Сегодня широкое применение титана и титановых сплавов ограничивается их высокой ценой, обусловленной сложной и многостадийной технологией производства. Вакуумнодуговой и электроннолучевой переплавы, плазменнодуговая плавка на холодном поду сегодня яв ляются основными технологическими процессами для производства слитков из титана и его сплавов. Однако в ряде случаев и они уже не обеспечивают необходимого качества металла. Существенно расширить возможности вакуумных переплавных процессов может электрошлаковый переплав (ЭШП), который характеризуется простотой используемого оборудования, гибкостью технологических параметров, высоким качеством и относительно низкой себестоимостью получаемого металла. Однако "классический" ЭШП, как открытый металлургический процесс, не позволяет получать качественные слитки из высокореакционных металлов, таких как титан, хром, ванадий и другие.
В Донецком национальном техническом университете (ДонНТУ) (ранее известном как Донецкий политехнический институт) длительное время проводятся научные исследования и разработка электрошлаковой технологии. В последние годы исследования были сфокусированы на новом варианте технологии ЭШП в контролируемой атмосфере под "активными" металлсодержащими флюсами (КЭШП). Как по казал цикл работ, выполненных в ДонНТУ электрошлаковый переплав металлов и сплавов под шлаковыми системами с активными добавками в печах камерного типа, позволяет реализовать ряд задач, решение которых традиционными способами спецэлектрометаллургии за труднительно, а в некоторых случаях и невозможно. К таким задачам можно отнести и получение высококачественных слитков из титана, его сплавов, и интерметаллидов. Инновационные аспекты и главные преимущества Наличие камеры и контролируемой атмосферы создает благоприятные условия для эффективного рафинирования, модифицирования и легирования металлов и сплавов при использовании активных компонентов в шлаке (кальций, редкоземельные металлы и др.).
.). В настоящее время сотрудниками ДонНТУ разработаны те оретические основы данного процесса КЭШП, иссле дованы его основные закономерности, что позволило создать и реализовать технологии получения товарных слитков из различных высокореакционных металлов, таких как титан, хром и их сплавы.
– Высокое качество после первого переплава (хорошая химическая и структурная однородность и поверхность слитка не требующая дополнительной механической обработки);
– Возможность гарантированного снижения содержания примесей (например, обогащенных азотом включений титана);
– Уменьшение количества переплавов для получения качественных слитков;
– Возможность получения квадратных и прямоугольных слитков, что очень важно для дальнейшей механической обработки (прокатки);
– Использование более простого и дешевого оборудования;
– Снижение потребления энергии.
Эта технология может быть использована для решения различных задач:
1. Производства высококачественных титановых слитков из титановой губки или порошка. Эта задача может быть разделена на две:
a) Производство литых компактных слитков по качеству приближающемся к йодидному титану из титановой губки или титанового порошка. Содержание примесей в титановых слитках после КЭШП на уровне: 0.03% O; 0.005% N; 0.003% H; 0.01% C (весовых). Твердость металла менее чем 100 HB. При этом слитки диаметром 100–200мм могут являться комерческим продуктом и использоваться для нанесения покрытий в электронной промышленности, в качестве геттерных насосов, в медицине (стоматология), для сверхпроводников. Главным преимуществом титана, произведенного КЭШП является более низкая цена по сравнению с йодидным (5–6 раз ниже для условий Украины).
b) Производство слитков титана и титановых сплавов методом КЭШП, как альтернатива вакуумнодуговому, электроннолучевому переплавам и плазменнодуговой плавке на холодном
2. Рафинирование первичного сплава TiAl, полученного методом алюминотермического восстановления оксидов титана в процессе производства компактных слитков.
3. Утилизация титановых отходов (скрап, стружка).Камерный ЭШП может быть перспективным методом для производства высококачественных слитков и из других высокореакционных металлов: Zr, V, Cr, и их сплавов.
Технология прошла успешное опробование в лабораторных и опытнопромышленных условиях при производстве слитков диаметром до 200 мм и может быть предложена как основа для разработки промышленной технологии.