Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес»
Обобщен 10-летний опыт международной компании «АНТАРЕС» по созданию и развитию промышленного металлургического производства титана. Рассмотрены некоторые технические и технологические аспекты организации производства слитков (прямоугольной формы) и слябов на основе технологии электронно-лучевой плав...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96066 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» / А.Я. Дереча, О.Е. Собко-Нестерук, С.А. Сухин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 1 (98). — С. 15-19. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859632057373687808 |
|---|---|
| author | Дереча, А.Я. Собко-Нестерук, О.Е. Сухин, С.А. |
| author_facet | Дереча, А.Я. Собко-Нестерук, О.Е. Сухин, С.А. |
| citation_txt | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» / А.Я. Дереча, О.Е. Собко-Нестерук, С.А. Сухин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 1 (98). — С. 15-19. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Обобщен 10-летний опыт международной компании «АНТАРЕС» по созданию и развитию промышленного металлургического производства титана. Рассмотрены некоторые технические и технологические аспекты организации производства слитков (прямоугольной формы) и слябов на основе технологии электронно-лучевой плавки. Приведены физические параметры изготовляемых слитков и слябов, их качественные характеристики.
The 10-year experience of the International Company «Antares» on the establishment and development of metallurgical production of titanium is generalized.Some technical and technological aspects of organizing the production of ingots and slabs (ingots of a rectangular shape) on the basis of technology of electron beam melting are considered. Physical parameters of produced ingots and slabs, their quality characteristics are given.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:11:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.826
ПРОИЗВОДСТВО ТИТАНОВЫХ СЛИТКОВ И СЛЯБОВ
СПОСОБОМ ЭЛП НА УСТАНОВКАХ,
РАЗРАБОТАННЫХ В МК «АНТАРЕС»
А. Я. Дереча, О. Е. Собко-Нестерук, С. А. Сухин
Обобщен 10-летний опыт международной компании «АНТАРЕС» по созданию и развитию промышленного метал-
лургического производства титана. Рассмотрены некоторые технические и технологические аспекты организации
производства слитков (прямоугольной формы) и слябов на основе технологии электронно-лучевой плавки. Приве-
дены физические параметры изготовляемых слитков и слябов, их качественные характеристики.
The 10-year experience of the International Company «Antares» on the establishment and development of metallurgical
production of titanium is generalized.Some technical and technological aspects of organizing the production of ingots
and slabs (ingots of a rectangular shape) on the basis of technology of electron beam melting are considered. Physical
parameters of produced ingots and slabs, their quality characteristics are given.
Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевая плавка; уста-
новка; титан; слитки; слябы
Возрастающие требования к качеству титана со сто-
роны потребителей аэрокосмического комплекса, а
также стремление к удешевлению титановой про-
дукции коммерческого назначения стимулируют
развитие новых процессов производства слитков ти-
тана. Среди них важное место занимает электрон-
но-лучевая плавка (ЭЛП) как один из наиболее эф-
фективных способов переработки титанового скра-
па [1]. В некоторых случаях холодноподовая ЭЛП
титана в сочетании с вакуумно-дуговым переплавом
(ВДП) является неотъемлемым технологическим про-
цессом получения титана роторного качества [2].
Сегодня в применении холодноподовой техно-
логии ЭЛП заинтересованы ведущие производители
титана США, Китая, Японии и Западной Европы.
Построены мощные электронно-лучевые печи, спо-
собные плавить самые крупные титановые слитки и
слябы, перерабатывать титановую губку и скрап [3].
© А. Я. ДЕРЕЧА, О. Е. СОБКО-НЕСТЕРУК, С. А. СУХИН, 2010
Рис. 1. Схема технологических потоков получения слитков титана: 1 – контейнер с губкой; 2 – кантователь; 3 – вибропитатель;
4 – весы-дозатор; 5 – бункер-дозатор; 6 – барабан смесителя; 7 – тележка; 8 – смеситель; 9 – пресс брикетировочный; 10 –
контейнер с брикетами; 11 – кран мостовой; 12 – печь; 13 – гузозахватное устройство; 14 – радиально-сверлильный станок;
15 – кантователь; 16 – отбор проб; 17 – токарный станок; 18 – ленточнопильный станок; 19 – прибор УЗК; 20 – тележка
передаточная
15
В 1999 г. благодаря объединению финансово-ин-
вестиционных ресурсов в международной компании
«АНТАРЕС» и практического опыта коллектива
специалистов, длительное время работавших в об-
ласти электронно-лучевых технологий, принято ре-
шение об организации промышленного производ-
ства титана на основе ЭЛП. Разработан и реализован
проект металлургического производства с годовой
программой выпуска 5000 т слитков титана. Главная
цель проекта заключалась в создании экономичного
производства титана высокого качества и превра-
щении его в наиболее привлекательного в ценовом
выражении производителя слитков и слябов.
Практическую реализацию проекта выполняли
в несколько этапов в течение 2,5 лет. Закладка фун-
даментов для монтажа установок состоялась в 2000 г.
Первую очередь пускового комплекса производства
ввели в конце 2002 г. в следующем составе:
линия для подготовки шихтовых материалов;
две единицы установок ЭЛП;
оборудование для механической резки и обра-
ботки слитков;
заводская лаборатория для исследований и кон-
троля качества металла.
Разработанные технология и комплект оборудо-
вания, применяемые в производстве слитков (рис. 1),
позволяют использовать для переплава различное
титановое сырье (скрап или титан губчатый отдель-
но и их смесь в любых пропорциях), а при необхо-
димости вводить легирующие добавки.
Процесс подготовки шихты включает очистку,
сортировку, дозировку и шихтовку титанового
сырья, подлежащего переплаву. Линия подготовки
шихты содержит устройства автоматической дози-
ровки в составе двух ленточных питателей и элек-
тронных весов с выходом на интерфейс компьюте-
ра, что позволяет получать шихтовую смесь из нес-
кольких компонентов в необходимых пропорциях.
Для усреднения шихтовой смеси изготовлен коничес-
кий барабанный смеситель вместимостью 0,65 м3.
Готовую смесь из сыпучих компонентов шихты под-
вергают уплотнению в брикеты на гидропрессе усилием
6,3 МН. Каждый из двух брикетировочных прессов
может обеспечить изготовление 8 т брикетов из губча-
того титана или 4 т брикетов из стружки в смену.
Перед загрузкой в установку переплавляемые
шихтовые материалы помещают в обычные сталь-
ные контейнеры. Необходимое количество сырья
для получения крупнотоннажных слитков обеспе-
чивается кассетной загрузкой от двух до шести кон-
тейнеров. Вместимость контейнеров и их количес-
тво позволяют загрузить на плавку примерно 12 т
брикетированной губки, стружки или плавильного лома.
Основу производства (рис. 2) составляют две
промышленные электронно-лучевые установки
ВТ01. Специализированные установки нового по-
коления (рис. 3), предназначенные для плавки ти-
тана, спроектированы, изготовлены и введены в эк-
сплуатацию на протяжении короткого периода вре-
мени. Все оборудование для комплектации устано-
вок изготовлено в МК «АНТАРЕС» и на украин-
ских заводах по кооперации.
Техническая характеристика электронно-лучевой
установки ВТ01
Мощность ЭЛН, кВт............................................... 2800
Ускоряющее напряжение, кВ ...................................... 30
Количество электронных пушек, шт...............................7
Рабочий вакуум, Па .................................... 0,133… 1,330
Производительность вакуумной системы,
л/с..................................................................... 70000
Наибольшие размеры заготовки, м:
длина ................................................................. 4,0
диаметр .............................................................0,82
ширина/толщина ...................................... 0,86/0,60
Количество загрузочных устройств, шт. .........................2
Количество контейнеров на загрузку, шт. .................4… 6
Размер слитков, м:
диаметр ..................................... 0,82; 0,64; 0,40; 0,38
длина ................................................................. 4,0
ширина/толщина ...... 1,31/0,19; 1,31/0,26; 1,31/0,42
Габариты установки, м ....................................20 20 16
Рис. 2. Производственный цех ЭЛП МК «АНТАРЕС»
Рис. 3. Электронно-лучевая установка ВТ01
Рис. 4. Схема установки ВТ01: 1 – пушка ВТР; 2 – переплав-
ляемая заготовка; 3 – механизм подачи заготовки; 4 – водо-
охлаждаемый кристаллизатор; 5 – слиток; 6 – механизм вы-
тягивания; 7 – вакуумный затвор
16
Проектная мощность производства одной уста-
новки ВТ01 составляет 2500 т титановых слитков и
слябов в год.
Конструктивно электронно-лучевая установка
ВТ01 состоит из герметичной камеры диаметром 3 м,
к которой пристыкованы в верхней части семипушеч-
ный электронно-лучевой нагреватель (ЭЛН) на те-
лежке; в нижней – модуль технологической оснастки
и камера слитка с механизмом вытягивания на под-
вижной платформе; с двух сторон горизонтально рас-
положены две загрузочные камеры с механизмами
подачи и сменными контейнерами для шихты.
Для удобства обслуживания камеры в проме-
жутках между плавками, а также для выгрузки
крупнотоннажных слитков ЭЛН и камера слитка
разъезжаются относительно плавильной камеры.
Предусмотрена возможность быстрой замены тех-
нологического модуля, объединяющего в единый
блок кристаллизатор и медный холодный под, при
переходе на другой типоразмер слитков, а также
установка двух кристаллизаторов для параллельной
отливки двух слитков одновременно. Схема установ-
ки ВТ01 приведена на рис. 4.
Такая конструкция установки ВТ01 обеспечива-
ет хорошую функциональность, надежность и эко-
номичность работы, при этом до минимума сокра-
щается время непроизводительных простоев.
В процессе ЭЛП шихты, содержащей губчатый
титан, основные трудности возникают из-за разбрыз-
гивания металла и интенсивного газовыделения, на-
рушающих устойчивую работу электронных пушек.
Хорошей стабильностью в таких условиях плав-
ки отличаются электронно-лучевые пушки высоко-
вольтного тлеющего разряда (ВТР) [4]. Ряд мощ-
ных пушек ВТР (единичной мощностью 400 и 600 кВт)
созданы в МК «АНТАРЕС» при участии специа-
листов Киевского национального технического уни-
верситета Украины. Особенность разработанных
пушек ВТР состоит в том, что для их стабильной
работы не требуется высокий вакуум. Уровень ра-
бочего давления газов в таких пушках выше, чем
остаточного в объеме плавильной камеры установки
и находится в диапазоне 0,133…6,660 Па.
Применение мощных электронных пушек ВТР
в электронно-лучевых установках ВТ01 позволяет
получать крупнотоннажные слитки титана при вы-
соких скоростях плавления, сравнимых с ВДП в
промышленных условиях. Благодаря этому сущес-
твенно снижаются энергетические затраты, потери
металла из-за испарения, упрощается задача полу-
чения слитков титана и его сплавов требуемого пре-
цизионного состава.
Разработанные пушки ВТР отличаются просто-
той конструкции и обслуживания, изготовлены из
недефицитных материалов. Катод выполнен из
алюминия, срок наработки которого превышает
1000 ч.
Для реализации принятой технологической схе-
мы плавки установка ВТ01 содержит семь элект-
ронных пушек ВТР, размещенных на крышке ка-
меры группами по функциональному принципу: по
две на плавку каждой заготовки; одна – для под-
держания слива на холодном поду; две – для на-
грева металла в кристаллизаторе.
Каждая пушка имеет отдельный источник высо-
ковольтного питания мощностью 630 кВт, собран-
ный на тиристорных преобразователях. При такой
схеме питания колебательные процессы при разря-
дах в отдельных пушках (в промежутке катод—анод)
не влияют на стабильную работу других пушек.
Управление электронными лучами по нагревае-
мой поверхности выполнено от микропроцессора
Рис. 5. Изменение вакуума (1) и длины l слитка (2) в процессе
плавки
Рис. 6. Изменение тока электронного луча во время плавки
Рис. 7. Зависимость расхода N электроэнергии от подводимой
мощности Q; здесь и на рис. 8, 9: 1 – слиток диаметром 825 мм;
2 – прямоугольный слиток 190 1325 мм
Рис. 8. Зависимость выхода годного металла M от удельного
расхода Nуд электроэнергии
17
верхнего уровня и контроллеров с набором прог-
рамм нижнего уровня. Программное распределение
мощности и траектории электронных лучей создает
требуемую оптимальную конфигурацию зон нагре-
ва. Безопасный ход лучей ограничивается в преде-
лах оснастки.
Установка ВТ01 оснащена системой контроля и
записи параметров процесса плавки. Текущие пара-
метры от массива датчиков регистрируются компью-
тером с определенной периодичностью и выводятся
на печать в виде протокола плавки. На рис. 5, 6
представлены диаграммы записи изменения длины
слитка, вакуума и электрических режимов пушек
во время плавки.
Диаграмма вакуума показывает, что в началь-
ный период происходит повышение давления в ка-
мере, обусловленное выделением адсорбированных
газов с экранов и внутренних стенок камеры. При
выходе на стационарный режим вакуум восстанав-
ливается, стабилизируется работа электронных пу-
шек (рис. 6), скорость плавки постоянная.
Другим важным фактором, обеспечивающим
экономичный процесс получения слитков, является
холодноподовый переплав на встречной подаче
двух заготовок одновременно. Развитая поверх-
ность плавления каждой заготовки создает условие
для взаимного их «экранирования» и «аккумули-
рования» части лучистой энергии, а также продук-
тов разбрызгивания и испарения титана. При этом
уменьшаются энергетические затраты на выплавку
слитков и безвозвратные потери металла. Зависи-
мость энергетических и массовых показателей про-
цесса плавки губчатого титана при получении слитков
диаметром 825 мм и прямоугольных 190 1325 мм
приведена на рис. 7 и 8.
Так, при увеличении подводимой мощности
электронного нагрева на плавку и росте скорости
плавки происходит снижение расхода электроэ-
нергии на единицу продукции, а выход годного при
этом возрастает (рис. 9).
Химический состав слитков титана, полученных
из губки марок ТГ100—ТГ130, приведен в таблице.
По содержанию контролируемых элементов титан
соответствует маркам Grade1 и Grade2 ASTM B348.
Низкое содержание кислорода в слитках, полу-
ченных из губчатого титана, не всегда является оп-
равданным с точки зрения потребителя, прежде все-
го из-за механической прочности. В то же время
кислород при определенном содержании является
эффективным упрочнителем титана. Для повыше-
ния прочностных свойств титана коммерческой чис-
тоты разработана эффективная технология его ле-
гирования. Добавки непигментной двуокиси титана
TiO2 вводят на этапе подготовки брикетов из губки.
Результаты анализа кислорода в прямоугольном
слитке, легированном кислородом, приведены на
рис. 10. Содержание кислорода соответствует рас-
четному 0,13 мас. % при исходном содержании в
губке 0,038…0,042 мас. %. Распределение кисло-
рода по длине слитка практически равномерное.
Выполнен ряд заказов по изготовлению титановых
слитков массой 9 т с содержанием кислорода
0,22…0,24 %.
Рис. 10. Распределение кислорода в прямоугольном слитке
190 1325 мм, легированном TiO2: 1 – экспериментальное; 2 –
расчетное; 3 – в губчатом титане
Химический состав слитков, полученных из губчатого титана, мас. %
Размер слитка,
мм
Место отбора
пробы
Fe O N H C
Остаток (max)
Каждого Всего
∅830 Голова 0,05 0,04 0,011 0,0017 0,01 ≤0,1 ≤0,4
Дно 0,05 0,05 0,012 0,0018 0,01 ≤0,1 ≤0,4
∅640 Голова 0,05 0,05 0,011 0,0019 0,01 ≤0,1 ≤0,4
Дно 0,05 0,06 0,012 0,0019 0,01 ≤0,1 ≤0,4
190 1325 Голова 0,05 0,04 0,010 0,0015 0,01 ≤0,1 ≤0,4
Дно 0,05 0,05 0,011 0,0018 0,01 ≤0,1 ≤0,4
ASTM B 348-00 Не более 0,30 0,25 0,030 0,0100 0,10 0,1 0,4
Прим е ч а н и е . Титан – основа.
Рис. 9. Зависимость скорости v плавки от подводимой мощности
18
В состоянии поставки слитки и слябы имеют об-
работанную поверхность. Цилиндрические слитки
обтачивают на токарном станке 1А660, а прямоу-
гольные – фрезеруют на станке 6М616.
Механическую обработку поверхности произво-
дят твердосплавными инструментами без примене-
ния охлаждающей жидкости, что не приводит к заг-
рязнению образующейся стружки. Мелкие дефекты
удаляют абразивной зачисткой. По согласованию с
заказчиком, торцы слитков обрезают.
С целью снижения производственных затрат и
расхода металла для порезки применяют ленточно-
пильный станок производства фирмы «Everising»
(Тайвань), позволяющий производить высокопро-
изводительную резку слитков. Ширина реза 1,6 мм.
Максимальные возможности станка относительно
разрезаемой заготовки – 1300 1300 мм.
Образующиеся после механической обработки
титановые отходы в виде стружки и обрезей пов-
торно вовлекаются в переработку при выплавке
слитков. Перед использованием стружку измельча-
ют и брикетируют.
Обработанные слитки и слябы подвергают 100%-му
ультразвуковому контролю на наличие внутренних
дефектов.
Качество титановых слитков контролируют в за-
водской лаборатории путем проведения анализа хи-
мического состава металла на соответствие требова-
ниям заказчика и норм стандартов. Лаборатория
оснащена приборами для спектрального анализа
«Spectromax» фирмы «Spectra» (Германия) и ап-
паратурой для анализа содержания газов (кислоро-
да, азота, водорода) и углерода фирмы «Leсo»
(США).
С начала эксплуатации на установках переплав-
лено несколько тысяч тонн титанового сырья. При
этом профиль и сортамент полученных слитков сле-
дующий: цилиндрические диаметром 825 и 640 мм,
прямоугольные 190 1325; 250 1325; 420 1325 мм.
Внешний вид слитков приведен на рис. 11.
В планах развития МК «АНТАРЕС» выполня-
ется проект по изготовлению новой, более произво-
дительной установки для получения титановых
слитков и слябов массой до 14 т.
1. Состояние технологии производства слитков титановых
сплавов за рубежом / М. Н. Мусатов, А. Ш. Фридман,
В. А. Фролов и др. // Технология легких сплавов. –
1990. – № 8. – С. 60—75.
2. Froes F. H., Senkov O. N. Titanium today and tomor-
row // Electron-beam melting and refining state of the art,
1977. – P. 2—27.
3. Maximelt II – titanium hearth technologies for new elect-
ron-beam furnace / M. Ritchie, A. Mitchell, C. K. Rhee,
S. L. Cockeroft // Melting and Refining State of the art,
1997. – P. 252—261.
4. Электронно-лучевая плавка титановой губки с примене-
нием пушек высоковольтного тлеющего разряда /
А. Л. Тихоновский, Н. К. Лашук, А. А. Тур и др. //
Пробл. специальной электрометаллургии. – 1993. –
№ 1. – С. 70—73.
МК «АНТАРЕС», Киев
Поступила 16.02.2010
Рис. 11. Внешний вид слитков, произведенных на МК «АНТАРЕС»: а – прямоугольного сечения 190 1325 мм; б – круглого
сечения диаметром 825 мм
19
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96066 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:11:53Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дереча, А.Я. Собко-Нестерук, О.Е. Сухин, С.А. 2016-03-10T18:52:12Z 2016-03-10T18:52:12Z 2010 Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» / А.Я. Дереча, О.Е. Собко-Нестерук, С.А. Сухин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 1 (98). — С. 15-19. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96066 669.187.826 Обобщен 10-летний опыт международной компании «АНТАРЕС» по созданию и развитию промышленного металлургического производства титана. Рассмотрены некоторые технические и технологические аспекты организации производства слитков (прямоугольной формы) и слябов на основе технологии электронно-лучевой плавки. Приведены физические параметры изготовляемых слитков и слябов, их качественные характеристики. The 10-year experience of the International Company «Antares» on the establishment and development of metallurgical production of titanium is generalized.Some technical and technological aspects of organizing the production of ingots and slabs (ingots of a rectangular shape) on the basis of technology of electron beam melting are considered. Physical parameters of produced ingots and slabs, their quality characteristics are given. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» Production of titanium ingots and slabs by EBM method in units designed at IC «Antares» Article published earlier |
| spellingShingle | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» Дереча, А.Я. Собко-Нестерук, О.Е. Сухин, С.А. Электронно-лучевые процессы |
| title | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» |
| title_alt | Production of titanium ingots and slabs by EBM method in units designed at IC «Antares» |
| title_full | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» |
| title_fullStr | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» |
| title_full_unstemmed | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» |
| title_short | Производство титановых слитков и слябов способом ЭЛП на установках, разработанных в МК «Антарес» |
| title_sort | производство титановых слитков и слябов способом элп на установках, разработанных в мк «антарес» |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96066 |
| work_keys_str_mv | AT derečaaâ proizvodstvotitanovyhslitkovislâbovsposobomélpnaustanovkahrazrabotannyhvmkantares AT sobkonesterukoe proizvodstvotitanovyhslitkovislâbovsposobomélpnaustanovkahrazrabotannyhvmkantares AT suhinsa proizvodstvotitanovyhslitkovislâbovsposobomélpnaustanovkahrazrabotannyhvmkantares AT derečaaâ productionoftitaniumingotsandslabsbyebmmethodinunitsdesignedaticantares AT sobkonesterukoe productionoftitaniumingotsandslabsbyebmmethodinunitsdesignedaticantares AT suhinsa productionoftitaniumingotsandslabsbyebmmethodinunitsdesignedaticantares |