1. Виконано аналіз сучасного стану та узагальнено досвід промислового застосування індукційного нагрівання в різних галузях техніки. Показано, що індукційне джерело нагрівання має унікальний комплекс технологічних характеристик, що вигідно відрізняють його від інших джерел електронагріву. Проте, його можливості і переваги реалізуються в індукційних плавильних печах не повною мірою. Запропоновано нові технічні рішення які підвищують ефективність індукційної плавки - індукційний переплав у секційному кристалізаторі (ІПСК) і додатковий плазмовий нагрів за допомогою трифазної групи плазмотронів. 2. 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). Встановлено, що найбільш теплонавантаженим елементом плавильного модуля є секційний кристалізатор. В залежності від температури металевої ванни і висоти наплавленого зливка сумарні теплові втрати в секційному кристалізаторі складають не менше 60 %. 3. Встановлено, що особливістю плавлення витратних заготовок при ІПСК є надзвичайно розвинута поверхня плівки рідкого металу на її частині, що оплавляється. Це обумовлено неоднорідністю електромагнітного поля в плавильній зоні і характером виділення тепла на бічній поверхні заготовки. 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. 4. Вивчено особливості виплавки гомогенних зливків у кристалізаторах різних діаметрів із грудкової шихти при її порційній подачі і визначені оптимальні співвідношення між масою порції шихти обсягом металевої ванни і інтервалом подачі порцій. 5. Для процесу ІПСК характерним є відтиснення металевого розплаву від стінки кристалізатора в зоні, що обмежена висотою індуктора. Розроблено методики визначення конфігурації відтиснутої частини ванни і запропоновані критерії їхньої оцінки, що дозволяє проводити порівняння параметрів ванни при різних режимах процесу і діаметрах кристалізаторів. 6. 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. 7. В Інституті електрозварювання ім.Є.О.Патона НАН України розроблено декілька промислових плавильних установок із секційним кристалізатором діаметром від 80 мм до 400мм, у яких реалізовані два принципи формування (виплавки) зливків: із витягуванням у процесі плавки і наплавленням шляхом переміщення плавильної зони уздовж кристалізатора. Частина установок були виготовлені (ОП-117, ОП-151 і ОП-154) і впроваджені на підприємствах різних галузей промисловості для переплаву і рафінування різних металовідходів. 8. Розроблено дослідно-промислові технології переплаву металовідходів, які були впроваджені або пройшли дослідно-промислову перевірку і результати яких підтвердили їх високу техніко-економічну ефективність: - технологія переплаву відпрацьованих елементів ливарної оснастки з титанового сплаву ОТ4-2 на ПО “Київтрактородеталь” з річною продуктивністю 12-14 т; - технологія рафінуючого переплаву лігатури на основі ванадію на Ленінабадському комбінаті рідкісних металів (республіка Таджикистан) з річною продуктивністю до 50 т; - технологія виплавки зливків із відходів платини і сплавів на її основі (Єкатеринбургський завод ОКМ, Росія; Державне науково-виробниче підприємство «Рубін», м.Харків); - технологія рафінування чорнових рідкісноземельних металів (Киргизький гірничо-металургійний комбінат). 9. На базі ІПСК розроблений процес одержання швидкогартованих металевих матеріалів, у якому індукційна плавка в секційному кристалізаторі сполучена з диспергуванням металевого розплаву. Експериментальна перевірка цього методу показала, що він дозволяє одержувати платівки лускоподібної форми товщиною 15…50 мкм при швидкості кристалізації 1106…1107град/с. Зразки постійних магнітів, виготовлені з швидкогартованого магнітного сплаву системи Nd-Fe-B, за рівнем коэрцитивної сили більш ніж у два рази перевершують показники магнітів із цього ж сплаву, отриманого по традиційній технології (14,0 к проти 5,7 к). 10. Стосовно інтенсифікації плавки в індукційних тигельних печах в Інституті електрозварювання ім.Є.О.Патона НАН України створені і випробувані в роботі на промислових печах із ємністю тигля 1,0 т три типи плазмово-дугових трифазних устроїв (ПДТУ) змінного струму потужністю 300 кВт і 450кВт. Два з них (ПДТУ-300 і ПДТУ-450) призначені для інтенсифікації плавки у відкритих індукційних печах, а ПДТУ УП-124 для роботи на вакуумній-індукційній печі напівнепреривної дії. 11. Встановлено, що в однотонній індукційній печі оснащеної ПДТУ, можна переплавляти шихту на 100 % складену з низькосортних відходів (з’йоми), одержуючи метал, який по якості не поступається металу виплавленому з шихти високої якості (ПО «Запорожпроарматура»). При цьому час плавки скорочується майже вдвічі, а питомі витрати електроенергії знижуються в середньому на 20...25 %. 12. Додатковий плазмово-дуговий нагрів у вакуумній-індукційній печі, як показали результати промислового випробування ПДТУ УП-124 на заводі «Електросталь», дозволяє не тільки інтенсифікувати процес плавки, але і продовжити термін служби тиглів у середньому на 60…70 %, завдяки оплавленню, так званих «комірів», що утворюються в умовах вакууму на стінці тигля вище рівня металевої ванни. Основний 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. Патон Б.Е., Латаш Ю.В., Григоренко Г.М., Шейко И.В. Индукционный переплав в секционном охлаждаемом кристаллизаторе (ИПСК) // Спец. электрометаллургия. – 1981. – № 43. – С. 110–119. 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 из лома 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). – № 2679088/22-02; Заявлено 30.10.78; Выдано 07.09.79. А.с. 799438 СССР, МКИ С21с 5/56. Плазменно-дуговое трехфазное устройство для плавки металла / Патон Б.Е., Латаш Ю.В., Шейко И.В., Григоренко Г.М. (СССР). – № 2825574/22-02; Заявлено 28.09.79; Выдано 22.09.80. А.с. 874759 СССР, МКИ С21с 5/56. Способ переплава расходуемой заготовки / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Григоренко Г.М., Яворский Ю.Д., Кочетов А.А., Баглай В.М., Высоцкий Т.А. (СССР). – № 2825804/22-02; Заявлено 05.10.79; Выдано 22.06.81. А.с. 917529 СССР, МКИ С21с 5/56. Плазменно-дуговое трехфазное устройство для плавки металлов / Латаш Ю.В., Жучин В.Н., Шейко И.В., Косырев Л.К., Григоренко Г.М., Губин П.В., Рейда Н.В., Тальянцев В.С., Колесниченко В.И., Клюев М.М. (СССР). – № 2825574/22-02; Заявлено 16.06.80; Выдано 01.12.81. А.с. 972855 СССР, МКИ С21с 5/56. Плазменно-дуговое трехфазное устройство для плавки металлов / Латаш Ю.В., Жучин В.Н., Шейко И.В., Клюев М.М., Григоренко Г.М., Губин П.В., Тальянцев В.С., Колесниченко В.И. (СССР). – № 3248869/22-02; Заявлено 20.02.81; Выдано 07.07.82. А.с. 1005479 СССР, МКИ С22В 9/22. Плазменно-дуговое трехфазное устройство для плавки металлов / Патон Б.Е., Латаш Ю.В., Шейко И.В., Григоренко Г.М., Рейда Н.В., Колесниченко В.И. (СССР). – №3325032/22-02; Заявлено 23.07.81; Выдано 16.11.82. А.с. 1044048 СССР, МКИ С21с 5/56. Установка для выплавки слитков / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Григоренко Г.М., Рейда Н.В., Высоцкий Г.А., Кузьменко Г.Н., Бернадский В.Н. (СССР). – № 3410645/22-02; Заявлено 24.03.82; Выдано 23.05.83. А.с. 1095657 СССР, МКИ С22В 9/22. Способ вакуумно-индукционной плавки / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Григоренко Г.М., Коваленко А.А., Жучин В.Н., Губин П.В., Тальянцев В.С., Клюев М.М. (СССР). – № 3516847/22-02 (179826); Заявлено 01.12.82; Выдано 01.02.84. А.с. 1207154 СССР, МКИ С22с 9/16. Установка для индукционной выплавки слитков / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Высоцкий Г.А., Рейда Н.В., Кузьменко Г.Н. (СССР). – № 3754211/22-02; Заявлено 14.06.84; Выдано 22.09.84. А.с. 1275909 СССР, МКИ С22В 9/22, F27B 3/08. Плазменно-индукционная установка / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Шахрай В.И., Рейда Н.В., Колесниченко В.И., Клычников В.Н. (СССР). – № 3796644/22-02; Заявлено 28.09.84; Выдано 08.08.86. А.с. 1369452 СССР, МКИ F27D 11/06. Способ индукционного переплава металлов и сплавов / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Лисовой Ю.В., Высоцкий Г.А., Дмитриев В.А., Сивков М.И., Тимофеев Н.И. (СССР). – № 4038106/31-02; Заявлено 21.01.86; Выдано 22.10.87. А.с. 1492734 СССР, МКИ С22В 9/16. Способ рафинирования платины и ее сплавов индукционным переплавом в секционном кристаллизаторе / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Лисовой Ю.В., Высоцкий Г.А., Тимофеев Н.И., Дмитриев В.А. (СССР). – № 4233404/31-02 (065789); Заявлено 21.04.87; Выдано 08.03.89. А.с. 1580670 СССР, МКИ В22Д 27/00. Способ получения аморфных и мелкозернистых металлов / Патон Б.Е., Латаш Ю.В., Шейко И.В., Лисовой Ю.В., Высоцкий Г.А., Качанов Е.Б., Калицев В.А., Шабалин И.М. (СССР). – № 4432632/31-02; Заявлено 19.04.88; Выдано 22.03.90. А.с. 1603792 СССР, МКИ С22В 9/16. Установка для индукционной выплавки слитков / Латаш Ю.В., Шейко И.В., Высоцкий Г.А., Лисовой Ю.В., Доломанов Л.А., Лукьянычев Ю.А., Таджиев В.Я., Егоров О.Г. (СССР). – № 4452509/31-02; Заявлено 04.07.88; Выдано 01.07.90. А.с. 1646306 СССР, МКИ С22В 59/00. Способ получения чернового редкоземельного металла / Шейко И.В., Латаш Ю.В., Высоцкий Г.А., Лисовой Ю.В., Доломанов Л.А., Лукьянычев Ю.А. (СССР). – № 4474496/31-02; Заявлено 18.12.89; Выдано 03.01.91. А.с. 1780243 СССР, МКИ В22F 9/10. Устройство для диспергирования металла из расплава / Латаш Ю.В., Коваленко А.А., Шейко И.В., Шаповалов В.А., Иващук В.А. (СССР). – № 4821994/02; Заявлено 24.05.90; Выдано 08.08.92 . А.с. 1833583 СССР, МКИ В22F 9/06. Способ диспергирования материала из расплава и установка для его осуществления / Латаш Ю.В., Коваленко А.А., Шейко И.В., Шаповалов В.А., Калицев В.А., Шабалин И.М. (СССР). – № 4913186/02 (015787); Заявлено 20.02.91; Выдано 09.12.92.
|