электрошлаковое литье

Когда говорят про электрошлаковое литье, многие сразу думают про ЭШП — электрошлаковый переплав. Это, конечно, основа, но литьё — это уже про готовую форму, про получение отливки почти под чистовой размер. У нас на производстве, в ООО Цзиюань Юйбэй, долгое время работали именно с переплавом для получения слитков под последующую ковку. А сама идея литья, то есть направленной кристаллизации в водоохлаждаемом кристаллизаторе сложной конфигурации — это другой уровень. Попробовали, были сложности, но и потенциал огромный, особенно для штучных, крупногабаритных деталей, где ковка выходит слишком материалоёмкой.

От переплава к литью: где кроется подвох

Основное оборудование у нас — это электропечь для электрошлакового переплава, классическая схема. Мы её используем для очистки металла от вредных примесей, получения плотной однородной структуры. Логика была простая: а почему бы не заменить медный водоохлаждаемый поддон для слитка на форму-кристаллизатор нужной конфигурации? Кажется, всего лишь оснастка. Но нет.

Первая же проблема — теплосъём. При литье форма должна отводить тепло строго определённым образом, чтобы обеспечить направленную кристаллизацию снизу вверх. Если где-то возникнет воздушный зазор из-за усадки металла, тут же пойдёт брак — рыхлота, раковины. Наш первый опыт с фланцем сложной формы это показал: геометрия вроде выдержана, но на рентгене видна зона несплошности у внутренней стенки. Пришлось разбираться со смазкой кристаллизатора и режимами охлаждения.

И ещё момент — флюс. Для переплава у нас отработанные составы. Но для литья, особенно в высокую форму, поведение шлаковой ванны другое. Она должна быть достаточно жидкой, чтобы хорошо защищать металл, но и не слишком, чтобы не проливаться в зазоры. Подбирали опытным путём, добавляли компоненты для регулировки вязкости. Это не из учебников, это смена плавки, замер температуры шлака, визуальная оценка его 'текучести'.

Оборудование и адаптация: что можно сделать на имеющейся базе

Наша компания, ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство, располагает солидным парком: тот самый ЭШП-агрегат, гидравлический пресс, печи. Для освоения электрошлакового литья ключевым стал именно ЭШП-агрегат. Мы не стали покупать специализированную установку для литья, а пошли по пути адаптации.

Самый сложный узел — кристаллизатор. Заказали его изготовление на стороне по нашим чертежам, из меди с внутренним каналом для интенсивного водяного охлаждения. Важно было рассчитать не только контур будущей отливки, но и усадку конкретной марки стали. Здесь пригодился наш же опыт ковки — мы знаем, как ведёт себя металл после ЭШП при деформации, а литьё — это, по сути, та же термическая и деформационная история, только в момент затвердевания.

Второе — система перемещения. В классическом ЭШП электрод подаётся в шлаковую ванну по мере оплавления. При литье важно выдержать постоянную глубину погружения электрода и стабильную скорость подачи, чтобы металл поступал в форму равномерно. Пришлось доработать систему управления подачей, сделать её более плавной. Были сбои, когда рывок при подаче вызывал разбрызгивание. Неприятно и опасно.

Материалы и структура: что получаем на выходе

Цель любого электрошлакового процесса — качественный металл. При литье мы получаем отливку, которая по плотности и чистоте близка к поковке. Это главный козырь. Мы делали пробные отливки из стали 35ХМ для деталей прессового оборудования. После термической обработки в наших же электрических печах сравнивали механические свойства с кованым аналогом.

Результат обнадёжил. Предел прочности и текучести был на уровне, ударная вязкость — чуть ниже, но в пределах допуска. Микроструктура — мелкое, равномерное зерно. Главное преимущество — коэффициент использования металла. При ковке того же фланца из слитка уходит до 40% в облой и на окалину. При литье же отход — это только литниковая система, максимум 15-20%. Для нашей годовой программы в 5000 тонн поковок даже частичный переход на литьё для подходящих деталей даёт огромную экономию.

Но есть и ограничения. Не все марки стали одинаково хорошо льются. С высоколегированными, склонными к образованию горячих трещин, сложнее. Нужно очень точно контролировать температурное поле формы. Пока мы не рискуем брать такие заказы на литьё, отрабатываем технологию на более 'послушных' углеродистых и низколегированных сталях.

Практические сложности и 'мелочи', которые решают всё

В теории всё гладко. На практике — десятки нюансов, которые не описаны в книгах. Например, подготовка поверхности кристаллизатора. Простая смазка графитом иногда приводит к налипанию. Перешли на комбинированное покрытие: сначала тонкий слой огнеупорной краски, потом напыление графита. Увеличило стойкость оснастки в разы.

Ещё один момент — начало плавки, запуск процесса. Нужно быстро сформировать горячую шлаковую ванну, чтобы начался устойчивый переплав электрода. Мы используем так называемую 'пусковую затравку' из металлической стружки на дне кристаллизатора. Важно её количество и плотность укладки, иначе первый расплавленный металл проваливается, а не формирует ровный фронт кристаллизации.

Контроль процесса. При ковке видишь заготовку, слышишь звук удара. Здесь же — процесс скрыт в форме. Контролируем по току дуги, по напряжению, по температуре стенки кристаллизатора (приварили термопары). Опытный мастер по звуку работы агрегата и показаниям приборов может определить, идёт ли всё нормально или есть риск образования полости. Это уже искусство.

Перспективы и место в нашем производстве

Сейчас электрошлаковое литье у нас не основное, а скорее опытно-производственное направление. Но мы видим его чёткую нишу. Это сложные корпусные детали машин, которые потом всё равно идут на длительную механическую обработку на наших горизонтальных токарных станках. Получить такую деталь литьём экономичнее.

Информация о наших возможностях, включая этот новый для нас процесс, есть на сайте компании ООО Цзиюань Юйбэй. Мы не скрываем, что технология в стадии освоения, но уже есть успешные кейсы. Для клиента это иногда интереснее, чем стандартный путь 'переплав-ковка-мехобработка'.

В итоге, электрошлаковое литье — это не замена ЭШП или ковке, а мощное дополнение к арсеналу металлурга. Оно требует глубокого понимания физики процесса, терпения для отладки и смелости пробовать. У нас, с нашим фондом из 30 человек, включая и технологов, и мастеров-станочников, есть потенциал это направление развить. Главное — не гнаться за сиюминутной выгодой, а нарабатывать свой собственный технологический опыт, плавка за плавкой, отливка за отливкой. Как и во всём в металлургии.