Изготовление бандажей и опорных роликов методом электрошлакового литья

Метод электрошлакового литья (ЭШЛ) является инновационной, специальной технологией литья стали и специальных сплавов, разработанная в Институте электросварки им. Е.О. Патона. Она выполняется посредством объединения плавки металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе под слоем расплавленного шлака одновременно с формированием отливки. Такая технология гарантирует заданную чистоту металла с минимальным количеством неметаллических включений, газов и дефектов, а также однородную структуру высокой плотности, близкую к кованым заготовкам.

Такие сборочные компоненты, как бандажи и опорные ролики вращающихся печей (цементных, обжиговых, сушильных барабанов и т.п.), подвержены износу, работают под воздействием высоких нагрузок и температур, а потому требуют высокой прочности и износостойкости в процессе эксплуатации, а также отсутствия внутренних дефектов. Традиционные методы изготовления этих деталей, такие как литье в песчано-глинистые формы и ковка, нередко дают дефекты, в то время как методы ЭШЛ обеспечивает свойства, сравнимые с методами ковки, а именно: 

• Высокую степень чистоты металла за счет рафинирования под шлаком с удалением серы, оксидов и неметаллических включений.
• Плотную, без усадочных раковин, структуру материала отливок.  
• Возможность изготовления однородных полых или сплошных отливок большой, до нескольких тонн, массы.    

Этапы технологического процесса ЭШЛ цилиндрических деталей:

1. Заливка в водоохлаждаемый кристаллизатор (форму) расплавленного шлака. 
2. Погружение в шлак расходного электрода из требуемого металла. 
3. Нагрев шлака и расплавление электрода электрическим током.
4. Рафинирование капель металла электрода при его прохождении через шлак.
5. направленная кристаллизация металла от стенок формы-кристаллизатора к центру с образованием готовой отливки. 
6. Для изготовления цилиндрических деталей, таких как бандажи и ролики чаще всего используется центробежное электрошлаковое литье, улучшающее плотность и минимизирующее усадку материала отливок.  

Основные преимущества ЭШЛ по сравнению с традиционным литьём, ковкой или штамповкой:

1. Высокая чистота и однородность металла за счет рафинирования расплава под слоем шлака с удалением серы, неметаллических включений и газов. В результате обеспечивается плотная, без усадочных раковин, пор, ликвации и макросегрегации, структура, что имеет критически важную роль для изготовления бандажей и роликов, так как гарантируется равномерный износ и долговечность готовых изделий при воздействии высоких нагрузок.
2. Направленная кристаллизация и отсутствие внутренних дефектов обеспечивается последовательным, регулируемым затвердеванием материала отливок от стенок водоохлаждаемого кристаллизатора к центру, что значительно минимизирует вероятность образования дефектов структуры. Кроме этого, в центробежном варианте металл дополнительно уплотняется за счет центробежных сил, направляющих кристаллизацию от периферии к центру, практически устраняя образование усадочных пор.  Структура готовых отливок получается более плотная и мелкозернистая, близкая по своим характеристикам к кованой.
3. Механические характеристики, такие как прочность, ударная вязкость, износостойкость, превосходят, как правило, характеристики обычных литых заготовок и приближаются к кованым. Это дает возможность использовать ЭШЛ для изготовления особо ответственных деталей, где традиционное литьё не обеспечивает соблюдение требуемых параметров из-за хрупкости или неоднородности.
4. Экономное легирование и создание надежных биметаллических структур. Технология ЭШЛ дает возможность с помощью добавления хрома получать отливки более прочного белого чугуна. Путем наплавки износостойкого слоя на стальную основу бандажей прокатных валков или опорных роликов выполняется его надёжное сплавление с металлом заготовки по всей поверхности.  
5. Точное соответствие формы с готовым изделием значительно снижает припуски на финишную механическую обработку, повышая, тем самым, коэффициент использования металла и уменьшая его отходы. 
6. Упрощение технологии и экономия ресурсов путем совмещения плавки и литья в одном процессе, так как при этом отпадает необходимость использования отдельных плавильных печей, сложных литниковых систем, прибылей или формовочных смесей. Это особенно выгодно при изготовлении крупногабаритных бандажей и опорных роликов. 
7. Повышенная эксплуатационная надёжность и увеличение ресурса работы благодаря повышению износостойкости, усталостной прочности из-за минимизации дефектов литья, однородности структуры и улучшенным механическим свойствам, что снижает затраты на ремонт и простои оборудования.

Разработка и внедрение инновационных технологических процессов металлообработки, таких как электрошлаковое литье заготовок цилиндрической формы из чугунов и высоколегированных сталей, является одним из основных направлений производственной деятельности Опытного завода спецэлектрометаллургии. Предприятие выполняет заказы по разработке, изготовлению и внедрению таких элементов оборудования для процесса ЭШЛ, как кристаллизаторы и формы для производства крупногабаритных отливок цилиндрической формы, а также изготавливает высококачественные отливки из легированных сталей по техническому заданию заказчика.