Процесс электрошлакового литья

Электрошлаковое литье ЭШЛ - способ литья, при котором жидкий металл, полученный методом электрошлакового переплава, транспортируется (не соприкасаясь с воздухом) в водоохлаждаемый медный кристаллизатор, являющийся литейной формой. Отливки, полученные электрошлаковым литьем, приближаются по свойствам к поковкам. Применяется ограниченно для изготовления сравнительно несложных отливок (напр., коленчатых валов).

Рис.1 Электрошлаковое литьё

Процесс электрошлакового литья - переплава (ЭШЛ) в водоохлаждаемый катализатор - является одностадийным процессом, при котором плавление и кристаллизация металла происходит одновременно. Процесс электрошлакового литья характеризуется заливкой специального шлака в металлическую форму, к которой подводится электрический ток, нагревающий ванну до 1700  . Первоначально подбирают компоненты для требуемого состава шлака в зависимости от расплавляемого металла. ЭШЛ позволяет выплавлять любые марки стали, чугуны и цветные металлы. Для ЭШКЛ(электрошлаковое кокильное литье - ЭШКЛ) и ЭШЦЛ(электрошлаковое центробежное литье) металл плавят в электрошлаковой тигельной печи. Плавление металла происходит в жидком электропроводном шлаке при прохождении через него электрического тока. В качестве исходного сырья используют расходуемые электроды цельные или собранные из кусков штанг. Они могут состоять из обрези проката, лома, отбракованных деталей, инструмента и т.п. В ряде случаев при необходимости в качестве расходуемых электродов применяют литые или кованые штанги из сталей соответствующих марок (рис.2,а), а также кусковую шихту или стружку (рис. 2,б). В этом случае шлак подогревают не расходуемым электродом.

Расплавленный металл, проходя через слой жидкого шлака, температура которого обычно на 150-200°С выше температуры плавления металла, интенсивно рафинируется от вредных примесей и неметаллических включений. Жидкий металл собирается на дне плавильного тигля, футерованного огнеупорными материалами, способными в течение достаточно длительного времени работать в контакте со шлаком при температурах, характерных для электрошлакового процесса (до 2000°С). Возможна также работа электрошлаковой печи по схеме с жидкой завалкой, когда жидкий металл, приготовленный в отдельном агрегате (например, в дуговой или индукционной печи), заливают в тигель, где уже наведена соответствующая шлаковая ванна (рис.2,в)

Рис.2 Схема плавления металла в тигле

а - переплав расходуемого электрода; б - переплав кусковой шихты с помощью не расходуемого электрода; в — жидкая завалка; 1 -расходуемой электрод, 2 — жидкий шлак, 3 - тигель, 4 - металл, 5 – не расходуемой электрод, 6 – кусковая шихта, 7 - разливочный ковш

Подготовленный в тигельной или электроплавильной печи переплав имеет высокие свойства и его можно заливать в любую литейную форму (в оболочковую со смоляными связующими, в форму, полученную по выплавляемым или газифицируемым моделям, и даже в песчано-глинистую форму), однако наибольший эффект получается при заливке в металлические формы - кокиль и изложницу для центробежного литья. Второй вариант схемы представляет совмещение плавильного агрегата с литейной формой. Такой способ применяется для крупных отливок и позволяет отливать изделия с переменными сечениями стенок методом перелива с приплавлением. Электрошлаковые тигельные печи по основным технико-экономическим показателям (расход электроэнергии, производительности) не уступают индукционным печам аналогичной емкости.

Расплавленный в тигельной печи металл и шлак выливаются в металлические неохлаждаемые формы вместе со шлаком или без него. Технология ЭШКЛ и ЭШЦЛ отличаются тем, что при ЭШКЛ литейная форма (кокиль) неподвижна (не вращается) (рис.3,а), а при ЭШЦЛ - вращается вокруг своей оси (рис.3,б). Металл заливают или непосредственно из плавильного тигля или через промежуточный желоб с воронкой, или через отверстие в донной части плавильного тигля (рис.3,в).

рис.3 Схема приготовления жидкого металла в тигельной печи:

а, б- схема заливки металла в форму при повороте плавильного тигля и через отверстие в донной части тигля (в): 1 - расходуемой электрод, 2 - шлак, 3 - металл, 4 - тигель, 5 - заливочная воронка, 6 - вращающаяся форма, 7 - шлаковый гарнисаж

По уровню механических свойств металл ЭШЛ выше свойств металла проката (поковок), будучи изотропным, чистый по неметаллическим включениям и вредным примесям. Отливки, изготавливаемые методом центробежного литья, имеют высокие механические свойства, минимальные припуски на механическую обработку и снижение себестоимости. Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах литья: · высокая износостойкость за счет особой кристаллической решетки центробежной отливки; · отсутствие шлаковых и неметаллических включений; · возможность изготовления единичных отливок без изготовления модельной оснастки. К ЭШЛ следует отнести три основных способа. ЭШЛ в водоохлаждаемый кристаллизатор, электрошлаковая тигельная плавка с последующей разливкой металла во вращающийся кокиль (электрошлаковое центробежное литье - ЭШЦЛ) и заливкой металла в стационарный кокиль (электрошлаковое кокильное литье - ЭШКЛ).