Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1
Проведен анализ схемы электронно-лучевого нагрева при плавке тугоплавких металлов с промежуточной емкостью в установке МВ-1. Определен оптимальный режим действия перекрывающихся лучей с компенсацией перегрева. Схема применена для плавки слитков молибдена с требуемым химическим составом и качественно...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96165 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 / В.О. Мушегян, А.А. Тарасюк // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 16-19. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859594252148801536 |
|---|---|
| author | Мушегян, В.О. Тарасюк, А.А. |
| author_facet | Мушегян, В.О. Тарасюк, А.А. |
| citation_txt | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 / В.О. Мушегян, А.А. Тарасюк // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 16-19. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Проведен анализ схемы электронно-лучевого нагрева при плавке тугоплавких металлов с промежуточной емкостью в установке МВ-1. Определен оптимальный режим действия перекрывающихся лучей с компенсацией перегрева. Схема применена для плавки слитков молибдена с требуемым химическим составом и качественной поверхностью.
Analysis is made of scheme of electron beam heating in melting of refractory metals with a cold hearth in the installation MV-1. Optimum condition of action of overlapping beams with a compensation of overheating is determined. The scheme was used for melting of molybdenum ingots with required chemical composition and quality surface.
|
| first_indexed | 2025-11-27T19:52:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.526:51.001.57
ФОРМИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО НАГРЕВА
ПРИ ПЛАВКЕ МОЛИБДЕНА
В УСТАНОВКЕ МВ-1
В. О. Мушегян, А. А. Тарасюк
Проведен анализ схемы электронно-лучевого нагрева при плавке тугоплавких металлов с промежуточной емкостью
в установке МВ-1. Определен оптимальный режим действия перекрывающихся лучей с компенсацией перегрева.
Схема применена для плавки слитков молибдена с требуемым химическим составом и качественной поверхностью.
Analysis is made of scheme of electron beam heating in melting of refractory metals with a cold hearth in the installation
MV-1. Optimum condition of action of overlapping beams with a compensation of overheating is determined. The scheme
was used for melting of molybdenum ingots with required chemical composition and quality surface.
Ключ е вы е с л о в а : молибден; слиток; электронно-лу-
чевой переплав; электронная пушка; нагрев; кристаллизация
Электронно-лучевая плавка (ЭЛП) наряду с ваку-
умно-дуговым переплавом (ВДП) является класси-
ческим способом рафинирования расплава и полу-
чения слитков тугоплавких металлов [1, 2]. Благо-
даря высокой концентрации энергии, гибкости и пре-
цизионности управления электронный луч способен
плавить и перегревать металлы с самыми высокими
тугоплавкими свойствами, в том числе молибден, тем-
пература плавления которого составляет 2617 °С.
В отличие от ВДП, для которого существенно
ограничен выбор переплавляемого материала как
по размерам, так и по чистоте от примесей, при
ЭЛП происходит максимальная очистка от вредных
примесей и газов даже самого загрязненного металла,
практически отсутствуют ограничения по подготовке и
характеру исходного переплавляемого сырья [3].
ЭЛП молибдена традиционно производят непо-
средственно в кристаллизатор при вертикальной
или горизонтальной подаче прутковой заготовки,
чаще в виде спрессованных, а затем спеченных
«штабиков» [4].
Для достижения высокой степени чистоты ме-
талла от примесей иногда применяют двойной ка-
пельный переплав молибдена в кристаллизатор.
Электронно-лучевая плавка с промежуточной ем-
костью (ЭЛПЕ) предоставляет еще большие воз-
можности при плавке низкосортной молибденовой
шихты: благодаря независимости процессов плавле-
ния и кристаллизации элементы шихты не нужно со-
единять между собой, а эффективность рафинирова-
ния металла от примесей повышается за счет допол-
нительной выдержки в промежуточной емкости [5].
Вместе с тем для эффективного управления про-
цессом ЭЛПЕ требуется тщательный контроль за
распределением мощности электронных лучей по
всем элементам технологической оснастки – зоне
плавления шихты в устройстве подачи, промежу-
точной емкости и кристаллизаторе. Для этого при-
меняют способы сканирования и развертки элект-
ронных лучей различной конфигурации.
На заводе ОАО «Чистое железо», г. Ереван,
Армения, восстановленный из концентрата молиб-
ден в виде спеченных брикетов (ТУ РА28-54-529-
61-661—2007) переплавляют в электронно-лучевой
© В. О. МУШЕГЯН, А. А. ТАРАСЮК, 2010
Рис.1. Электронно-лучевая установка МВ-1 (пульт управления
и четыре электронные пушки)
16
установке МВ-1, созданной в НТЦ «Патон-Арме-
ния» ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины (рис. 1),
в слитки диаметром от 70 до 130 мм [6].
В указанной установке впервые применена тех-
нология плавки молибдена с использованием про-
межуточной емкости и электронных пушек тлеюще-
го разряда [7]. Это вызвано необходимостью в мак-
симальной очистке нетрадиционной исходной ших-
ты – спеченных брикетов молибдена диаметром
50 мм, длиной 50…100 мм, чистотой 98,5 %.
Процесс переплава молибдена в установке МВ-1
можно условно разделить на несколько стадий:
предварительный нагрев брикетов с целью выделе-
ния газов, плавление брикетов в промежуточную
емкость и поддержание в ней металла в расплав-
ленном состоянии; перелив металла в кристаллиза-
тор и нагрев поверхности металла в кристаллиза-
торе для формирования качественного слитка.
С учетом тугоплавкости молибдена для реали-
зации заданных параметров производительности
плавки и эффективности очистки металла от при-
месей установка содержит четыре электронно-луче-
вые пушки мощностью по 100 кВт каждая, которые
функционально обеспечивают указанные выше
стадии нагрева в динамическом режиме. Схема на-
Рис. 2. Схема нагрева следующих рабочих зон: I – нагрев брикетов
молибдена; II – плавление в промежуточной емкости; III –
поддержание жидкой ванны в промежуточной емкости; IV –
поддержание слива в кристаллизатор; V, VI – нагрев молиб-
дена в кристаллизаторе; VII – нагрев барьера при сливе и
чистке носика; 1 – ЭЛП1, ЭЛП2; 2 – ЭЛП3; 3 – ЭЛП4
Рис. 3. Блок-схема описания алгоритма работы устройства ARME 01
Рис. 4. Перекрытие зон действия электронных лучей: 1 – элек-
тронно-лучевые пушки; 2 – заготовка (ширина 0,8 м); 3 –
зона совместного нагрева; 4 – промежуточная емкость
17
грева металла при ЭЛПЕ молибдена в установке
МВ-1 приведена на рис. 2.
Для каждой пушки или групп пушек имеется
набор необходимых программ, реализуемых в виде
разверток электронных лучей в пределах заданных
параметров с использованием модулирования рас-
пределения мощности в соответствии с выбранным
технологическим режимом плавки.
Для выбора и программирования технологичес-
ких режимов управления нагревом применяют блок
управления пушками ARME 01, обеспечивающий
следующие режимы работы управления четырехка-
нальными устройствами: точка – формирование фо-
кусировки лучей в точке; кольцо – в четвертом ка-
нале образуется кольцеобразная развертка луча;
нагрев емкости – в третьем канале формируется
развертка для покрытия прямоугольной площадки;
нагрев кристаллизатора – в четвертом канале пос-
ледовательно образуются кольца различного диа-
метра для покрытия, соответствующего развертке
заполненного круга; частота – выбирается необхо-
димая частота повторения развертки (диапазон час-
тот регулируется формированием развертки от 1 до
200 Гц); распределение мощности – перераспреде-
ление мощности между двумя видами развертки (рас-
пределение мощности между развертками выбирают
в соотношении 25:75, 50:50, 0:100 и т. п.); сброс –
переход программы контроллера в первоначальное
состояние; центр – установка развертки в центре.
Блок-схема устройства ARME 01 приведена на
рис. 3.
Функционально пушки 1 обеспечивают нагрев
переплавляемых брикетов (зона I) и плавление их
в промежуточную емкость (зона II). В зоне I пос-
тепенно осуществляется прогрев и дегазация бри-
кетов с последующим плавлением в зоне II, благо-
даря чему увеличивается производительность плавки,
снижаются потери на разбрызгивание и испарение.
Пушка 2 обеспечивает нагрев металла в проме-
жуточной емкости (зона III) и периодический слив
расплава из промежуточной емкости в кристалли-
затор путем расплавления гарнисажного барьера в
зоне IV. Пушка 3 последовательно работает в зонах
V—VII, обеспечивая нагрев металла в кристаллиза-
торе, формирование качественной поверхности
слитка и чистку носика промежуточной емкости.
В ходе экспериментальных плавок в установке
МВ-1 решали проблему перегрева металла в зонах
I и II. Для плавления исходной шихты пушками 1
Рис. 5. Изменение мощности Q электронных пушек в зависи-
мости от расстояния l до оси заготовки
Рис. 6. Перераспределение мощности луча в его развертке путем изменения количества проходов сегмента (а) и точек (б) в сегменте
18
предназначена зона совместного нагрева, располо-
женная на торце заготовок (рис. 4). В этой зоне
будет фиксироваться перегрев металла, а также
более интенсивное плавление и испарение.
Для устранения перегрева следует программи-
ровать развертку электронных лучей по определен-
ному закону. Устранение совместного перегрева за-
готовки происходит за счет перераспределения
мощности электронного луча от 100 до 0 % при
прохождении зоны совместного нагрева (рис. 5).
Для реализации взаимной компенсации лучей 1
и 2 электронных пушек применяли два варианта
перераспределения мощности (рис. 6): изменение
количества проходов каждого сегмента развертки и
варьирование количества точек (времени пребыва-
ния луча) в каждом сегменте. Использовали оба
варианта. Они дали положительный результат –
равномерный нагрев сечения заготовки и промежу-
точной емкости в зоне действия первого и второго
лучей. Для выяснения предпочтительности одного из
вариантов потребуются дополнительные исследования.
Благодаря используемым оборудованию управ-
ления электронными пушками установки МВ-1 и
технологической схеме зонного нагрева металла при
плавке молибдена получены слитки диаметром до
130 мм, отличающиеся качественной поверхностью
без значительных гофр и трещин.
Химическая чистота указанных слитков по ис-
следованным элементам соответствует требованиям
марки молибдена МЧ (молибден чистый, 99,96 %
мас.), применяющейся для изделий ответственного
назначения [6]. При этом содержание примесей
уменьшилось более чем в 3 раза, а газов – в
10…100 раз.
Выводы
1. Разработаны оборудование и технологическая
схема для эффективного управления электронно-
лучевым нагревом при плавке тугоплавких метал-
лов с промежуточной емкостью.
2. Решена проблема неравномерности нагрева
металла за счет перекрытия лучей.
3. Показано, что схема успешно применяется
при плавке слитков молибдена в электронно-луче-
вой установке МВ-1 и позволяет получать качест-
венные слитки требуемого химического состава.
4. Данная схема в дальнейшем будет использо-
вана в более мощных многопушечных плавильных
установках и комбинированных аппаратах для
плавки и испарения в вакууме.
1. Заборонок Г. Ф., Зеленцов Т. И., Ронжин А. С. Элект-
ронная плавка металлов. – М. Металлургия, 1965. –
292 с.
2. Мовчан Б. А., Тихоновский А. Л., Курапов Ю. А. Элект-
ронно-лучевая плавка и рафинирование металлов и спла-
вов. – Киев: Наук. думка, 1972. – 240 с.
3. Электронно-лучевая плавка / Б. Е. Патон, Н. П. Три-
губ, Д. А. Козлитин и др. – Киев: Наук. думка, 1997. –
265 с.
4. Зеликман А. Н., Коршунов Б. Г. Металлургия редких ме-
таллов. – М.: Металлургия, 1991. – 432 с.
5. Электронно-лучевая плавка титана / Б. Е. Патон, Н. П.
Тригуб, С. В. Ахонин, Г. В. Жук. – Киев: Наук. думка,
2006. – 248 с.
6. Мушегян В. О. Электронно-лучевая плавка восстановлен-
ного концентрата молибдена // Современ. электрометал-
лургия. – 2009. – № 4. – С. 26—28.
7. Удрис Я. Я., Чернов В. А. Мощные электронные пушки
высоковольтного тлеющего разряда (ВТР) // Proc. II In-
tern. conf. on electron beam technologies (Varna, Bulgaria,
1988). – Varna, 1988. – P. 254.
НТЦ «Патон—Армения»
ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Киевский техн. ун-т «КПИ»
Поступила 18.10.2010
19
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96165 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T19:52:57Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мушегян, В.О. Тарасюк, А.А. 2016-03-12T09:05:29Z 2016-03-12T09:05:29Z 2010 Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 / В.О. Мушегян, А.А. Тарасюк // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 16-19. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96165 669.187.526:51.001.57 Проведен анализ схемы электронно-лучевого нагрева при плавке тугоплавких металлов с промежуточной емкостью в установке МВ-1. Определен оптимальный режим действия перекрывающихся лучей с компенсацией перегрева. Схема применена для плавки слитков молибдена с требуемым химическим составом и качественной поверхностью. Analysis is made of scheme of electron beam heating in melting of refractory metals with a cold hearth in the installation MV-1. Optimum condition of action of overlapping beams with a compensation of overheating is determined. The scheme was used for melting of molybdenum ingots with required chemical composition and quality surface. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 The determination of the optimum conditions of electron beam heating in melting of molybdenum in MV-1 equipment Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 Мушегян, В.О. Тарасюк, А.А. Электронно-лучевые процессы |
| title | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 |
| title_alt | The determination of the optimum conditions of electron beam heating in melting of molybdenum in MV-1 equipment |
| title_full | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 |
| title_fullStr | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 |
| title_full_unstemmed | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 |
| title_short | Формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке МВ-1 |
| title_sort | формирование оптимальных режимов электронно-лучевого нагрева при плавке молибдена в установке мв-1 |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96165 |
| work_keys_str_mv | AT mušegânvo formirovanieoptimalʹnyhrežimovélektronnolučevogonagrevapriplavkemolibdenavustanovkemv1 AT tarasûkaa formirovanieoptimalʹnyhrežimovélektronnolučevogonagrevapriplavkemolibdenavustanovkemv1 AT mušegânvo thedeterminationoftheoptimumconditionsofelectronbeamheatinginmeltingofmolybdenuminmv1equipment AT tarasûkaa thedeterminationoftheoptimumconditionsofelectronbeamheatinginmeltingofmolybdenuminmv1equipment |