Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке
Исследованы особенности формирования кристаллической структуры полых слитков при ЭШП под воздействием внешнего магнитного поля. Показана возможность измельчения структуры слитка за счет гидродинамического воздействия на жидкометаллическую ванну, создаваемого внешним продольным магнитным полем. Pecul...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96280 |
| 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: | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке / И.В. Протоковилов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 3-5. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859731645084467200 |
|---|---|
| author | Протоковилов, И.В. |
| author_facet | Протоковилов, И.В. |
| citation_txt | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке / И.В. Протоковилов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 3-5. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Исследованы особенности формирования кристаллической структуры полых слитков при ЭШП под воздействием внешнего магнитного поля. Показана возможность измельчения структуры слитка за счет гидродинамического воздействия на жидкометаллическую ванну, создаваемого внешним продольным магнитным полем.
Peculiarities of formation of crystalline structure of hollow ingots in ESR under the effect of external magnetic field were investigated. The feasibility of refining the ingot structure due to hydrodynamic effect, generated by external magnetic field, on molten metal pool is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-01T13:52:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.56.001.3
ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
ПОЛЫХ ТИТАНОВЫХ СЛИТКОВ
ПРИ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМОЙ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ПЛАВКЕ*
И. В. Протоковилов
Исследованы особенности формирования кристаллической структуры полых слитков при ЭШП под воздействием
внешнего магнитного поля. Показана возможность измельчения структуры слитка за счет гидродинамического
воздействия на жидкометаллическую ванну, создаваемого внешним продольным магнитным полем.
Peculiarities of formation of crystalline structure of hollow ingots in ESR under the effect of external magnetic field
were investigated. The feasibility of refining the ingot structure due to hydrodynamic effect, generated by external
magnetic field, on molten metal pool is shown.
Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковый переплав; маг-
нитное поле; титан; полый слиток; макроструктура
В работах [1—3] показана возможность измельчения
кристаллической структуры и повышения химичес-
кой и физической однородности слитков титановых
сплавов в процессе магнитоуправляемой электро-
шлаковой плавки (МЭП). Указанные эффекты дос-
тигались в результате гидродинамического воздей-
ствия на жидкометаллическую ванну, создаваемого
током плавки и внешним магнитным полем.
Цель данной работы заключалась в исследо-
вании возможности измельчения в процессе МЭП
кристаллической структуры полых титановых слит-
ков, используемых в качестве заготовок для произ-
водства бесшовных холодно- и горячекатаных труб.
Грубая крупнозернистая структура заготовок,
свойственная литому металлу, значительно услож-
няет или делает невозможной их дальнейшую де-
формацию. Поэтому структурный фактор, наряду
с технико-экономическими показателями, является
важнейшей характеристикой, определяющей эф-
фективность производства полых трубных загото-
вок металлургическими способами.
Опытные плавки выполняли в камерной элект-
рошлаковой печи в аргоне (рис. 1). Расходуемый
электрод, сформированный из шести титановых
прутков диаметром 35 мм (рис. 2), переплавляли в
кристаллизаторе диаметром 160 мм под флюсом
АН-Т4. Диаметр внутреннего конического кристал-
лизатора составлял 40…50 мм.
*В работе принимали участие инженеры Д. А. Петров и А. М. Белов.
© И. В. ПРОТОКОВИЛОВ, 2011
Рис. 1. Схема МЭП полых слитков: 1 – камера печи; 2 –
расходуемый электрод; 3 – внешний кристаллизатор; 4 – элек-
тромагнитная система; 5 – внутренний кристаллизатор
3
Плавки осуществляли как без, так и с электро-
магнитным воздействием аксиальным (продоль-
ным) магнитным полем, созданным соленоидом, ох-
ватывающим кристаллизатор. Электромагнитное
воздействие производили отдельными импульсами
постоянного магнитного поля, чередующимися с па-
узами. Режимы плавок приведены в таблице.
Механизм гидродинамического воздействия при
выплавке полых слитков состоит во взаимодействии
аксиальной составляющей внешнего магнитного по-
ля Bz с радиальной составляющей тока плавки Ir в
металлургической ванне. В результате такого взаи-
модействия в токонесущем расплаве формируется
азимутальная электромагнитная сила Fe = IrxBz,
приводящая к вращению и вибрации ванны вокруг
оси симметрии (рис. 3 ). При этом эффективность
электромагнитного воздействия при выплавке по-
лых слитков увеличивается за счет использования
внутреннего токоведущего кристаллизатора, в ре-
зультате чего увеличивается радиальная составля-
ющая тока в металлургической ванне Ir, а соответ-
ственно, и уровень электромагнитной силы Fe.
Эксперименты с импульсным воздействием про-
дольного магнитного поля при выплавке полых
слитков показали, как и при МЭП цельных слитков
титановых сплавов [1], наличие закономерного яв-
ления, когда импульсное воздействие магнитного
поля вызывает периодическое изменение тока плав-
ки (рис. 4). Во время импульса магнитного поля
ток плавки снижается, а во время паузы – восста-
навливается до исходного значения. Такое сниже-
ние тока во время импульса магнитного поля выз-
вано прежде всего деформацией свободной повер-
хности шлаковой ванны под действием вращения
шлака и снижением глубины погружения расходу-
емых электродов в шлак. В этом случае при маг-
нитной индукции в зоне плавки до 0,28 Тл процесс
Режимы выплавки полых слитков
Диаметр полого слитка,
мм
U, В I, А
Параметры электромаг-
нитного воздействия
наружный внутренний В, Тл
tимп,
с
tп,
с
160 40…50 36 4500 — — —
160 40…50 36 5000 (1200) 0,20…0,28 1 10
Примечани е . В скобках указано минимальное значение тока
во время импульса магнитного поля; tимп – продолжительность
импульса электромагнитного воздействия; tп – продолжитель-
ность паузы между импульсами электромагнитного воздействия.
Рис. 2. Внешний вид расходуемого электрода после плавки
Рис. 3. Направление электромагнитной силы при МЭП полых
слитков: Bz – осевая составляющая индукции внешнего магнит-
ного поля; Ir – радиальная составляющая тока плавки; Fe –
электромагнитная сила
Рис. 4. Регистрограмма режимов плавки при импульсном элек-
тромагнитном воздействии
Рис. 5. Полый слиток сплава ВТ1
4
носил квазистационарный характер и не приводил
к заметному ухудшению стабильности электрошла-
кового переплава и качества формирования слитка.
Грубых дефектов на внутренней и наружной по-
верхностях слитков не выявлено (рис. 5).
Макроструктура слитков, выплавленных без и
с электромагнитным воздействием, приведена на
рис. 6. В обоих случаях структура металла плотная,
без пор, шлаковых включений и прочих дефектов.
Слитки, полученные без внешнего воздействия, ха-
рактеризуются наличием крупных столбчатых
кристаллов, ориентированных преимущественно
параллельно оси слитка (рис. 6, а). Продольный
размер кристаллов составляет 20…50 мм, попереч-
ный – 3… .7 мм.
При электромагнитном воздействии структура
металла более однородная и мелкозернистая, сос-
тоящая из вытянутых в направлении теплоотвода
кристаллов со средним размером 2 10 мм и равно-
осных кристаллов размером 2…4 мм (рис. 6, б).
Механизм измельчения структуры заключается
в разрушающем действии на растущие кристаллы
электромагнитной вибрации частотой 50 Гц, выз-
ванной взаимодействием постоянного магнитного
поля с переменным током плавки, а также гидро-
динамическими «ударами», происходящими в мо-
мент включения и выключения магнитного поля.
Следует отметить, что импульсное воздействие
магнитным полем вызывает циклические изменения
тока плавки и, соответственно, порционное тепло-
выделение в шлаковой ванне. В результате к гид-
родинамическим механизмам измельчения структу-
ры металла добавляются механизмы теплового воз-
действия на его кристаллизацию.
Таким образом, показана возможность измель-
чения кристаллической структуры полых титано-
вых слитков при МЭП путем импульсного элект-
ромагнитного воздействия на расплавы шлаковой и
металлической ванн продольным магнитным полем.
Гомогенизация и измельчение структуры металла
трубной заготовки позволят повысить стабильность
процесса ее термомеханической обработки и качест-
во изготовленной продукции.
1. Компан Я. Ю., Назарчук А. Т., Протоковилов И. В. К
вопросу интенсификации электромагнитного воздействия
при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке титано-
вых сплавов // Современ. электрометаллургия. – 2007. –
№ 4. – С. 3—7.
2. Протоковілов І. В. Магнітокерована електрошлакова
плавка багатокомпонентних титанових сплавів: Автореф.
дис. … канд. техн. наук / НАН України; Інститут елект-
розварювання ім. Є. О. Патона. – Київ, 2006. – 22 с.
3. Компан Я. Ю., Протоковилов И. В. Некоторые техноло-
гические аспекты магнитоуправляемой электрошлаковой
плавки (МЭП) титановых сплавов // Материалы меж-
дунар. науч.-техн. конф. «Специальная металлургия: вче-
ра, сегодня, завтра» (Киев, 8-9 октября 2002 г.) – Киев,
2002. – С. 256—262.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 22.09.2011
Рис. 6. Макроструктура полых титановых слитков, выполненных без (а) и с электромагнитным воздействием (б)
5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96280 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T13:52:43Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Протоковилов, И.В. 2016-03-13T19:21:59Z 2016-03-13T19:21:59Z 2011 Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке / И.В. Протоковилов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 3-5. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96280 669.187.56.001.3 Исследованы особенности формирования кристаллической структуры полых слитков при ЭШП под воздействием внешнего магнитного поля. Показана возможность измельчения структуры слитка за счет гидродинамического воздействия на жидкометаллическую ванну, создаваемого внешним продольным магнитным полем. Peculiarities of formation of crystalline structure of hollow ingots in ESR under the effect of external magnetic field were investigated. The feasibility of refining the ingot structure due to hydrodynamic effect, generated by external magnetic field, on molten metal pool is shown. В работе принимали участие инженеры Д. А. Петров и А. М. Белов. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке About feasibility of refining crystalline structure of hollow ingots of titanium alloys in magnetically-controlled electroslag melting Article published earlier |
| spellingShingle | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке Протоковилов, И.В. Электрошлаковая технология |
| title | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке |
| title_alt | About feasibility of refining crystalline structure of hollow ingots of titanium alloys in magnetically-controlled electroslag melting |
| title_full | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке |
| title_fullStr | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке |
| title_full_unstemmed | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке |
| title_short | Измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке |
| title_sort | измельчение кристаллической структуры полых титановых слитков при магнитоуправляемой электрошлаковой плавке |
| topic | Электрошлаковая технология |
| topic_facet | Электрошлаковая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96280 |
| work_keys_str_mv | AT protokoviloviv izmelʹčeniekristalličeskoistrukturypolyhtitanovyhslitkovprimagnitoupravlâemoiélektrošlakovoiplavke AT protokoviloviv aboutfeasibilityofrefiningcrystallinestructureofhollowingotsoftitaniumalloysinmagneticallycontrolledelectroslagmelting |