Развитие машиностроения, металлургии, горнодобычи, нефтяной, газовой промышленности, нефтехимии, газотурбостроения, авиакосмической техники, ядерной энергетики требует производства специальных сталей и сплавов, способных работать в разнообразных условиях: от температур, близких к абсолютному нулю, до температур в несколько тысяч градусов; в агрессивных средах; при высоких давлениях, при значительных ударных, статических и вибрационных нагрузках и т.д. При этом постоянно возникает необходимость в создании новых металлических сплавов, обладающих специальными свойствами.
Специалистами компании ЭПОС-Инжиниринг были разработаны целые линейки оборудования для решения этих важнейших металлургических задач, что обеспечило заказчикам весомые преимущества перед конкурентами.
Металлургическое качество металла – одна из важнейших характеристик, обусловливающих его работоспособность в конструкции детали или изделии. Многие ответственные детали, узлы и конструкции в настоящее время изготавливаются только из металла высокого качества. К такому виду продукции относятся: подшипники, коленчатые валы, валы-шестерни, прокатные валы, качественный инструмент, штампы и другие детали, от которых требуется высокая прочность, повышенное сопротивление контактной усталости или усталости при повторно-переменных изгибающих нагрузках; сосуды высокого давления, малочувствительные к концентраторам напряжений; роторы паровых и атомных генераторов и другие большегрузные детали энергетического машиностроения с высоким сопротивлением хрупкому разрушению в больших сечениях; нефтехимическая аппаратура, стойкая против коррозии под напряжением в различных агрессивных средах, а также многое другое. Для получения стали высокого качества необходимо, чтобы она соответствовала высокому стандарту чистоты, имела контролируемое содержание и состав неметаллических включений, газов и других вредных примесей, чтобы слиток был, как выражаются, «плотный».
Обычные методы производства сталей и сплавов, даже при достигнутом существенном их усовершенствовании, не могут в полной мере обеспечить уровень качества металла, отвечающий требованиям, выдвигаемым новыми отраслями техники. Решение этой задачи оказалось возможным с появлением но¬вых способов получения слитков, эти способы составляют область спецэлектрометаллургии. Наиболее широкое практическое применение ввиду экономичности и высокой эффективности, получил способ электрошлакового переплава (ЭШП).
Сегодня всё большее распространение получают такие методы электрошлаковой технологии, как электрошлаковый переплав в водоохлаждаемый кристаллизатор (ЭШП) и электрошлаковое тигельное литьё (ЭШЛ), электрошлаковая сварка.
Рис. 1. Схема процесса электрошлакового переплава, проводимого в кристаллизаторе
Электрошлаковый переплав – это процесс, при котором расходуемый металлический электрод, изготовленный из металла обычного производства, переплавляется в ванне электропроводного синтетического шлака. Электрический ток проходит от электрода в шлак. Под действием джоулева тепла, выделяющегося в жидком шлаке при прохождении через него электрического тока, электрод плавится. Капли жидкого металла, проходя через шлаковую ванну, образуют металлическую ванну, которая, последовательно затвердевая снизу вверх в охлаждаемом кристаллизаторе, образует слиток. По мере сплавления расходуемый электрод подается в шлаковую ванну, непрерывно восполняя объем кристаллизующейся металлической ванны.
Плавящийся металл обрабатывается шлаком, предварительно подобранного химического состава, в трех зонах: на рабочей поверхности электрода, находящейся в шлаке, стекающей пленке металла, на поверхности капель при их прохождении через шлаковую ванну и на поверхности жидкометаллической ванны.
Температурный режим процесса поддерживается за счет управления вводимой мощностью. Все это позволяет избирательно рафинировать практически любые металлы и сплавы. В результате при переплаве стальных слитков содержание серы можно снизить в 2-5 раз, кислорода и неметаллических включений – в 1,5-2,5 раза. Кроме этого, качество получаемого слитка улучшается за счет направленной кристаллизации, обеспечиваемой условиями непрерывного подвода тепла сверху (от электродного металла и шлаковой ванны) при отводе тепла в слиток и стенку кристаллизатора, образованием между слитком и стенкой кристаллизатора шлакового гарниссажа, уменьшающего теплоотвод в горизонтальном направлении и позволяющего получать слитки с гладкой поверхностью.
В результате при ЭШП получают плотные, свободные от дефектов ликвационного и усадочного происхождения слитки с минимальным развитием химической и физической неоднородности. Кроме того, значительно возрастает общая чистота металла.
Электрошлаковая тигельная плавка или электрошлаковое литьё (ЭШЛ, ЭШТЛ) – ещё одна разновидность электрошлаковой технологии – активный металлургический процесс, позволяющий точно, как в классическом ЭШП, эффективно рафинировать переплавляемые металлы и сплавы.
Благодаря тому, что перед окончанием тигельной плавки весь металл находится в расплавленном состоянии, существенно упрощаются методы стабилизации химического состава сплава, особенно при наличии в нем легкоокисляющихся элементов.
Облегчается техника легирования и модифицирования металла. Так, доведение металла до требуемого химического состава может достигаться как совместным переплавом специально подобранных электродов из различных сталей, так и внесением в конце плавки лигатуры непосредственно в расплав.
При электрошлаковой тигельной плавке могут быть достигнуты более высокие значения производительности переплава, чем при электрошлаковом переплаве, при значительно меньших величинах выделяемой в шлаке электрической мощности. С энергетической точки зрения, ЭШЛ ( электрошлаковое литье ) – один из самых экономичных способов получения жидкого металла. Вопреки установившемуся мнению, он может быть даже более экономичным, в сравнении с индукционным переплавом, при несравненно лучшем качестве слитка.
Рис. 2. Вал Шестерня
