Применение электрошлакового литья (ЭШЛ) и переплава (ЭШП) в производстве прокатных валков

Технологические процессы электрошлакового литья (ЭШЛ) и электрошлакового переплава (ЭШП) в последнее врем широко применяются для производства прокатных валков прокатных станов горячей и холодной прокатки металла. Эти методы дают возможность получать заготовки валков высокого качества, обеспечивающих надежную работу оборудования в жестких условиях эксплуатации. Особенно востребованы такие технологии для изготовления валков из таких марок стали, как высоколегированные, быстрорежущие, инструментальные, подшипниковые и другие специальные марки сталей.

Применение электрошлаковых технологий для изготовления следующих разновидностей валков:

1. Биметаллические (композитные) валки изготавливаются путем создания методом ЭШЛ рабочего слоя из износостойкого материала, такого как высокохромистый чугун или быстрорежущая сталь, на сердцевине из более пластичной стали. Метод позволяет выполнять наплавку внешнего слоя на готовую заготовку валка, обеспечивая, при этом, их надёжное металлургическое соединение по всей поверхности контакта.
2. Валки для станов холодной и горячей прокатки массой до 100–200 т, включая крупногабаритные для прокатки листа, профиля, труб и рельсов производятся методом ЭШЛ с наименьшими затратами, с обеспечением необходимых технических характеристик.
3. Опорные и рабочие валки для высокоскоростных станов, гарантируют повышенную износостойкость, необходимую усталостная прочность и сопротивление термическим нагрузкам в жестких режимах эксплуатации

По сравнению с традиционным литьём или ковкой электрошлаковые технологии литья имеют ряд ключевых преимуществ:

• Идеальная степень чистоты и однородности металла путем его рафинирования за счет эффективного удаления неметаллических включений, газов, серы и других вредных примесей. В процессе плавки и застывания металл приобретает плотную мелкозернистую структуру без усадочных раковин и пор, что значительно повышает надёжность валка в эксплуатации и его стойкость к образованию трещин и сколов.
• Свойства металла близки к кованым заготовкам по эксплуатационным характеристикам, сочетающие высокую прочность, вязкость и пластичность, нередко превосходящие металл валков, отлитых по традиционным технологиям.
• Надёжное металлургическое соединение в биметаллических валках, обеспеченное применением технологий ЭШЛ, позволяет качественно сплавлять поверхность рабочего слоя с основной частью валка по всей поверхности контакта, образуя широкий переходный слой с плавным изменением состава, что позволяет предотвращать отслоение бандажа в процессе эксплуатации. 
• Экономичное получение отбелённого чугуна путем локального легирования более дешёвого серого чугуна хромом, что создаёт твёрдую износостойкую рабочую поверхность валков без удорожания всей заготовки.
• Направленная кристаллизация под шлаковой защитой исключает образование газовых пор, минимизирует усадку и ликвацию, обеспечивая отсутствие литейных дефектов и высокую плотность материала отливки. При этом коэффициент выхода годного металла приближается к 100%, так как отсутствует необходимость в прибылях и сложных литниковых системах.
• Экономия материальных ресурсов и упрощение производственного процесса за счет отсутствия необходимости в использовании отдельных плавильных печей, формовочных смесей и сложной оснастки. 

Типовые технологические параметры процесса ЭШЛ

• Потребляемая мощность: 100–5000 кВА, в зависимости от размера отливки (от десятков кг до тонн).
• Напряжение питания процесса ЭШЛ: 20–50 В.
• Скорость плавления: 5–20 кг/мин, в зависимости от массы заготовки.
• Температура плавки шлака: 1600–1800 °C (выше температуры плавления металла на 200–300 °C).
• Масса шлака: 5–10% от металла.
•  Состав шлака: подбирается для обеспечения необходимой степени десульфуризации и деоксидации (например, 70% CaF₂ + 30% Al₂O₃).
• Кристаллизатор: Медный, водоохлаждаемый, обеспечивающий необходимую плотность структуры без усадочных дефектов.

Варианты технологических процессов литья, используемых для производства валков:

• Классическое ЭШЛ выполняется путем плавки и литьё в одном кристаллизаторе. Применяется, как правило, для изготовления фасонных отливок.
• С переливом металла путем его плавки в отдельном тигле и сливом в форму.
• Центробежное ЭШЛ (ЦЭШЛ) применяется для изготовления таких цилиндрических изделий, как валки и втулки. При этом расплавленный металл заливается во вращающуюся форму, что улучшает его плотность и устраняет дефекты.

На Опытном заводе спецэлектрометаллургии накоплен огромный опыт применения технологических процессов электрошлакового литья, электрошлакового переплава и центробежного электрошлакового литья для производства большой номенклатуры отливок из специальных сортов стали и чугуна. Одним из направлений научно-производственной деятельности предприятия является разработка, изготовление и внедрение в производство отдельных компонентов оборудования и оснастки для вышеуказанных технологических процессов, а также выполнение заказов по изготовлению отливок из специальных и легированных сталей и чугунов различных марок методами ЭШЛ.