УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТЬЯ

Полезная модель относится к специальной электрометаллургии, а именно к электрошлаковому литью, и может быть использовано в машиностроении при получении биметаллических заготовок деталей сложной формы.
Задача изготовления элементов или токопроводящих узлов различных устройств и механизмов, которые обладали бы свойствами хорошей проводимости с одновременным обеспечением жесткости какого-либо токоведущего узла, всегда являлась актуальной в электротехнологии. Как правило, решение ее было связано с увеличением объема токопроводящего материала (в основном меди), что влекло за собой и частичное увеличение механической прочности. Такой путь, однако, имеет свои, довольно серьезные, отрицательные последствия, которые ведут к увеличению металлоемкости всего узла, и, как следствие, к его удорожанию. Кроме того, возникают ситуации, когда механическая обработка какого-либо токоведущего узла или элемента узла сама по себе чрезвычайно трудоемка, но необходима, и в этом случае неразъемное соединение двух разнородных металлов в одно целое позволяет упростить дальнейшую механическую обработку, а в некоторых случаях и вовсе ее исключить.
Известна установка электрошлакового литья для получения биметаллической заготовки, включающая расходуемые электроды, водоохлаждаемый поддон, на котором установлены панели кристаллизатора, по крайней мере, одна из которых имеет отверстие для установки в нем горизонтально заготовки-основы [А.с. СССР 1243365 от 22.11.83 г., заявка №3664690 от 22.11.83 г. зарегистрирована 8.03.86].
С помощью этой установки возможно осуществление приплавления друг к другу металлов (заготовка-основа и наплавляемый электродами слиток), температура плавления которых соизмерима. Панели кристаллизатора описанного устройства служат только для ограничения размеров наплавляемой отливки. Такая конструкция обладает низкими технологическими возможностями.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является установка для литья биметаллических слитков, содержащее шлаковую ванну, кристаллизатор, выполненный с возможностью размещения в нем заготовки из основного металла с зазором от стенки кристаллизатора и расходуемый электрод, устанавливаемый в этом зазоре [заявка: 95106284/02, 20.04.1995, опубликована 10.07.1997].
Недостатком этого устройства является то, что при его помощи невозможно получать биметаллические соединения на торцевых поверхностях длинномерных заготовок в силу того, что их технически не разместить внутри кристаллизатора. Кроме того, описанный способ предусматривает получение биметаллических соединений также из металлов, температура плавления которых практически не отличается или соизмерима.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность получения биметаллического соединения на торцевой поверхности длинномерной заготовки-основы, расширение технологических возможностей путем получения биметаллического соединения из металлов, температура плавления которых существенно отличается.
Этот технический результат достигается тем, что в установке электрошлакового литья, содержащей шлаковую ванну, кристаллизатор и расходуемые электроды, одна из боковых стенок кристаллизатора выполнена с отверстием для установки в нем заготовки из основного материала, размещаемой в кристаллизаторе с зазором от противоположной отверстию стенки, выполненной неохлаждаемой из материала, температура плавления которого выше температуры плавления материала заготовки-основы и материала электрода.
При этом отверстие в боковой стенке кристаллизатора может быть выполнено с возможностью установки в нем заготовки-основы под углом.
Заявляемая установка электрошлакового литья (рис.1) состоит из расходуемых электродов 1, водоохлаждаемого поддона 2, на котором смонтированы стенки (панели) 3 и 4 кристаллизатора, одна из которых 3 - неохлаждаемая, а другая 4, установленная напротив неохлаждаемой имеет отверстие для установки в нем заготовки-основы 5. При этом отверстие в боковой стенке кристаллизатора может быть выполнено с возможностью установки в нем заготовки-основы как горизонтально, так и под углом.
Полезная модель работает следующим образом. При ведении процесса электрошлакового переплава расходуемых электродов, капли жидкого металла попадают на водоохлаждаемый поддон 2, где застывают между панелями 3 и 4 кристаллизатора, образуя слиток. По мере роста слитка шлаковая ванна 6 поднимается и прогревает торец заготовки-основы 5, частично находящейся в «горячей зоне» кристаллизатора.
Материал заготовки-основы 5 и электродов имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления неохлаждаемой панели 3 кристаллизатора. В этом случае, при ведении процесса переплава расходуемого электрода (электродов) на повышенных мощностях, неохлаждаемая панель кристаллизатора может быть прогрета жидким шлаком и металлом расходуемого электрода до такой температуры, что произойдет диффузия металла электрода в металл неохлаждаемой стенки кристаллизатора на некоторую толщину. Заготовка-основа 5 в боковой стенке (панели) 4 кристаллизатора при необходимости может располагаться под углом.
Пример, процесс получения биметаллического соединения сталь + медь на торцевой поверхности медной трубы диаметром 300 мм.
По схеме медная труба - заготовка-основа 1 для получения охлаждаемого электрода дуговой вакуумной печи вставляется горизонтально в одну из наибольших стенок (панелей) стального неохлаждаемого кристаллизатора 2 так, что небольшая часть ее оказывается в «горячей зоне» кристаллизатора (рис.2). Горизонтальный и вертикальный размеры кристаллизатора незначительно превышают наружный диаметр медной трубы. Кроме того, вертикальный размер должен учитывать еще и необходимую высоту шлаковой ванны для осуществления такой технологической схемы ЭШЛ. Третий размер кристаллизатора, имеющего форму параллелепипеда и выполненного из стального листа 10…12 мм, зависит только от размеров имеющихся медных электродов 3. В качестве электродов могут быть использованы любые медные заготовки, в том числе и отходы. Для окончательной замкнутости рабочей полости кристаллизатора в торцевую часть медной трубы - заготовки-основы 1 по внутреннему ее диаметру вставляется с натягом графитовая шайба 4, которая предотвратит перелив расплавляемой меди по образующей трубы. Процесс переплава расходуемого электрода (электродов) 3 ведут на повышенных мощностях для осуществления приплавления переплавляемой меди к противоположной от трубы наибольшей плоскости стального кристаллизатора 2. По окончании процесса заготовка представляет собой медную трубу, приплавленную к медной отливке, ограниченной со всех сторон сталью и приплавленной неразъемно к последней (рис.3). Далее при помощи механической обработки убирают все объемы металла, выходящие за пределы наружного диаметра трубы. С противоположной трубе стороны отливки растачивается отверстие по внутреннему ее диаметру до соединения с основным диаметром трубы. Таким образом, получена отливка в виде медной трубы со стальным кольцом по одному из ее торцов, к которому при помощи традиционной ручной дуговой сварки может быть дополнено любое продолжение (рис.4).