Оптимізація електронно-променевого плавлення тугоплавких металів з мінімізацією витрат на шихту

Abstract

UA : Об’єкт дослідження – процес електронно-променевого переплаву жароміцного нікелевого сплаву ЕП648. Мета роботи – розробка математичної моделі та методики оптимізації складу шихти для виплавки сплаву ЕП648 методом ЕПП з урахуванням економічних, технологічних та якісних критеріїв. В роботі розроблено комплексну математичну модель оптимізації складу шихти для виплавки жароміцного нікелевого сплаву ЕП648 методом ЕПП, яка враховує одночасно економічні критерії (мінімізація вартості), технологічні обмеження (коефіцієнти угару легувальних елементів), гранулометричні характеристики компонентів та жорсткі вимоги до хімічного складу кінцевого продукту. За результатами дослідження встановлено залежність питомих енерговитрат на плавлення від середньозваженого розміру частинок шихти та обґрунтовано оптимальний гранулометричний склад (d̄ = 50 ± 20 мкм) з бімодальним розподілом фракцій, що підвищує продуктивність процесу на 12-15%. Проведено аналіз чутливості моделі до варіації цін на компоненти (еластичність до ціни нікелю ±5,4%), коефіцієнтів угару (вплив <0,3%) та модифікації обмежень, що підтвердило стійкість до похибок розробленої моделі.

EN : Object of study – the process of electron-beam remelting of the heat-resistant nickel alloy EP648. Aim of the work – development of a mathematical model and methodology for optimizingthe charge composition for melting the EP648 alloy by electron-beam remelting (EBR), taking into account economic, technological, and quality criteria. In this work, a comprehensive mathematical model was developed for optimizing the charge composition in the melting of the heat-resistant nickel alloy EP648 by EBR. The model simultaneously considers economic criteria (cost minimization), technological constraints (burn-off coefficients of alloying elements), granulometric characteristics of the components, and strict requirements for the chemical composition of the final product. Based on the research results, the dependence of specific energy consumption for melting on the weighted average particle size of the charge was established, and the optimal granulometric composition was substantiated (d̄ = 50 ± 20 μm) with a bimodal fraction distribution, which increases process productivity by 12–15%. A sensitivity analysis of the model was carried out with respect to variations in component prices (nickel price elasticity ±5.4%), burn-off coefficients (effect <0.3%), and modifications of constraints, which confirmed the robustness of the developed model against errors.