Электрошлаковый переплав

Электрошлаковый переплав — отечественный способ производства высококачественных слитков сталей и сплавов. Лежащий в его основе электрошлаковый процесс сначала был применен в качестве источника теплоты для ЭШС. В дальнейшем на основе глубокого изучения процесса ЭШС в ИЭС им. Е.О. Патова АН Украины были разработаны научные и практические аспекты ЭШП.

Вначале, в 1952—1956 гг., используя опыт ЭШС, электрошлаковую выплавку слитков осуществляли электродами малых сечений (проволока диаметром 6 мм). Для получения заданного химического состава металла в шлаковую ванну подавали сыпучую лигатуру (рис. 57, а). Опробование этого способа показало, что электрошлаковый процесс обеспечивает получение высококачественного металла. Однако в то время такой способ ЭШП не нашел промышленного применения из-за дороговизны шихтовых материалов и трудности обеспечения химической однородности слитка большого поперечного сечения.

В 1955—1956 гг. в ИЭС им. Е. О. Патона АН Украины были достигнуты дальнейшие успехи в области ЭШС и показана возможность ведения электрошлакового процесса электродами большого сечения. На основе достижений сварочной техники осуществлен переход от электрошлаковой плавки проволок к плавке стержней из стали заданного химического состава сначала небольших сечений (30—50 мм), а впоследствии — все больших. В настоящее время переплавляют электроды диаметром до 1200 мм.

За рубежом предшественником ЭШП считается способ, запатентованный Р.К. Гопкинсом, опробованный в 1940 г. фирмой «Келлог» (США). Keллог-процесс состоит в том, что в охлаждаемой изложнице с помощью электрической дуги постоянного тока, горящей под шлаком, переплавляют трубчатый электрод, формируемый из ленты (рис. 57, б), изготовляемой из металла, составляющего основу выплавляемого сплава (железо, никель). Легирование металла наплавляемого слитка осуществляется подачей внутрь трубчатого электрода измельченных ферросплавов, лигатур или чистых металлов.

Келлог-процесс имеет много общего со способом получения слитков ЭШП проволоки, предложенным ИЭС им. Е.О. Патона АН Украины. Однако между ними имеется принципиальное отличие. Для осуществления первого используется электрическая дуга постоянного тока, горящая под слоем шлака. В отечественном способе в качестве источника теплоты используют электрошлаковый процесс в режиме сопротивления на переменном токе.

Келлог-процесс не нашел широкого применения и в дальнейшем был вытеснен способом ВДП. Однако с появлением первых советских публикаций на тему ЭШП в CIIIA и других странах начали усиленно работать над воспроизведением этого способа, отождествляя его с Келлог-процессом, для реализации которого часто не создавали оригинального оборудования, а использовали печи ВДП.

Таким образом, ЭШП развивался под влиянием двух тенденций и двух направлений. Отечественный способ ЭШП формировался путем количественных изменений и модернизации ЭШС. За рубежом к практически таким же результатам пришли в основном путем видоизменения процесса и некоторой реконструкции оборудования ВДП. Начало промышленного освоения ЭШП относится к маю 1958 г., когда на электрометаллургическом заводе «Днепроспецсталь» была пущена первая печь для производства слитков диаметром до 300 мм. Затем ЭШП был освоен на многих заводах качественной металлургии, машиностроительных заводах и предприятиях цветной металлургии, причем создавались не только отдельные агрегаты, но и специализированные цехи ЭШП. Результаты исследований процесса и его промышленного применения обобщены во многих отечественных и зарубежной монографиях, нескольких специальных сборниках статей.

Ранее отмечалось, что в основу ЭШП положен электрошлаковый процесс. Его непременные атрибуты — электрический ток и расплав шлака — определяют практически все особенности этого способа получения высококачественного стального слитка: режимы плавления и рафинирования металла, его затвердевания, качество формирования поверхности и т. д. Поскольку ЭШП — пирометаллургический процесс, вначале кратко охарактеризуем особенности используемого источника теплоты.