Актуальность работы.
Предприятия аэрокосмической отрасли, судостроения, атомной энергетики постоянно повышают требования к качеству конструкционных титановых сплавов. Соответственно растут требования к качеству лигатур редких тугоплавких металлов, в том числе лигатуре А1-ХЬ-81 (АНК), используемой при производстве титановых сплавов, предназначенных для применения в двигателях самолетов, конструкциях глубоководных подводных лодок и др.
Лигатуру АНК получают методом внепечного алюминотермического восстановления оксидов ХЬ2О5 и 81О2. Процесс алюминотермической плавки ведут в массивной медной неохлаждаемой изложнице. Существенным недостатком этого процесса является быстрая кристаллизация продуктов плавки. Образующаяся при этом усадочная раковина в слитке, как правило, загрязнена оксидными включениями. На стадии зачистки слитков, а также при дроблении и последующем грохочении лигатур образуются значительные количества отходов, состоящих из мелкой крошки лигатур, шлака, в том числе гарнисажного. Возврат отходов в шихту внепечной плавки может привести к снижению качества лигатуры АНК, поскольку при этом не гарантируются однородность химического состава и отсутствие тугоплавких металлических и оксидных включений. Индукционный переплав отходов лигатур позволяет рафинировать металл от оксидных неметаллических включений, представленных главным образом оксидом алюминия, формировать однородный состав слитка.
Создание технологии дуплекс-процесса, включающего внепечную алюмино-кальцийтермическую выплавку лигатуры АНК из шихт, не содержащих оборотные материалы и автономный вакуум-индукционный их переплав с получением кондиционной лигатуры, потребовало изучения отдельных взаимодействий протекающих при выплавке лигатуры АНК, и испытаний технологии получения бездефектной лигатуры АНК на лабораторном и промышленном оборудовании.
Цели и задачи диссертации.
Основными целями исследований были:
• изучение процессов фазообразования и выявление причин возникновения тугоплавких фаз в лигатуре АНК при ее внепечной алюминотермической выплавке;
• исследование качества металла, полученного при индукционном переплаве отходов лигатуры АНК и нахождение оптимальных условий процесса;
• разработку технологической схемы получения лигатуры АНК дуплекс-процессом и её аппаратурного оформления;
Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:
1. Исследовано влияние на качество лигатуры АНК условий кристаллизации сплава.
2. Выявлены причины образования тугоплавких соединений при введении в шихту оборотных материалов.
3. Оценена химическая и термическая стойкость различных огнеупорных материалов при взаимодействии их с расплавом лигатуры АНК.
4. Определены технологические возможности автономной переработки в индукционных печах отходов, образующихся при зачистке слитков лигатуры АНК.
Научная новизна работызаключается в следующем. В работе впервые:
- изучено влияние на качество лигатуры АНК замещения алюминия кальцием в шихте её внепечной выплавки;
- выполнен термодинамический анализ взаимодействия алюминидов ЬА13 и ly.Al с пентаоксидом ниобия (b2O5) и экспериментально исследовано фазообразование при взаимодействии ЬА13, b2Al и лигатуры АНК с пентаоксидом ниобия;
На защиту выносятся результаты:
- изучения влияния на качество лигатуры АНК частичного замещения алюминия кальцием в шихте ее выплавки;
- исследований фазообразования при взаимодействии алюминидов NbAl3 и Nb2Al c Nb2O5;
- разработки и испытаний технологии получения лигатуры АНК дуплекс- процессом.
Практическая значимость работы:
- разработана технология дуплекс-процесса, предусматривающая вывод из шихты внепечной выплавки лигатуры АНК «оборотных» материалов (отходов) и автономную переработку их индукционным переплавом с получением при этом кондиционной продукции;
- создана на ОАО «Уралредмет» технологическая схема и отработано её аппаратурное оформление по получению лигатуры АНК дуплекс-процессом.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены на 7-й Международной конференции «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (Харьков, 2006), 9-ом Международном конгрессе «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (Харьков, 2008), Научно-практической конференции молодых специалистов (Верхняя Пышма, 2008), 4-th International conference on Diffusion in solids and liquids (Barcelona, 2008), Международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов-на-Дону, п. Лоо, 2008).
Публикации.
Основное содержание диссертации опубликовано в 7 статьях, из которых 2 в научных журналах, входящих в Перечень ВАК, и 5 - в сборниках трудов и тезисов докладов конференций.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 94 наименования. Работа изложена на 120 страницах, содержит 37 рисунков и 24 таблицы.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
