Электрошлаковое литьё – это способ, при котором жидкий металл, полученный методом электрошлакового переплава, транспортируется в водоохлаждаемый кристаллизатор, являющийся литейной формой.
От модификатора до литья
Инженерный центр технологий, оборудования, материалов (ИЦТОМ) появился в ОмГТУ сравнительно недавно – в 2009 году.
Создан он был для того, чтобы представлять на рынке промышленной продукции современные материалы, оборудование и технологии. За эти годы в стенах объединения появились центр инновационных 3D-технологий, малое инновационное предприятие «Супермодификатор сплавов» и, наконец, создан комплекс электрошлакового литья.
«Ваш ОРЕОЛ» уже писал об одной из разработок инженерного центра. В прошлом году мы очень подробно рассказали о супермодификаторе сплавов – «таблетке», содержащей наночастицы определённых соединений.
Такая таблетка может изменять структуру сплавов, а вследствие этого значительно улучшать их свойства – например, хладостойкость, жаропрочность и прочее.
Конечно, эти полтора года омские учёные не сидели на месте – к примеру, группа модификаторов для нержавеющих сплавов была расширена и усовершенствована.
А к концу 2012 года в инженерном центре совместно с другими малыми предприятиями был создан Комплекс технологический модульного типа для электрошлакового литья (КТМЭЛ).
Перспективная установка
Одним из перспективных способов получения качественного металла, чистого от газов и неметаллических включений, является электрошлаковый переплав, когда металл, проходя через расплавленный высокотемпературный флюс – специальный порошок или пасту, оставляет в нём газы и вредные примеси. А далее, попадая в кристаллизатор, он превращается в слитки. Их деформируют, раскатывают и получают очень качественный прокат.
Если же этот расплав заливают в литейную форму литейщики-машиностроители, то получается фасонная отливка. Её свойства значительно превосходят свойства отливок, полученных при других способах приготовления расплава.
— Электрошлаковое литьё – это один из способов изготовления фасонных отливок для элементов трубопроводов – фланцев, переходов, тройников и прочего, – поясняет директор инженерного центра Геннадий Митраков. — Способ позволяет уйти от прессования и штамповки, которые требуют больших вложений для создания производств.
Возможность изготавливать продукцию разных размеров из различных сплавов (от дешёвых до очень дорогих, поштучно или для массового производства) и при этом ограничиваться относительно низкими капитальными вложениями – это преимущества электрошлакового литья, которые прельщают промышленников и бизнесменов. Кстати, в Омске эта технология получила широкое распространение, хотя производственники сталкиваются с рядом трудностей при получении качественных фасонных изделий.
Разработка омских учёных позволяет справиться с ними. Так, в основу омского КТМЭЛ были заложены лучшие технические и технологические решения, однако более подробно обо всех ноу-хау его разработчики рассказать пока не могут – не на все разработки, используемые в комплексе, получены патенты. К тому же комплекс проходит стадию испытаний.
— Наш комплекс будет использоваться для двух целей. С одной стороны, мы наконец-то получим оборудование, на котором можно будет испытывать наши технологические разработки и модификаторы для сплавов. Ранее для этого нам приходилось проситься на чужие производства. А с другой стороны, комплекс можно будет тиражировать и продавать нашим производственникам. Благо потребности в нашей установке для электрошлакового литья у омичей уже есть, – делится своими мыслями Геннадий Митраков.
Практика
Около 40 малых предприятий занимаются в Омске получением изделий с помощью электрошлакового литья (такого нет ни в одном промышленном городе России).
Схема получения отливки электрошлаковым литьём:
1 — электроды (
стрелками показано направление их движения);
2 — кристаллизатор;
3 — стержень (
наружной стрелкой показано направление
его движения вверх; фигурной стрелкой – направление
потока охлаждающей воды);
4 — шлаковая ванна;
5 — расплав;
6 — отливка;
7 — затравка.
Как всё это происходит?
В начале процесса в водоохлаждаемый медный кристаллизатор (2) заливают предварительно расплавленный шлак специального состава. Электрический ток подводится к переплавляемым электродам (1) и затравке (7) в нижней части кристаллизатора.
Шлаковая ванна обладает малой электропроводностью. При прохождении через неё электрического тока выделяется большое количество тепла, что позволяет нагреть шлаковую ванну до плюс 1700 градусов и выше. При этом погружённые в неё концы электродов оплавляются. Капли расплавленного металла проходят через шлаковую ванну (4), собираются в зоне кристаллизации, образуя под слоем шлака ванну металлического расплава (5). Металлическая ванна непрерывно пополняется в верхней части расплавом от плавящихся электродов и последовательно затвердевает в нижней части вследствие отвода теплоты через стенки кристаллизатора. Электроды по мере их оплавления и затвердевания отливки (6) постепенно опускаются вниз. Для образования полости в отливке используют водоохлаждаемый металлический стержень (3), перемещающийся вверх.
При таком способе отпадает необходимость в тех же плавильных печах, приготовлении формовочных и стержневых смесей, формовке. Отливки же характеризуются высоким качеством металла и поверхности.
Вместе с тем для изготовления отливки требуется достаточно сложная и дорогостоящая литейная форма, специальные заготовки – электроды из проката или полученные предварительно литьём.
Применение:
металл особой прочности
Электрошлаковые фасонные отливки используются для изготовления крупных корпусов запорной арматуры паропроводов высокого давления, корпусов задвижек и других элементов фонтанной арматуры высокого давления для нефтяных и газовых скважин, для изготовления фланцев из высоколегированных сталей для химической аппаратуры, получения заготовок крупных шестерён и валов-шестерён и многих других деталей машиностроения.
Металл таких отливок по показателям вязкости и пластичности превосходит металл обычных отливок в два-три раза. Благодаря этому детали из электрошлакового литого металла могут использоваться для особо ответственных узлов, работающих при высоких нагрузках.
Исторический экскурс
В омском инженерном центре, создавая свой комплекс для электрошлакового литья, ориентировались и на достижения известных ещё с советских времён инженерных и научных школ, центров, например, такого, как институт электросварки им. Е. О. Патона (Украина). Здесь ещё в начале 1950-х годов был разработан метод электрошлакового переплава, который получил большое распространение не только в СССР, но и по всему миру.
В начале 1980-х годов много омских инженеров и научных работников занимались проблемами и способствовали развитию технологии электрошлакового литья фасонных отливок.
Досье
Геннадий Николаевич Митраков,
директор Инженерного центра технологий, оборудования, материалов
(ИЦТОМ ОмГТУ).
Геннадий Николаевич Митраков родился в 1950 году в Омской области.
Поступил в Дальневосточный государственный институт, но по семейным обстоятельствам вернулся в Омск.
Здесь окончил машиностроительный факультет Омского государственного технического университета (ОмГТУ) по специальности «Машины и технологии литейного производства». Работал в Новосибирске на заводе «Сиблитмаш».
Окончил аспирантуру ОмГТУ и защитил диссертацию. Кандидат технических наук.
В конце 1980-х годов организовал на кафедре литья ОмГТУ малое предприятие «Эксперимент».
В конце 1990-х - начале 2000 годов был директором Арматурно-фланцевого завода (г. Омск).
В 2009 году стал директором инженерного центра технологий, оборудования, материалов ОмГТУ.
——— • ———
Татьяна Белоусова
2013, Омск
Фото:
Мария Третьякова
Материалы сайта могут содержать информацию, не подлежащую просмотру
начало статьи