторцованных электродов с кольцевыми шайбами, периферийная часть которых изготовлена из отходов силового шлифования, а центральная - из пластины металла, аналогичного по составу переплавляемому, применяют при производстве электрошлаковых слитков 23 марок сталей и сплавов различного состава и широкого назначения: хромистых, хромоникелевых, хромоникельмарганцовис-тых, легированных титаном и алюминием. За счёт стабилизации электрического и шлакового режима плавки получают слитки без дефектов в донной части, гофров и пористости на поверхности. На отдельных марках достигнуто почти 4-х % увеличение выхода годного при переплаве электродов.

Получение изотропного слитка с регламентированным фазовым составом является актуальной задачей при производстве по трехфазной схеме электрошлаковых слитков массой более 4 т и диаметром 700 мм из высокопрочных двухфазных и мартенситно - стареющих сталей. Отклонение их химсостава от марочного приводит к отбраковке металла при выплавки и разливке. Разработанные способы ЭШП таких сталей с комплектацией электродов по фазовому составу позволяют получить кондиционные слитки из электродов с отклонениями содержания легирующих от марочного состава. Предложено при переплаве двухфазных сталей использовать экономно-легированные электроды, в каждом из которых содержание ферритообразую-щих элементов соответствует 2-16 об. % ферритной составляющей, а при переплаве мартенситно-стареющих сталей - регламентировать содержание мартенсита в пределах 20-60 об.% при температурах 20-150°С. При производстве дуплекс-процессом указанных сталей экономятся легирующие, полностью устраняется отбраковка металла и гарантируется требуемое качество металлопродукции.

Перспективным является электрошлаковый переплав некомпактных материалов в охлаждаемом кристаллизаторе. Преимущество его по сравнению с известными способами переплава отходов в открытых дуговых, индукционных и вакуумных индукционных печах заключается в возможности переработки относительно мелкой фрагментированной шихты (стружки, металлоаб-разивной пыли, окалины, металлопорошков, шламов ) на слиток без дополнительного использования более дорогих кусковых отходов (рис.4).

III 1111 ' I 1111 ■Л, Г

Р Ч

Юлок*, папам.

ЗШ

-л

В

Ж

Рис.4. Схема процесса (А) и установка У0-105 конструкции ИЗС им.Е.0.Патона для электрошлаковой выплавки слитков из сегментированной шихты (Б): 1-флюсоплавильная печь, 2-электрошлаковая печь, 3-гидроблок, 4-пульт управления, 5-шкаф управления, 6-тележка с кристаллизаторами, 7-газоочистка, 8-загрузочное устройство.

Анализ термодинамических условий рафинирования металла от примесей показал, что в наплавляемом слитке содержание азота и кислорода может быть на уровне металла вакуумной плавки при соответствующем составе шлака. Если шихта загрязнена кремнеземом, то его удаление проводят основным шлаком, не допуская восстановления в металлической ванне. Де-сульфурацию производят высокоосновным ((СаО)/(Б102) > 8) жидким шлаком с высокой сульфидной ёмкостью. Такой шлак наводят из флюса АНФ-6 и извести и,тем самым, обеспечивают коэффициент распределения серы между шлаком и металлом более 20.

Оценка условий удаления примесей из металла в шлак показала, что при совмещении процессов расплавления и рафинирования шихты с наплав-лением слитка по регулируемым теплофизическому и шлаковому режимам степень рафинирования свыше 60 отн.% ([С1К / [С]0 < 0,40 ) может быть достигнута в капле металла за несколько секунд, в ванне - за несколько минут:

[С],

1п [-

[С].

+ 1 ) -

Ни- I

Нш- Ь

+ 1 )

Ни- ь

где [С]0,[С]к - начальная и конечная концентрация примеси в металле;

¡5 - коэффициент массопереноса:

Ь - коэффициент распределения примеси между шлаком и металлом; Нц - высота шлаковой ванны;

Нм - высота наплавляемого слитка или радиус капли металла; - высота жидкой металлической ванны или толщина слоя жидкого металла в капле расплавляемой металлической частицы; Ъ - продолжительность рафинирования металла.

Н

Н

(

н

Указанные теоретические предпосылки явились основой создания процесса электрошлаковой выплавки слитков из фрагментированной шихты на бифилярной - с жидким стартом и однофазной - с твердым стартом, установках. Обеспечение заданной надёжности работы установок достигнуто применением специальных биметаллических нерасходуемых электродов с тугоплавкой составляющей. Расчеты показали, что надёжность работы электрошлакового варианта (ЭШ) выше, чем комплекса на основе открытой индукционной плавки (ИП). Интенсивность отказов Хэш ~ 10~5 ч"1 против Хип = (1,1-1,7)•Ю-3 ч-1. Для электрошлакового варианта разработан ряд технологий, позволяющих проводить деазотацкю, десульфурацию. хлорокио-лородное рафинирование металла, избирательное извлечение металлической составляющей из пылевидных металлоабразивов, раскисление и легирование металлической ванны прямыми методами и через шлак. При получении промышленных слитков из стружки жаропрочных сплавов и электролитического марганца происходит эффективное рафинирование металла от вредных примесей при практически постоянном содержании легирующих элементов. Зле-ктрошлаковые слитки использовали в качестве шихты при выплавке жаропрочного никелевого сплава и термобиметалла. Последующий анализ качества металлопродукции позволил сделать вывод о целесообразности применения процесса в технологическом цикле производства сплавов ответственного назначения для авиационной техники (рис.5).

б„КШ' а,,*/™- ■ <{% КСГ,Дж/ся' ' Ь.ют' V,

Рис.5. Механические свойства сплава ХН50ВМТЮБ, выплавленного по обычной технологии (а) и с использованием электрошлаковой слитковой шихты (б), при температуре испытания 20° С (А) и. 800°С (Б).

Использование электрошлаковых слитков из стружки жаропрочных сплавов в качестве шихты при выплавке металла марочного сортамента принципиально изменило структуру материальных затрат в направлении увеличения доли стружки и уменьшения расхода металлических материалов, марочных лигатур в технологическом цикле производства сплавов, а для Термобиметаллов - применение электрошлакового рафинированного марганца при производстве сплава 75ГНД исключило экологически опасную выплавку рафинированного марганца в индукционных печах при одновременном увеличении выхода годного марганца с 88,8 % до 92,1-95,4 %.

Совершенствование производства термобиметаллов в сталеплавильных цехах АО"Электросталь"

Применяемые до 1990 г. на АО "Электросталь" сталеплавильные технологии получения термобиметаллов являлись трудоемкими и экологически опасными из-за выделения фосгена при отливке биметаллических пакетов в кокилях с четырёххлористым углеродом и паров марганца при его переплаве в открытых индукционных печах. Такой переплав был необходим для рафинирования марганца от серы и последующего использования при выплавке сплава 75ГНД-активной составляющей термобиметаллов ТБ2013, ТБ1613. Низкий выход годного при прокатке сплава ТБ2013 стал причиной накопления высокомарганцовистых: никельмедных отходов, из которых извлекали никель, что делало производство термобиметаллов низкорентабельным.

Для традиционной схемы передела литых пакетов в ленту кардинальное улучшение технико-экономических показателей производства стало возможным благодаря разработке и освоенйГтёхнологии электрошлакового

рафинирования марганца на специально созданной установке взамен его переплава в открытой индукционной печи, а также отливке биметаллических

заготовок методом синхронизированной заливки жидких металлических составляющих в кокиль с терпенами (скипидаром) и утилизации отходов термобиметаллов путем окислительного рафинирования под марганцевожеле-зистым силикатным шлаком с целью получения лигатуры, предназначенной для выплавки никелевых медьсодержащих сталей. Внедрение указанных новаций при серийном выпуске ленты сплава ТБ2013 явилось основой экологически безопасного отечественного производства данной продукции со значительно лучшими технико-экономическими показателями по сравнению с ранее существующей схемой (рис.6).

Рис.6. Схемы производства ленты термобиметалла ТБ2013 на АО "Электросталь": - традиционный и

- разработанный варианты.

Наряду с сокращением потерь марганца при переплаве в среднем на 5% снижен коэффициент расхода металла при прокатке пакетов в лист в среднем на 11 отн.% и листа в ленту - на 5 отн.%. Вовлечение легирующих из отходов термобиметалла в виде железоникельмедной лигатуры повысило рентабельность производства продукции из стали ЭИ943 и сплава ЭП314, при этом себестоимость слитков снижена на 15 отн.% и 40 отн. % соответственно. Новизна технических решений, подтверждённая многими изобретениями свидетельствует об уникальности разработок по совершенствованию технологии производства термобиметалла.

Радикальное улучшение качества термобиметалла достигается за счёт обеспечения чистоты по плёнам и включениям сварного шва между слоями биметалла. Фильтрация и обработка на керамическом фильтре криолито-содовой смесью металлических расплавов, составляющих пакет, снизила содержание включений в зоне сварного шва в 10-15 раз по сравнению с обычной отливкой, полностью удалила плены и включения размером более 16 мкм и качественно изменила их состав. Окисные плёны, глинозёмистые и 'кремнезёмистые включения эффективно удаляются при такой обработке. Основная масса включений представлена мелкодисперсными тугоплавкими ^'Включениями, в то время как в металле существующей технологии картина по включениям прямо противоположная. Таким образом формируется плотный однородный сварной шов без ярко выраженной линии границы активной и пассивной составляющих термобиметалла. Это исключило расслоение пакета при его прокате и повысило сквозной выход годного при переделе заготовки в ленту почти на 15 абс.% по сравнению с существующей технологией производства ленты.

Использование технологических разработок при освоении производства новых марок сталей и сплавов

Результаты по рафинированию, стабилизации фазового и химического состава металла использованы при производстве новых видов продукции из жаропрочных суперсплавов для авиационной техники (ВЖ136У, ВЖ136, ЭК151-ИД) и мобильных энергоустановок на базе конвертированных авиационных двигателей (ЭП742-ИД), радиационностойкой стали ЭК99-ИД для элементов активных зон реакторов, а также мартенситно-стареющих сталей для.авиационной техники (ЭП637А-ИД) и паяно-сварных сотовых панелей (ВНС55-Ш). Использование послойной компоновки шихты (металлических ма-

териалов, отходов, алюминийизвестковых шлакообразующих) обеспечило безокислительный режим плавки и эффективное рафинирование расплава в открытой дуговой электропечи, что позволило выплавлять исходный металл в ОД- взамен ВИ-печах. Разработанная технология гарантирует стабильность механических свойств сплава ВЖ136У на уровне:бв=1290-1350 Н/мм2, бт - 900-1000 Н/мм2, KCV = 100-150 Дж/см2, длительная прочность при 650°С и нагрузке 765 Н/ммг в пределах 126-145 ч. Технология рекомендована в качестве одного из наиболее дешевых вариантов производства продукции из сплава ВЖ136У. Аналогичные результаты получены на сплаве ВШ136, выплавленном в открытой индукционной печи.

регламентированный режим раскисления завалки алюминием при БКН сплавов ЭК151-ИД, ЭП742-ид был использован в комплексе с традиционными и новыми технологиями переплава и горячей деформации слитков, что позволило получить уникальные поковки для дисков двигателей. Изготовленные штамповки дисков из сплава ЗК151-ИД гарантировали уровень длитель -ной прочности изделий при 650°С, нагрузках 1000-1031 Н/мм2 более 100 ч и 'кратковременных нагрузках при 20° с бв > 1370 Н/км8, бт > 980 н/мк*. Это наилучшие показатели для известных сплавов аналогичного назначения. Из труднодеформируемого сплава ЭП742-КД впервые в отечественной практике произведены крупногабаритные поковки массой до 1200 кг дчя последующего получения штамповок дисков диаметром до 1300 мм газотур -бинных двигателей. При этом обеспечивались механические свойства: бв > 1225 Н/мм2, бт >814 Н/мм2, 5 > 13%, -ф > 14%, KGV > 29 Дж/смг, йотп =3,2-3,5 мм, длительная прочность при 650°С и нагрузке-794 Н/мм2 более 100 ч. Анизотропия свойств по сечению штамповки не более 10% при допустимой разнозернистости 2-4 мм.

Применение термовибрационной обработки отливаемых в ВИ-печах электродов с предварительной фильтрацией металла сетчатыми керамическими фильтрами перед заливкой в изложницы позволило в стали ЭК99-ИД с нормируемым содержанием фосфора в пределах 0,035-0,040% снизить уровень загрязненности по неметаллическим включениям в среднем на 25-30 отн.%, в 5-8 раз уменьшить содержание сульфидов, устранить наличие строчечных оксидов и крупных нитридов. Это благоприятно отразилось на технологической пластичности, механических свойствах и коррозионной стойкости. Полученные заготовки полностью удовлетворяли требованиям ТУ 14-1-4476-88 к стали ЭКЭ9-ИД, предназначенной для обеспечения повышенной надёжности, безопасности и экономичности реакторов на быстрых (нейтронах и установок специального назначения.

Гарантированное качество высокопрочных сталей с мартенситным упрочнением обеспечивается активным управлением фазовым составом на этапах выплавки, рафинирующего переплава и горячей деформации с одновременным контролем количества феррита в металле. Для стали типа ЭП673А-ИД комплекс мероприятий по стабилизации содержания магния, иттрия, церия в исходном металле, термомеханическая обработка отливаемых электродов, рациональный режим ВДЛ и ВГМО в технологическом цикле производства проката позволил получить горячекатаные прутки с бв > 1913 Н/мм2. 1)) > 45%, КСЧ > 29 Дж/см2. Присадка флюсометаллических материалов, применяемая для коррекции химического и фазового состава при выплавке в дуговой печи и ЭШ безуглеродистой мартенситной корро-зионностойкой стали ВНС55-Ш использована при опытно-промышленном производстве ленты для сотовых паяно-сварных панелей, которыми заменяют конструктивные элементы планера, соединяемые болтовой стыковкой. Полученный по разработанной технологии материал обеспечил жёсткие требования, предъявляемые к конструкции после термообработки по режимам пайки: для основного металла бв > 980 Н/мм2, КСТ50 > 20 Дж/см2; для сварного соединения бв > 980 Н/мм2, КСТ+20 > 15 Дж/см2, а=180°; для сварки по припою ВПР-2 бв > 834 Н/мм2, Акр >3,5 мм/мин. Таким образом, разработанные технологии, положенные в основу выплавки металла, дали возможность обеспечить выпуск специальной металлопродукции ответственного назначения.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. В работе произведено научное обобщение физико-химических закономерностей раскисления, деазотации, образования и удаления неметаллических включений из сложнолегированных расплавов в совокупности с эффектом микролегирования маталла, что позволило решить важную научно-техническую задачу обеспечения выпуска сталей и сплавов строго целевого назначения с заданной структурой и свойствами как исходного, так и рафинированного методами спецэлектрометаллургии металла.

2. На основе изучения термодинамических и кинетических особенностей окислительно-восстановительных и обменных процессов, протекающих в жидких и твёрдых гетерофазных системах разработаны ресурсосберегающие сталеплавильные технологии получения конкретного сортамента сталей и сплавов с послойной завалкой шихтовых материалов, предварительным раскислением при расплавлении шихты углеродом, алюминием, магний-, алюминийсодержащими и магнезито-хлоридными шлакообразующими смесями с

применением комплексных режимов раскисления высокоактивными элементами (ЩЗМ, РЗМ) в течение плавки и разливки металла, а также использованием взрывобезопасных экзосмесей и экзовкладышей при отливке слитков экономного развеса с уменьшенной прибылью. Определены оптимальные режимы термовибрационной обработки отливаемых электродов, их комплектации по фазовому и химическому составу для последующего рафинирующего переплава с целью получения слитка круглого сечения и полой заготовки с нормированной структурой, составом, свойствами и геометрическими параметрами.

3. Для никелевых жаропрочных сплавов аустенитного класса, содержащих 20-35% К'- фазы, изучено влияние микродобавок кальция, магния, циркония и рения на поведение кислорода, азота, включений в металлическом расплаве, структуру и свойства готового металла. Выявлены управляющие факторы легирования расплава магнием из футеровки и шлака при раскислениии металла кальцием и цирконием, а также возможности диффузионно-адсорбционного и нитридного механизмов рафинирования слож-нолегированных сплавов при открытой и вакуумной плавке. По параметру решетки установлено, что твердые растворы указанных сплавоп с цирконием построены по типу растворов вычитания с образованием термодинамически устойчивого соединения М32г, а кальцием, магнием и рением - замещения. Рений способствует перераспределению примесей внедрения в металле от границ зёрен. Это использовано при разработке составов новых сталей и сплавов с рением.

4. разработаны научные положения и перспективные схемы процесса электрошлакового переплава фрагментированных некомпактных материалов в слиток для его последующего использования в качестве шихты при выплавке марочного металла. В зависимости от требований, предъявляемых к слитку при переплаве производят деааотацию. деоульфурацию, хлорокисло-родное рафинирование металла, избирательное извлечение металлической составляющей из металлоабразивных отходов, раскисление и легирование расплава, при этом качество наплавляемого слитка может достигать уровня металла вакуумной плавки.

5. Предложена методика оценки надежности технологического процесса по интенсивности отказов, связанных с отбраковкой дефектного металла или аварийной остановкой плавильного агрегата. Это позволило создать высоконадёжное, отвечающее понятию новой техники, оборудование для электрошлаковой выплавки слитков из фрагментированной шихты, электрошлаковых полых заготовок сложного профиля сечения и обычных

слитков с нормируемым фазовым и химическим составом. Применяемые на разработанном с участием автора оборудовании безотбраковочные технологии использованы при получении полых заготовок 17-и типоразмеров слитков 23-х марок сталей широкого назначения и шихтовой заготовки 'из рафинированного марганца и никелевых суперсплавов.

6. Выявлены закономерности управления процессом формирования электрошлаковых слитков различного профилесечения из составных расходуемых электродов и фрагментированной шихты. Для электрошлаковой выплавки полых заготовок из фигурных электродов в подвижном кристаллизаторе с дорном установлена зависимость величины силы тока от теплофизи-ческих свойств стали, геометрических размеров электрода и времени плавки. Для электрошлакового переплава фрагментированной шихты определены количественные соотношения между скоростями подачи сырья, переплава и кристаллизации слитка. Указанные зависимости использованы в промышленных условиях при производстве металлопродукции электрошлакового исполнения.

7. Разработана и внедрена в производство экологически чистая малоотходная технология получения биметаллических заготовок из высокочувствительного термобиметалла ТБ2013 с использованием электрошлакового рафинированного марганца, предназначенного для выплавки активной составляющей биметалла и жидких терпенов при отливке двухслойных пакетов в кокиле. Освоена промышленная отходоёмкая технология переработки неликвидных отходов термобиметалла методом окислительного переплава их на мобильную лигатуру в основной дуговой электропечи под марганцевоже-лезистым силикатным шлаком, который в дальнейшем использован для изготовления взрывобезопасных экзосмесей, утепляющих прибыль слитка экономного развеса.

8. Изготовлены промышленные партии проката, поковок, штамповок'из новых сталей и сплавов строго целевого ответственного назначения. Показано, что технологические разработки, использованные на сталеплавильной стадии выпуска продукции из сталей и сплавов марок ЭП637А-ИД, ВНС55-Ш, ЭП99-ИД, ВЖ136, ВЖ136У, ЭК151-ИД, ЭП742-ИД ЯВИЛИСЬ ОСНОВОЙ рентабельного производства, обеспечивающего возможность создания нового поколения авиационной техники, ядерных реакторов и мобильных энергоустановок на базе конвертированных авиационных двигателей. Новизна технических решений, подтвержденная изобретениями, свидетельствует о соответствии освоенных технологий современному уровню развития электросталеплавильного производства.

9. Дана научная оценка роли технико-экономических и организационно-управленческих факторов при разработке и внедрении в производство сталеплавильных технологий. При сохранении существующего производства разработку и внедрение новых технических решений целесообразно производить, используя проблемно-ориентированную структуру управления исполнителями проекта. Двухуровневая функциональная структура принятия решений позволила сконцентрировать деятельность научно-производственных, конструкторских и административных подразделений на эффективном освоении разработанных промышленных ресурсосберегающих технологий.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Богданов C.B., Буцкий Е.В., Логинов В.Т., Григорян В.А Условия образования нитридов и растворимость азота в жидком сплаве типа ЭП220.

/ ■'Изв. вузов. Черная металлургия. 1975. N9. С. 57-GO.

2. Богданов C.B., Логинов В.Т., Григорян В.А. Влияние кислорода'на процесс деазотащш хромоникелевых сплавов при выплавке в вакуумных индукционных печах. Тезисы viii .Всесоюзной конференции ж- фазико -xíiki; ческим основам производства стали. 4.1. М. ИМЕТ АН СССР. 1977. С.

3. Логинов В. Т., Григорян В. А., Кряковский Ю. В. , Пряшшшкоь К. С., Богданов C.B., ДолОилов С.Б. Разработка и освоение технологии переработки высокомарганцовистых отходов при производстве жельзонпкельмедных сплавов в основных электропечах. // Тезисы докладов первой всесоюзной научно-технической конференции. Охрана окружающей среды и утилизация ценных отходов в металлургии. 4.2. М. МИСиС. 1978. С.259.

4. Богданов C.B., Цветкова В.К., Логинов В.Т., Григорян В.А., Мельку-мов И. Н. Технологические особенности применения микродобавок кальция и циркония при производстве жаропрочных никелевых сплавов. // Всесоюзная научно-техническая конференция. Современные проблемы создания нысико-качественных сталей и уменьшения отходов в чёрной металлургии. Тезисы докладов. Раздел!. М. МИСиС. 1981. С. 107-108.

5. Богданов C.B., Буцкий Е.В., Логинов В.Т. и др. Изучение технологических особенностей и разработка технологии выплавки жаропрочных сплавов типа ЭИ 698 в вакуумных индукционных печах. // Материаловедение, металлургическое и заготовочное производство. 1981. Сер. 16. Вып. 19.

с. 20 -25.

6. Богданов C.B., Логинов В.Т., Римкевич B.C. и др. Использование неликвидных высокомарганцовистых отходов термобиметалла ТБ2013./7 Сталь. 1982. И 1. С.30-31.

7. Богданов C.B.«Тащилов B.C.. Цветкова B.K. и др. Микролегирование рением жаропрочного сплава типа ЭП590. // Производственно-технический бюллетень. 1982. N 8. С. 42-47.

8. Богданов C.B., Соловьев A.B., Захаров М.М., Орлов Е.Д. Роль организационно-управленческих факторов при внедрении в промышленность ресурсосберегающих технологий. // Тезисы докладов международной конференции "Проблемы совершенствования хозяйственного механизма стран-членов СЭВ" Секция'"Совершенствование внедрения достижений научно-технического прогресса в народное хозяйство".М.МЦНХ им.Г.В.Плеханова.1986.С.166-168

9. Богданов C.B., Буцкий Е.В..Яковенко В.А. и др. Исследование влияния состава и количества шлака на содержание серы и кремния в марганце при электрошлаковом рафинировании. // Спецэлектрометаллургия. 1986. N 60. С. 3-6.

10. Богданов C.B., Воробьёв Ю.К., Сисёв А.П., Феньковский A.B. Повышение эффективности производства при использовании экзотермических смесей в процессе разливки стали. // Сталь. 1987. N 11. С.47-48.

11. Яковенко В.А., Латаш Ю.В., Лютый И.Ю., Буцкий Е.В., Богданов C.B.. Кубиков В. П. ЭШР марганца. // Электрошлаковая технология. Сб. статей, посвященных 30-летию электрошлакового переплава. Под. ред. Патона Б.Е. и др. Киев.: Наукова думка. 1988. С.62-66.

12. Богданов C.B.. Воробьёв Ю.К., Сисёв А.П., Феньковский A.B. Использование экзотермических смесей при разливке сталей на мелкие слитки. // Бюллетень Черметинформации. 1988. N 18. С.40-42.

13. Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Лютый И.Ю., Рейда Н.В., Никитин Э.Я., Буцкий Е.В., Богданов C.B., и др. Электрошлаковое рафинирование электролитического марганца на установке У0-105. // Проблемы специальной электрометаллургии. 1989. N2 (18). С.14-21.

14. Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Буцкий Е.В.,Ярулин В.Н., Богданов C.B., Кубиков В. П. Электрошлаковый переплав отходов жаропрочных сплавов с применением охлаждаемых нерасходуемых электродов. // Проблемы специальной электрометаллургии. 1990. N 2. С.10-15.

15. Яковенко В.А., Буцкий Е.В., Ярулин В.Н., Богданов C.B. Разработка и исследование нерасходуемых металлических охлаждаемых электродов для электрошлакового процесса. // Проблемы специальной электрометаллургии. 1990. N 2. С. 16-21.

16. Богданов C.B., Буцкий Е.В. Перспектива использования технологии ЭШР для утилизации металлоотходов. // Сталь. 1990. N 6. С.36-37.

17. Богданов C.B., Буцкий Е.В., Сисёв A.n. и др. Электрошлаковая отливка слитков из. фрагментированной шихты.//Сталь. 1990. N 12. С.22-25.

18. Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Буцкий Е.В.. Богданов C.B. и др. Электрошлаковое рафинирование марганца. // Сталь.1990. N 12. С.41-43.

19. Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Лютый И.Ю., Буцкий Е.В., Богданов C.B.

Исследование влияния технологических факторов на десульфурацию и дегазацию марганца при ОШР. Сообщение 1.// Специальная электрометаллургия. 1990. N GS. С. 3-7.

20. Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Лютый И.Ю., Рейда Н.В., Никитин О.Я., Буцкий Е.В., Ярулин В.Н.. Чернышов В.В., Горяйнов В.А., Богданов C.B. Установка УО 105 и некоторые вопросы технологии и энергетики процессов ЭШР марганца. Сообщение 2. // Специальная электрометаллургия. 1990.

N 68. С. 8-14.

21. Богданов C.B., Буцкий Е.В., Кубиков В.П. и др. Проектирование технологии и оборудования для электрошлаковой выплавки слитков из фраг-

ментированной шихты (Е-процесс). - В сб.: Новые технологии производства сталей. М. : ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии. 1990. С.70-75.

22. Богданов C.B., Буцкий Е.В., Кубиков В.П. и др. Создание и освоение производства электрошлакового рафинированного марганца. - В сб.: Новые технологии производства сталей. М.: ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии. 1990. С. 75-78.

23. Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Щедровицкий В.Я., Топильский С.П., lía-шин В.И., Дашевский В.Я., Буцкий Е.В., Богданов C.B. Рафинирование металлов и сплавов от серы, фосфора и других примесей на основе электрошлакового процесса с нерасходуемыми электродами. // Тезисы докладов заседаний научного совета ГКНТ СССР "Новые процессы в черной металлургии". ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии. 1990. С.21-23.

24. Богданов C.B., Будкай Б.В., Николаев H.H., Ломков Ь'.М Микролегирование магнием жаропрочных никелевых сплавов и пассивация конденсата

при ВИП. // Сталь. 1993. N 12. С. 23-25.

По результатам работы получены авторские свидетельства и патенты:

I. Способ модифицирования стали и сплавов/Логинов В. Т., Мелькумов И.Н., рогданов C.B. и др. - A.C. N 423852. Б.И. 1974. N 14.

Способ вакуумной индукционной плавки/Логинов В.Т.,Прянишников И.С., Богданов C.B. и др. - A.C. N 98032. 1976.

3. Способ выплавки стали и сплавов/Богданов C.B., Григорян В.А., Логит нов В.Т. И др. -A.c. N 532631. Б.И. 1976. N 39.

4. Способ рафинирования стали и сплавов/Логинов В.Т.. Жучин В.Н., Богданов C.B. И др. -A.c. N 554685. 1976.

5. Способ выплавки сплавов/Логинов В.Т., Григорян В.А., Богданов C.B. И др. - A.c. N 627171. Б.И. 1978. N 37.

6. Сплав на основе никеля/Тащилов В. С. .Жучин В.Н.,Богданов C.B. и др.-A.c. N 707360. 1979.

7. Способ выплавки лигатуры/Логинов В.Т. .Прянишников И.С. .Богданов С.В И др. - A.c. N 740839. Б.И. 1980. N 22.

8. Шлакообразующая смесь/Титов П.Ф., Егоров М. Р., Богданов C.B. и др. -A.c. N 922160. Б.И. 1982. N 15.

9. Десульфурирующая смесь/Богданов С.В., Воробьёв А.Д., Клюев M. М. и др. - A.c. N 989870. 1982.

10. Шлакообразующая смесь/Клюев М.И., Жучин В.Н., Богданов C.B. и др.-A.c. N 999607. 1982.

И. Экзотермическая смесь/Клюев M.М., Жучин В.Н., Богданов C.B. и др.-A.c. N 1026445. 1983.

12. Способ изготовления биметаллических заготовок/Богданов C.B., ' Рим-кевич B.C., Рыбакина Н.С. и др. - A.c. N 187727. 1983.

13. Способ десульфурации марганца / Богданов C.B., Кубиков В.П., Буц-кий Е.В. И др. - A.c. N 1080489. 1983.

14. Способ изготовления заготовок из биметалла / Богданов C.B., Римке-ВИЧ B.C., Г'оряйнов В. А. и др.- А. с. N 205959. 1984.

15. Способ электрошлакового пререплава / Богданов C.B., Кубиков В.П., Жавыркин В.Ф. - A.c. N 1089992. 1984.

16. Сталь / Богданов C.B., Логинов В.Т., Богданов С.Н. и др. - A.c. N 1179683. 1985.

17. Способ электрошлаковой выплавки полых заготовок / Богданов C.B., Соловьев A.B., Захаров М.М. и др. - A.c.. N 1216988. 1985.

18. Способ раскисления нержавеющей стали в ковше/Богданов С.В.. Рнм-кевич B.C., Федоткин К.Я. и др. - A.c. N 1349258. 1986.

19. Экзотермическая шлакообразующая смесь/Воробьев Ю.К.,,Богданов C.B.", Феньковский A.B. и др. -A.c. N 1367500. 1987.

20. Способ десульфурации марганца / Латаш Ю.В., Яковенко В.А., Богданов C.B. и др. - A.C. N 1405327. 1988.

21. Способ электрошлакового переплава двухфазных высокопрочных сталей/ Богданов C.B., Мелькумов И. Н., Кубиков В. П. и др. - А. с. N 1453914. 1988.

22. Расходуемый электрод для электрошлакового переплава/Богданов C.B., Кубиков В.П., Клюев М.М. и др. -A.c. N 1501520. 1988.

23. Способ загрузки шихты в дуговую электропечь/Мелькумов И.Н., Богданов C.B., Буцкий Е.В. И др. - A.c. N 1527281. Б.И. 1989. N 45.

24. Способ электрошлакового переплава отходов сталей и сплавов/ Богданов C.B., Буцкий Е.В., Кубиков В. П. и др. - A.c. N 1529742. 1989.

25. Способ получения термобиметаллов / Яковснко В.А., Латаш Ю. В., Богданов C.B. и др. - A.c. M 1586001. 1990.

26. Способ электрошлаковой выплавки слитков из фрагментированной шихты / Богданов C.B.. Буцкий К.В., Прянишников М.И. и др.- A.c. N 15884395.

1990.

27. Устройство для получения термобиметалла электрошлаковой наплавкой

плакирующего слоя на слой - основу / Нковенко В.Л., Латаш Ю.В., Богданов C.B. и др. - A.c. M 1601877. 1990.

28. Нерасходуемый электрод для электрошлакового процесса/Яковенко В. А.

Латаш Ю. В., Богданов С,. В. и др. - A.c. H 1602066. 1990.

29. Нерасходуемый электрод для электрошлакового процесса/Яковенко В. А. Наташ Ю.В., Богданов C.B. и др. - А. о. S 1616498. 1990.

30. Установка для электрошлакового переплава некомпактной шихты /' Яко-зенкс В. А., Латаш Ю. В., Богданов C.B. и др. - A.c. N 1Ы7У64. 1990.

31. Способ выплавки сталей и славов/Богданов C.B. ,Исайкин Н.Э., Степанов В. П. и др. - A.c. К 31930Э. 1990.

32. Способ электрошлакового переплава металлоабразивных отходов / Богданов C.B. .Буцкий Е.В.,Яковенко В.А. и др.- A.c. N 1628543. 1990.

33. Способ электрошлакового переплава / Богданов C.B., Кубиков В.П., Игнатов В.А. И Кузнецов Г.Н. - A.c. N 1635577.. 1990.

34. Способ электрошлакового переплава некомпактных материалов/ Яковен-со В.А., Латаш Ю.В., Богданов C.B. и др. - A.c. N 1670946. 1991.

35. Способ выплавки никелевых сплавов в вакуумных индукционных печах/ Богданов C.B., Буцкий Е.В., Прянишников М.И. и др. - A.c. N 1683327.

1991.

36. Способ электрошлакового переплава некомпактных материалов/ Яковен-с о В. А..Латаш Ю. В.,Богданов C.B. и др. - A.c. N 1700073. Б.И.1991.N 47. 57. Способ электрошлакового переплава некомпактных материалов/ Яковен-;о В. А. .Латаш Ю. В. , Богданов C.B. и др.- A.c. N 1739653. Б. И. 1992. К 21. ¡8. Способ выплавки никельхромовых сплавов/Богданов С.В.,Римкевич B.C. :исёв А.П. и др. - A.c. N 1749245. Б. И. 1992. N 27.

9. Способ регенерации металлов из пыли и шлама / Яковенко В.А., Ла-■аш Ю.В., Богданов C.B. и др. - A.c. N 1752001. Б.И. 1992. И 28.

40. Патент "Смесь для изготовления экзотермического вкладыша"/ Воробьёв Ю.К., Богданов C.B.. Феньковский A.B. и др. - Описание изобретения к патенту N 1764807. Б.И. 1992. H 36.

41. Способ получения стали и сплавов дуплекс-процессом /Богданов C.B.. Буцкий Е.В., Житков Н.К. и др. - A.c. N 1788028. Б.И. 1993. N 2.

42. Способ электрошлаковой выплавки рафинированного марганца / Богданов C.B., Буцкий Е.В., Кубиков В.П. и др. - Описание изобретения к патенту N 1789073. Б. И. 1993. N 2.

43. Способ электрошлакового переплава стали с мартенситным превращением/ Богданов C.B., Мелькумов И.Н.. Кубиков В.П. и др. - Описание к патенту N 1792564. 1993.

44. Способ выплавки высокохромистого никелевого сплава/ Богданов C.B., Сисёв A.A., Ольхович Ю.В. и др.- Описание изобретения к патенту по заявке N 4936493/02. Приоритет от 16. 05. 1991.

45. Способ получения литой заготовки термобиметалла / Богданов С.В., Римкевич B.C., .Сисев А.П. и др.- Описание изобретения к патенту по заявке N 5003760/02. Приоритет от 03. 07. 1991.

46. Расходуемый электрод для электрошлакового переплава/Богданов C.B., Буцкий Е. В,, Кубиков В. П. и др. - Описание изобретения к патенту по заявке N 95107830/02. Приоритет от 15. 05. 1995.

МГИСиС, М., Ленинский пр., 4.

Заказ_, объём 2 пл., тираж 100 экз.

Типография МГИСиС. М., ул. Ордаоникидее, 8/9.