Застосування електрошлакового лиття (ЕШЛ) та переплаву (ЕШП) у виробництві прокатних валків

Технологічні процеси електрошлакового лиття (ЕШЛ) та електрошлакового переплаву (ЕШП) останнім часом широко застосовуються для виробництва прокатних валків прокатних станів гарячої та холодної прокатки металу. Ці методи дають можливість отримувати заготовки валків високої якості, що забезпечують надійну роботу обладнання за жорстких умов експлуатації. Особливо потрібні ці технології виготовлення валків з таких марок стали, як високолеговані, швидкорізальні, інструментальні, підшипникові та інші спеціальні марки сталей.

Застосування електрошлакових технологій для виготовлення наступних різновидів валків:

1. Біметалічні (композитні) валки виготовляються шляхом створення методом ЕШЛ робочого шару із зносостійкого матеріалу, такого як високохромистий чавун або швидкорізальна сталь, на серцевині з більш пластичної сталі. Метод дозволяє виконувати наплавлення зовнішнього шару на готову заготовку валка, забезпечуючи при цьому їх надійне металургійне з'єднання по всій поверхні контакту.
2. Валки для станів холодної та гарячої прокатки масою до 100–200т, включаючи великогабаритні для прокатки листа, профілю, труб та рейок, виробляються методом ЕШЛ із найменшими витратами, із забезпеченням необхідних технічних характеристик.
3. Опорні та робочі валки для високошвидкісних станів, гарантують підвищену зносостійкість, необхідну втомну міцність та опір термічним навантаженням у жорстких режимах експлуатації.

Порівняно з традиційним литтям або куванням електрошлакові технології лиття мають низку ключових переваг:

• Ідеальний ступінь чистоти та однорідності металу шляхом його рафінування за рахунок ефективного видалення неметалевих включень, газів, сірки та інших шкідливих домішок. У процесі плавки і застигання метал набуває щільної дрібнозернистої структури без усадочних раковин і пір, що значно підвищує надійність валка в експлуатації та його стійкість до утворення тріщин і сколів.
• Властивості металу близькі до кованих заготовок за експлуатаційними характеристиками, що поєднують високу міцність, в'язкість і пластичність, нерідко перевершують властивості металу валків, відлитих за традиційними технологіями.
• Надійне металургійне з'єднання в біметалічних валках, забезпечене застосуванням технологій ЕШЛ, дозволяє якісно сплавляти поверхню робочого шару з основною частиною валка по всій поверхні контакту, утворюючи широкий перехідний шар з плавною зміною складу, що дозволяє запобігати відшарування бандажу в процесі експлуатації.
• Економічне отримання вибіленого чавуну шляхом локального легування дешевшого сірого чавуну хромом, що створює тверду зносостійку робочу поверхню валків без подорожчання всієї заготовки.
• Спрямована кристалізація під шлаковим захистом виключає утворення газових пор, мінімізує усадку та ліквацію, забезпечуючи відсутність ливарних дефектів та високу щільність матеріалу литва. При цьому коефіцієнт виходу придатного металу наближається до 100%, оскільки відсутня необхідність у застосуванні прибілив та складних литникових систем.
• Економія матеріальних ресурсів та спрощення виробничого процесу за рахунок відсутності необхідності у використанні окремих плавильних печей, формувальних сумішей та складного оснащення.

Типові технологічні параметри процесу ЕШЛ

• Потужність: 100–5000 кВА, залежно від розміру литва (від десятків кг до тон).
• Напруга живлення процесу ЕШЛ: 20-50 В.
• Швидкість плавлення: 5–20 кг/хв, залежно від маси заготовки.
• Температура плавлення шлаку: 1600–1800 °C (вища за температуру плавлення металу на 200–300 °C).
• Маса шлаку: 5-10% від маси металу.
• Склад шлаку: підбирається для забезпечення необхідного ступеня десульфуризації та деоксидації (наприклад, 70% CaF₂ + 30% Al₂O₃).
• Кристалізатор: мідний, водоохолоджуваний, що забезпечує необхідну щільність структури без усадкових дефектів.

Варіанти технологічних процесів лиття, що використовуються для виробництва валків:

• Класичне ЕШЛ виконується шляхом плавлення та лиття в одному кристалізаторі. Застосовується, як правило, для виготовлення фасонного литва.
• З переливом металу шляхом його плавки в окремому тиглі та наступним зливом у форму.
• Відцентрове ЕШЛ (ЦЕШЛ) застосовується для виготовлення таких циліндричних виробів, як валки та втулки. При цьому розплавлений метал заливається в форму, що обертається, що покращує його щільність і усуває дефекти.

На Дослідному заводі спецелектрометалургії накопичено величезний досвід застосування технологічних процесів електрошлакового лиття, електрошлакового переплаву та відцентрового електрошлакового лиття для виробництва великої номенклатури литва із спеціальних сортів сталі та чавуну. Одним із напрямків науково-виробничої діяльності підприємства є розробка, виготовлення та впровадження у виробництво окремих компонентів обладнання та оснащення для вищевказаних технологічних процесів, а також виконання замовлень з виготовлення литва зі спеціальних та легованих сталей та чавунів різних марок методами ЕШЛ.