Особливості передачі енергії електромагнітного поля від індуктора до металевої ванни, що знаходиться в секційному охолоджуваному кристалізаторі. Теплообмін в системі індуктор-кристалізатор-завантаження і складові теплового балансу даного процесу.
Аннотация к работе
Створені методи плавки засновані на застосуванні висококонцентрованих джерел теплової енергії і передбачають переплав витратних електродів (заготовок) із металу кінцевого хімічного складу: та формування зливка у кристалізаторі, що охолоджується: вакуумно-дуговий переплав (ВДП), електрошлаковий переплав (ЕШП), електронно-променевий переплав (ЕЛП) і плазмово-дуговий переплав (ПДП). Найважливішою перевагою цих процесів є краплинний перенос рідкого металу з торця витратного електрода (заготовки), що оплавляється у металеву ванну і спрямована послідовна кристалізація металу при формуванні зливка. Зазначені обставини обумовили актуальність робіт, повязаних із створенням нових технологій плавки і рафінування металів і сплавів, заснованих на індукційному нагріванні. Дисертаційна робота виконувалася по темах ДКНТ і відомчим НАН України: 0.08.10 «Розробити технологію й устаткування для індукційної виплавки зливків чорних і кольорових металів у водоохолоджуваному кристалізаторі і видати рекомендації по їхньому застосуванню в промисловості»; 05.42.08/130 «Розробити процес промислової переробки відходів титанового виробництва з одержанням зливка у високочастотному електромагнітному полі в секційному кристалізаторі»; 1.6.20/28 «Розробити і впровадити багатокомпонентні складнолеговані конструкційні, електротехнічні, сплави і технології їхнє одержання з застосуванням плазмового й інших хімічно чистих джерел нагрівання»; 7.12.20/199 «Розробити і впровадити технологію й устаткування для одержання і рафінування лігатур, що містять нікель і ванадій, із застосуванням плазмової і індукційної плавки в секційному кристалізаторі»; 1.6.1.20.34 «Дослідити процеси плазмово-індукційної плавки високореакційних, рідкісноземельних металів і сплавів та розробити технологію їх рециклювання і рафінування». Мета дисертаційної роботи складалася в розробці нових методів і технологій плавки і рафінування металів і сплавів на основі процесу індукційної плавки в секційному кристалізаторі (ІПСК), розробка і створення плавильного устаткування для ИПСК, а також розробка технологій і технічних засобів для інтенсифікації плавки у відкритих і вакуумних печах шляхом суміщення індукційного і плазмового нагрівання.Сутність цих процесів полягає в тому, що замість тигля з вогнетривкого матеріалу використовується мідний тигель що прохолоджується або секційний кристалізатор, конструкція яких дозволяє передавати енергію електромагнітного поля від індуктора до металу що переплавляється. Механізм передачі енергії електромагнітного поля до металевої ванни при ІПСК відрізняється від звичайної індукційної тигельної плавки оскільки між індуктором і ванни знаходиться охолоджувана стінка секційного кристалізатора, що як показали результати досліджень, викривляє електромагнітне поле в плавильній зоні і виконує роль індуктора. Для визначення електричних втрат у секційному кристалізаторі і тепловиділення в завантаженні були розроблені водоохолоджувані макети завантаження, кожне з яких відповідає характерним для ІПСК варіантам процесу плавки. Визначено складового теплового балансу процесу ІПСК у широкому температурному інтервалі (від 1000 до 2000К), для чого були використані метали і сплави, що мають різну температуру плавлення - алюміній (температура металевої ванни 970-1000К), сплав Ti - 40% Al (температура ванни 1750-1780К) і титан (температура ванни 2010-2030К). Характерною рисою сучасних методів електроплавки з формуванням зливка в мідному охолоджуваному кристалізаторі є краплинне перенесення металу з торця витратного електрода або заготовки в металеву ванну, що знаходиться в кристалізаторі.Запропоновано нові технічні рішення які підвищують ефективність індукційної плавки - індукційний переплав у секційному кристалізаторі (ІПСК) і додатковий плазмовий нагрів за допомогою трифазної групи плазмотронів. Розроблено схему теплообміну в системі індуктор-кристалізатор-завантаження, визначені електричні втрати в елементах цієї системи і складові теплового балансу процесу ІПСК у широкому температурному інтервалі (від 1000 К до 2000 К). Переплав заготовок з металів, що мають високу температуру плавлення і порівняно низьку теплопровідність (титан, сталь) супроводжується утворенням на оплавленій частині заготовок остова з радіальних ребер, що не розплавились і є «прозорі» для електромагнітного поля. На підставі експериментальних досліджень теплових, технологічних і електричних параметрів процесу ІПСК розроблені його наукові і технологічні засади, що дозволяють створювати промислові технології і устаткування для плавки і рафінування металів і сплавів. Патона НАН України розроблено декілька промислових плавильних установок із секційним кристалізатором діаметром від 80 мм до 400 мм, у яких реалізовані два принципи формування (виплавки) зливків: із витягуванням у процесі плавки і наплавленням шляхом переміщення плавильної зони уздовж кристалізатора.
План
Основний зміст роботиОсновний зміст дисертації відображено в публікаціях
Sheiko I.V., Latash Yu.V. Induction Melting with an Ingot Formation in a Sectional Mould. Vol. 11. - Part 4, - Edited by Institute E.O. Paton. - 1999. - 99 p.
Баглай В.М., Шейко И.В., Яворский и др. Установка для индукционной выплавки слитков в секционном кристаллизаторе диаметром 200 мм // Спец. электрометаллургия. - 1982. - №50. - С. 89-94.
Латаш Ю.В., Шейко И.В., Бернадский В.Н. и др. Индукционный переплав титановых отходов в секционном охлаждаемом кристаллизаторе // Спец. электрометаллургия. - 1985. - №54. - С. 91-98.
Шейко И.В., Григоренко Г.М., Высоцкий Г.А. и др. Некоторые особенности плавления расходуемой заготовки в высокочастотном электромагнитном поле при ИПСК // Спец. электрометаллургия. - 1984. - №55. - С. 106-112.
Латаш Ю.В., Шейко И.В., Высоцкий Г.А. и др. Некоторые особенности формирования металлической ванны при индукционном переплаве металла в секционном кристаллизаторе (ИПСК) // Спец. электрометаллургия. - 1986. - №60. - С. 72-78.
Шейко И.В., Шахрай В.И., Латаш Ю.В., Степаненко В.В. Исследование испарения цинка при плазменно-индукционной плавке латуни // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1987. - №1. - С. 56-59.
Латаш Ю.В., Шейко И.В., Коваленко А.А. и др. Плазменно-дуговое трехфазное устройство для вакуумно-индукционной печи // Спец. электрометаллургия. - 1988. - №66. - С. 91-98.
Шахрай В.И., Латаш Ю.В., Шейко И.В., и др. Переплав литейных отходов латуни и стружки в плазменно-индукционных печах // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1987. - №2. - С. 66-70.
Шахрай В.И., Латаш Ю.В., Шейко И.В., и др. Исследование энергетических параметров плазменно-индукционной печи // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1987. - №4. - С. 75-79.
Шейко И.В., Латаш Ю.В., Яворский Ю.Д. и др. Исследование энергетических характеристик системы индуктор-кристаллизатор-садка установок индукционного переплава в секционном кристаллизаторе // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1988. - №2. - С. 62-66.
Латаш Ю.В., Шахрай В.И., Шейко И.В. и др. Перспективы переработки медных сплавов в плазменно-индукционных печах // Цветные металлы. - 1988. - №2. - С.
Шахрай В.И., Латаш Ю.В., Шейко И.В. и др. Технологические особенности плазменно-индукционной плавки медных сплавов из вторичного сырья // Спец. электрометаллургия. - 1987. - №63. - С. 89-95.
Шейко И.В., Шахрай В.И., Степаненко В.В. и др. Качество изделий из медных сплавов плазменно-индукционной плавки // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1988. - №3. - С. 57-61.
Шейко И.В., Шахрай В.И., Латаш Ю.В. и др. Исследование поведения кислорода и водорода в меди при плазменной плавке // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1988. - №4. - С. 69-72.
Шейко И.В., Шахрай В.И., Латаш Ю.В. и др. Исследование поведения кислорода и водорода в медных сплавах при плазменно-дуговой плавке // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1989. - №3. - С. 76-78.
Шейко И.В., Высоцкий Г.А., Латаш Ю.В. и др. Некоторые особенности индукционной плавки в секционном кристаллизаторе. Часть I // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1989. - №4. - С. 99-104.
Шейко И.В., Высоцкий Г.А., Латаш Ю.В. и др. Некоторые особенности индукционной плавки в секционном кристаллизаторе. Часть II // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1990. - №1. - С. 93-98.
Шейко И.В., Тимофеев Н.И., Дмитриев В.А. и др. О применении индукционного переплава в секционном кристаллизаторе для утилизации отходов платиновых сплавов // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1990. - №2. - С. 96-99.
Шейко И.В., Высоцкий Г.А., Латаш Ю.В. и др. Некоторые особенности теплообмена при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1990. - №3. - С. 93-98.
Латаш Ю.В., Шейко И.В., Константинов В.С. плавка высокореакционных, благородных и редкоземельных металлов и сплавов в плазменных и индукционных установках с холодным тиглем-кристаллизатором // Проблемы сварки и специальной электрометаллургии. - Киев. Наукова думка. - 1990. - С. 281-285.
Шейко И.В., Молдавский О.Д., Клевцов А.А. и др. Особенности использования трехфазного плазменно-дугового устройства при выплавке сплавов цветных металлов в индукционной тигельной печи // Прогрессивные процессы плавки и литья цветных металлов. - М. Металлургия. - 1990. - С. 112-114.
Шейко И.В., Латаш Ю.В., Высоцкий Г.А. и др. Дистилляционное рафинирование чернового иттрия при индукционном переплаве в секционном кристаллизаторе (ИПСК) // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1991. - №3. - С. 109-112.
Шейко И.В., Латаш Ю.В., Высоцкий Г.А. и др. Рафинирующий переплав отходов ванадийсодержащей лигатуры // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1992. - №3. - С. 80-83.
Шейко И.В., Стапаненко В.В., Латаш Ю.В. и др. Индукционная установка ОП-151 с секционным кристаллизатором для рафинирующего переплава редкоземельных металлов // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1992. - №4. - С. 88-93.
Шейко И.В., Стапаненко В.В., Латаш Ю.В. и др. Индукционный переплав отходов гранулированных порошков титановых сплавов в секционном кристаллизаторе // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1992. - №4. - С. 83-87.
Патон Б.Е., Латаш Ю.В., Шейко И.В. и др. Получение быстрозакаленных металлических материалов с применением индукционной плавки в секционном кристаллизаторе // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1993. - №2. - С. 50-55.
Шейко И.В., Константинов В.С., Латаш Ю.В., Стапаненко В.В. Индукционный переплав отходов титана и его сплавов в секционном кристаллизаторе // Металл и литье Украины. - 1994. - №6. - С. 3-6.
Шейко И.В., Латаш Ю.В., Стапаненко В.В. Некоторые особенности создания плазменно-дуговых нагревателей для индукционных плавильных печей. Открытые индукционные печи // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1996. - №2. - С. 26-30.
Шейко И.В., Латаш Ю.В., Стапаненко В.В. Некоторые особенности создания плазменно-дуговых нагревателей для индукционных плавильных печей. Вакуумно-индукционные печи // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1996. - №3. - С. 37-42.
Жадкевич М.Л., Латаш Ю.В., Константинов В.С., Шейко И.В. и др. К вопросу о возможности переплава губчатого титана с повышенным содержанием техногенных примесей. Сообщение 1 // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1997. - №1. - С. 55-60.
Жадкевич М.Л., Латаш Ю.В., Константинов В.С., Шейко И.В. и др. К вопросу о возможности переплава губчатого титана с повышенным содержанием техногенных примесей. Сообщение 2 // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1998. - №3. - С. 43-45.
Шейко И.В., Латаш Ю.В. Некоторые особенности конструирования секционных кристаллизаторов для индукционной выплавки слитков // Проблемы спец. электрометаллургии. - 1999. - №1. - С. 38-44.
Григоренко Г.М., Шейко И.В., Помарин Ю.М. и др. Разработка технологических принципов выплавки гомогенных слитков амонида титана в охлаждаемых кристаллизаторах и апробация технологии на лабораторном оборудовании с применением плазменного и индукционного источников нагрева // Проблемы спец. электрометаллургии. - 2001. - №1. - С. 32-37.
Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Лапшин В.И., Шейко И.В. и др. Украина освоила производство изделий промышленного назначения излома платины и ее сплавов (Утилизация и рафинирование лома) // Проблемы спец. электрометаллургии. - 2001. -
№2. - С. 38-43.
Шейко И.В. О выведении усадочной раковины в слитках при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе // Проблемы спец. электрометаллургии. - 2002. - №2. - С. 39-42.
А.с. 707336 СССР, МКИ С21с 5/56. Способ плавки металлов и сплавов / Латаш Ю.В., Григоренко Г.М., Каниболоцкий С.А., Шейко И.В., Коржов М.П. (СССР). -