Разработка математических моделей и алгоритмов и их применение для исследования и усовершенствования процессов вакуумного дугового переплава

• Автор: Ташкинов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 179 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА ВАКУУМНОГО ДУГОВОГО ПЕРЕПЛАВА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Особенности технологии производства слитков и конструкции вакуумных дуговых печей
1.2. Условия формирования поверхностного слоя слитков и возможные способы улучшения проплавления его боковой поверхности.

1.3. Особенности дугового разряда при вакуумном дуговом переплаве

1.4. Цели и задачи исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В ВАКУУМНЫХ ДУГОВЫХ ПЕЧАХ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ
2.1 Общие подходы к составлению моделей процессов и методики промышленных экспериментов.

2.2 Оценка катодных пятен и их влияние на движение разряда в вакууме .

2.3 Математическая регрессионная модель падения напряжения на дуге и

частоты капельных замыканий
2.3.1 Падение напряжения на дуге.
2.3.2 Частота капельных замыканий
2.4 Математическая регрессионная модель ионизации
2.5 Тепловая математическая модель наплавляемого слитка
2.6 Разработка математических методов и алгоритмов определения включений
повышенной плотности в титановых пластинах.
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫМ ДУГОВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ
3Л. Использование фильтра Калмана для оптимальной оценки межэлектродного промежутка
3.2. Использование разработанных алгоритмов и моделей для контроля и управления вакуумного дугового переплава
3.3. Разработка программного обеспечения определения включений повышенной плотности в титановых пластинах
4.РЕКОМЕНДАЦИИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ОПРОБИРОВАНИЯ
4.1. Реализация рекомендаций по модернизации вакуумной дуговой печи.
4.2. Рекомендации по применению математических моделей на работающем агрегате
4.3. Структура комплекса технических средств КТС системы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Требования, предъявляемые к технологии выплавки слитков титановых сплавов и жаропрочных сплавов стали, являются общими для производства высококачественного металла: чистота металла от внутренних включений тугоплавких металлических и оксидных или нитридных частиц, однородность химического состава и экономичность процесса. Однако, эти требования имеют свою особенность при производстве металла вакуумным дуговым способом, в частности при изготовлении прессованных электродов из шихты, в состав которой входят титановая губка, легирующие добавки и оборотные отходы. Основным способом приготовления расходуемых электродов является полунепрерывное прессование через конусную проходную матрицу. Получение электродов осуществляется с использованием горизонтальных и вертикальных гидравлических прессов, способных создавать удельные давления в пределах 0-0 МПа. Получение слитков легированных сплавов осуществляется, в основном, в два переплава. Рис. Вакуумная дуговая печь с глухим кристаллизатором: 1-Энкодер; 2,7,-Термометр сопротивления медный; 3,8- Реле потока импульсная; 4- Задвижка ДУ-; 5,9,- Электроконтактный манометр; 6-Вакуумная лампа; -Насос АКР? Задвижка ДУ-0; - Двухроторный вакуумный насос; -Водокольцевой насос; -Пневмореле; -Задвижка ДУ-0; -Датчик расхода воды; - Обратный клапан. Рис. Кристаллизатор ВДП: 1-Медная труба-изложница; 2-Рубашка водяного охлаждения; 3-Соленоид; 4-Нижний водораспределительный коллектор; 5-Нажимной фланец; 6-Верхний водораспределительный коллектор; 7-Труба с фланцем. Обеспечить удовлетворительное качество проплава поверхностных слоев слитка, исключить появление внутренних включений в металле. При втором переплаве (масса слитка 8- тонн), получение слитков осуществляется из одного или двух слитков первого переплава, сваренных между собой. Сварка осуществляется аргоно-дуговым методом с расходуемым электродом (титановой проволокой) на специализированной установке либо только в печи. Затем в печи (в вакууме) производят приварку к огарку. В связи с этим, кроме общепринятых требований к структуре и однородности химического состава металла в слитке, накладываются еще и специфические: в частности, в процессе плавления необходима плоская форма торца расходуемого электрода. Сварка производится только для сплавов Вт1-0 слитков 8- тонн, а для суперсплавов и «двигательных» сплавов сварка запрещена. После второго переплава слитки перед пластической деформацией подвергаются обработке. У титановых слитков поверхностные дефекты (типа неслитин, раковин, наплывов, непроплавов и т. Это связано с интенсивным газонасыщением поверхности слитков при нагреве. Поэтому целый парк обдирочных станков является непременным атрибутом любого крупномасштабного производства слитков. Обработка боковой поверхности слитка, вызванная неудовлетворительным качеством его периферийных зон, - операция малопроизводительная, трудоемкая, связанная с большими потерями металла от 5% до % и значительными капитальными затратами. Одним из путей оптимизации технологического процесса является совершенствование технологии плавления, позволяющее получить слитки с высоким качеством проплава поверхностных слоев, признаком которого является плотная блестящая поверхность с выявляемой макроструктурой (видны границы зерен на боковой поверхности, отдельные раковины глубиной не более 3 мм с плотным донышком). Фотография слитка представлена на рис. Если на поверхности слитка имеются участки с матовой коркой, под которой скрываются заливы и складки, то, при незначительной площади таких участков, производиться их абразивная зачистка. Если зоны с матовой коркой занимают значительную часть площади боковой поверхности, то такие слитки подвергаются плазменному оплавлению. Если поверхностный слой состоит из толстой корки затвердевших брызг расплава, то такие слитки подвергаются сплошной обточке, обдирке на специализированных станках. Фотография обточенного слитка представлена на рис 1. Рис. Слитки второго переплава, обточенный (справа) и не требующий обработки поверхности (слева).