За считанные секунды в шлаковом «чистилище» протекают реакции рафинирования, не достигающие такой степени глубины даже за многие часы обработки расплавов в сталеплавильной печи. В чем же причина такой быстротечности металлургических процессов при электрошлаковом переплаве? Прежде всего в мелкокапельном расплавлении электрода. Именно поэтому поверхность контакта расплавленного металла со шлаком в сотни и даже тысячи раз больше, чем при традиционной выплавке стали.

При ЭШП из металла удаляются газы, неметаллические включения, вредные примеси, в числе которых и главный враг стали — сера. Например, после электрошлакового переплава конструкционных сталей общее количество примесей в них снижается в 3 раза и более. И наконец, отметим, что процесс ЭШ-переплава создает исключительно благоприятные условия для кристаллизации металла. Количество жидкого металла все время остается таким небольшим, что ликвации — самому страшному для качества отливки процессу — просто негде разыграться. А характер отвода тепла от стенок формы и непрерывное поступление сверху жидкого металла с подогревом его служат гарантией того, что отливка, которая образуется из непрерывно снизу затвердевающего металла, получается отличного качества.

О масштабах применения ЭШП в нашей стране уже говорилось. Приведу лишь несколько цифр, которые наглядно показывают, какую выгоду народному хозяйству приносит использование сверхчистого металла. Так, подшипники железнодорожных вагонов, сделанные из стали ЭШП, позволяют вдвое увеличить межремонтный пробег. Подсчитано, что на каждой тонне шарикоподшипниковой стали, выплавленной в ЭШ-печи, удается сберечь более 300 рублей. На каждом буровом долоте, сделанном из стали ЭШП, экономится за счет повышения долговечности около 100 рублей. А ведь таких долот ежегодно требуется более миллиона штук.

Одна из самых замечательных технологий, изобретенных когда-либо человеком, несомненно, литье. До гениальности простая идея — получать из жидкого металла практически без отходов сразу готовое изделие, — казалось, должна была гарантировать литью безраздельное господство. Но по мере усложнения техники, не имея возможности обеспечить нужные свойства металлу, литье все больше и больше уступало свои позиции, и прежде всего ковке. А там, где оно продолжало лидировать, во многом подрывало свою репутацию, нагромождая вокруг отливки чуть ли не такие же по весу, идущие затем в отходы литники, прибыли. С их помощью литье пыталось справиться со своими «болезнями».

Ведущая роль

Но вот появилась совершенно новая литейная технология — ЭШП, которая впервые позволила сделать то, о чем еще можно было только мечтать; получать отливки со свойствами поковки. А раз так, то стали реальными и надежды на возвращение литью утраченных позиций.

Было ясно, что для этого в процесс ЭШП, приспособленный лишь для выплавки прямоугольных и круглых слитков, необходимо внести такие технологические и конструктивные изменения, которые превратили бы его в универсальный, с точки зрения литейного производства, то есть дали бы возможность получать отливки практически любой формы.

Задача эта была успешно решена в нашем институте в 1967—1968 годах. На основе электрошлакового процесса родилась еще одна очень интересная технология — электрошлаковое литье — ЭШЛ.

С тех пор прошло немного времени, но ЭШЛ уже получило в нашей стране довольно широкое применение. Высокая технологичность, высокий коэффициент использования металла, удивительная простота оборудования и технологии делают ЭШЛ весьма перспективным. Ему не нужны плавильные печи, разливочные ковши, земляные формы и другое оборудование традиционного литья. ЭШ-отливка не имеет прибылей, литниковых систем.

Все это позволяет значительно снизить трудоемкость получения изделий, их стоимость, коренным образом улучшить условия труда. Переоценить этот социальный эффект невозможно, ведь в литейном производстве у нас занято около 700 тысяч человек.

Острота проблемы экономии материальных и трудовых ресурсов делает особенно настоятельным широкое внедрение ЭШЛ. Это связано прежде всего с тем, что при замене поковок отливками на каждой тонне готового изделия экономится более двух тонн металла, причем около половины этого количества — за счет уменьшения объема механической обработки. Нетрудно представить себе, какой это может дать эффект в масштабах страны, если учесть, что на снятие тысячи тонн стружки затрачивается труд 160 рабочих, используется 100 металлорежущих станков, расходуется более 800 тысяч киловатт электроэнергии.

Возможности ЭШЛ и области его применения крайне разнообразны. Оно эффективно при изготовлении уникальных, мелкосерийных и даже (в отдельных случаях) массовых изделий. ЭШЛ широко используется при изготовлении различной арматуры, например, запорных клапанов и задвижек для паропроводов высоких и сверхвысоких давлений тепловых и атомных электростанций, химических и нефтехимических предприятий, литых труб из стали специального состава, деталей судовых дизелей, в металлургическом машиностроении, в производстве крупногабаритных колец, фланцев, сосудов высокого давления.

Создание участков электрошлакового литья доступно сейчас в принципе любому машиностроительному предприятию. Для этого существует оборудование, отработана надежная, высокоэффективная технология, что подтверждено всем опытом применения ЭШЛ.

Необходимость внедрения практически безотходной электрошлаковой технологии подчеркивалась еще на XXV съезде КПСС, а также в специальном постановлении, принятом Советом Министров СССР в 1976 году о развитии ЭШЛ.

В прошлой пятилетке были созданы крупные мощности по электрошлаковому литью практически во всех машиностроительных министерствах. Среди новых установок ЭШЛ уникальные агрегаты для отливки заготовок полубандажей цементных печей массой до 60 тонн, для отливки деталей крупных гидропрессов массой до 80—100 тонн и другие.

Нет никаких сомнений в том, что ЭШЛ будет и дальше развиваться быстрыми темпами как альтернатива кузнечно-прессовой технологии.

Электрошлаковое литье может стать серьезным конкурентом в классической литейной технологии. Но надо решить такую важную и принципиальную задачу, как разработка простых и надежных средств принудительного заполнения литейной формы жидким металлом. Без этого трудно рассчитывать на успешное совершенствование ЭШЛ.

Одно из интересных и перспективных решений задачи, несомненно, использование методов центробежного литья.

Хорошо известны достоинства и недостатки данного способа в его классическом виде, когда в машину заливают металл обычной выплавки. При заливке во вращающуюся форму электрошлакового металла получают деталь с хорошей поверхностью, которая практически не нуждается в механической обработке, с плотной макроструктурой и высокой степенью химической однородности. В этом главное преимущество центробежного электрошлакового литья перед обычным.

Естественно, что для осуществления нового процесса необходимо уметь накапливать требуемое количество жидкого электрошлакового металла, подлежащего заливке в центробежную машину.

В течение ряда лет не удавалось найти приемлемого инженерного решения этой непростой задачи. Ведь сущность электрошлакового процесса состоит не в накоплении металла, а в его непрерывной кристаллизации, соответствующей скорости расплавления твердых электродов или заготовок. Можно сказать, что электрошлаковому процессу (как сварке и наплавке, так и переплаву и литью) прямо противопоказано накапливание жидкого металла.

Вместе с тем для ЭШЛ деталей сложной формы нужно именно накапливать металл, а уже затем сливать его в стационарную или вращающуюся форму.

Как же накапливать электрошлаковый металл?

В нашем институте предложены два варианта устройств для накопления металла, получаемого в результате электрошлакового процесса. Каждое из этих решений имеет свои достоинства и недостатки. Лишь время даст ответ на вопрос о рациональных областях их применения. Но не вызывает сомнений сам по себе факт поистине коренных изменений, которые внесет новая электрошлаковая технология в литейное производство.