Электрошлаковые технологии с ЖМ

Электрошлаковые технологии с жидким металлом (ЭШП ЖМ) это способ формирования слитка (заготовки, наплавленного слоя), предусматривающий подготовку жидкого металла в отдельном агрегате и его заливку малыми порциями или тонкой струей в водоохлаждаемый секционный токоподводящий медный кристаллизатор (CSM®), к верхней секции которого подключен источник тока. За счет прохождения тока от кольцевого нерасходуемого электрода, которым является токоподводящая секция, через шлак, шлаковая ванна постоянно нагревается. Подаваемый из специальных разливочных устройств жидкий металл проходит через шлак и формирует цилиндрическую или кольцевую металлическую ванну, которая, затвердевая, образует в первом случае тело сплошного слитка, а во втором либо наплавленный слой либо полый слиток, в зависимости от типа центральной вставки. Образующийся слиток вытягивают из кристаллизатора.

Основной электрошлаковых технологий с жидким металлом является токоподводящий кристаллизатор (ТПК).  ТПК выполняет функцию нерасходуемого электрода и, одновременно, обеспечивает формирование слитка. Использование ТПК обеспечивает выделение тепла в шлаковой ванне, которое дает возможность исключить применение расходуемых электродов и работать непосредственно жидким металлом.

При ЭШП ЖМ вместо расходуемого электрода в центре кристаллизатора безо всяких проблем могут быть расположены ось (для производства биметаллических валков, укрупнения слитка и др) под наплавку или дорн для производства полых слитков, что делает ЭШП ЖМ весьма гибким процессом с широкими технологическими возможностями:

Принципиальные диаграммы электрошлаковых технологий с жидким металлом (слева направо): наплавка оси валка или укрупнение слитка (ЭШН ЖМ); непосредственное изготовление сплошных и полых слитков из жидкого металлаl (ЭШП ЖМ):1 – устройство разливки жидкого металла; 2 – металлическая ванна; 3 – наплавляемый слой; 4 – наплавляемая ось валка; 5 –шлаковая ванна; 6 – водоохлаждаемый токоподводящий кристаллизатор;7 – водоохлаждаемый дорн; 8 – полый слиток; 9 – сплошной слиток

Использование жидкого металла взамен расходуемых электродов значительно (до 40%) уменьшает себестоимость готового продукта. Опыт промышленного применения электрошлаковой наплавки с жидким металлом заготовок валков прокатных станов показало, что процесс является более экономичным, чем центробежное литье аналогичных заготовок валков.

Высокое качество металла для ответственных применений может быть достигнуто при применении ЭШП ЖМ поскольку:

  • температура жидкого металла ниже, чем при стандартном ЭШП, содержание примесей после внепечной обработки минимальное, а легирующих - стабильное, что позволяет минимизировать протяженность двухфазной зоны и уменьшить сегрегацию при затвердевании слитка;
  • все преимущества обусловленные особенностями физико-химических процессов при стандартном ЭШП сохраняются в технологических процессах ЭШП/ЭШН ЖМ;
  • производительность процесса может варьироваться широком диапазоне при сохранении экономической эффективности выплавки.

Безусловным преимуществом электрошлаковых технологий с применением жидкого металла (специалистам ЭШП это понятно особенно хорошо) является отсутствие необходимости изготовления, подготовки, и крепления расходуемых электродов. Известно, что от 40 до 60% стоимости ЭШП – это стоимость электродов. Отсутствие расходуемых электродов не только снижает затраты на получение слитка ЭШП, но и существенно уменьшает высоту печи, поскольку на рабочей площадке, остается, по сути, только разливочное устройство.

Кроме того, печь с использованием ЭШП ЖМ является наиболее универсальным агрегатом, поскольку она позволяет производить традиционные сплошные слитки, полые слитки, а также многослойные заготовки с коаксиальными и горизонтальными слоями (в том числе прокатные валки с высокопрочным наплавленным слоем и композиционные роторы энергетических турбин).