Технологическое оборудование литейных цехов

Содержание

Введение

1. Печи для выплавки цветных металлов

2. Классификация плавильных печей

3. Пламенные печи

4. Электрические печи

5. Особенности плавки цветных металлов и сплавов

Заключение

Список литературы

Введение

Литейное производство - одно из древнейших ремёсел, освоенных человечеством. Первым литейным материалом была бронза. В древности бронзы представляли собой сложные сплавы на основе меди с добавками олова (5-7 %), цинка (3-5 %), сурьмы и свинца(1-3%) с примесями мышьяка, серы, серебра (десятые доли процента). Зарождение выплавки бронзы и получения из нее литых изделий (оружия, украшения, посуды и др.) в разных регионах относится к 3--7 тысячелетию до н. э. По-видимому, почти одновременно была освоена плавка самородных серебра, золота и их сплавов. На территории, где жили восточные славяне, развитое литейное ремесло появилось в первых веках н. э.

Большой шаг вперед в развитии бронзового литья был сделан, когда началось литье колоколов и пушек (XV--XVI вв.). Широко известно мастерство и искусство русских умельцев, изготовивших уникальные бронзовые отливки -- «Царь-пушку» массой 40 т (Андрей Чохов, 1586 г.), и «Царь-колокол» массой 200 т (Иван и Михаил Моторины, 1736 г.).

Следующий этап развития литейного производства цветных металлов и сплавов начался примерно с 1910--1920 гг., когда были разработаны новые сплавы, прежде всего на основе алюминия и несколько позже на основе магния. Одновременно началось освоение фасонного и заготовительного литья из специальных бронз и латуней -- алюминиевых, кремниевых, марганцевых, никелевых, а также освоение производства слитков из никеля и его сплавов. В 1920--1930 гг. создаются цинковые сплавы для литья под давлением. В 1930--1940 гг. получает развитие фасонное литье из никелевых сплавов. Период 1950--1970 гг. был ознаменован разработкой технологии плавки и литья титана и его сплавов, урана и других радиоактивных металлов, циркония и сплавов на его основе, молибдена, вольфрама, хрома, ниобия, бериллия и редкоземельных металлов.

Освоение новых сплавов потребовало коренной перестройки технологии плавки и плавильного оборудования, применения новых формовочных материалов и новых способов изготовления форм. Массовый характер производства способствовал разработке новых принципов организации производства, основанных на широкой механизации и автоматизации процессов изготовления форм и стержней, плавки, заливки форм, обработки отливок.

Начиная с 1920--1930 гг. для плавки цветных [металлов и сплавов широко применяют электрические печи -- сопротивления, индукционные канальные и тигельные. Плавка тугоплавких металлов практически оказалась возможной только при использовании дугового разряда в вакууме и электронно-лучевого нагрева. В настоящее время идет освоение плазменной плавки, на очереди -- плавка лазерным лучом.

1. Печи для выплавки цветных металлов

Плавкой называют комплекс физико-химических процессов, протекающих в плавильных печах при переработке заранее подготовленных материалов. Целью плавки является получение при определённой температуре сплава в жидком состоянии заданного химического состава, обладающего необходимыми литейными свойствами.

Технология плавки содержит различные операции, проводимые в течение времени, регламентируемого типом плавильной печи, ее вместимостью и составом сплава.

Процесс плавки целесообразно рассматривать, применяя метод системного анализа. Системами объекта является вход, операции процесса, выход и обратная связь (рис.1)

Вход состоит из обрабатываемого материала и оборудования, на котором обработка осуществляется. И то и другое вместе составляют процесс. Для осуществления плавки необходимо два основных элемента, образующих процессор: рабочее пространство плавильной печи и источник генерации тепловой энергии. Выход - результат процесса. Процесс (операции) превращает вход в выход.

Все процессы плавки цветных сплавов моно подразделить на монопроцессы и полипроцессы (рис.2)

Характерной особенностью монопроцесса, наиболее распространенного при литье цветных сплавов, является осуществление всех операций плавки в одной плавильной печи. Полипроцессная плавка или доводка металла осуществляется постадийно в двух или нескольких плавильных печах или установках. Полипроцессы применяют в крупносерийном и массовом производстве отливок и особенно при очень высоких требованиях к сплавам по наличию в них вредных примесей.

Параметрами процесса плавки является температура и давление, которые зависят от типа плавильного агрегата и назначения (химического состава) сплава. Температурные интервалы ( ⁰С) плавки цветных сплавов на основе: магния - 650 - 720, алюминия - 720 - 780,меди - 1000 - 1250, никеля - 1400 - 1650.

2. Классификация плавильных печей

По виду используемой для плавки сплавов энергии плавильные печи подразделяют на пламенные и электрические. Пламенные печи (рис.3) подразделяют на тигельные (Т), отражательные (О).

а - тигельная; б - отражательная

В электрических печах электроэнергия преобразуется в тепловую энергию, которая передаётся в рабочую камеру с помещёнными в ней нагреваемыми материалами. Электрические печи классифицируют по способу преобразования электрической энергии в тепловую и передачи ее к нагреваемым материалам. Различают печи (рис.4 и 5):сопротивления, индукционные, электродуговые, плазменные, электрошлаковые, электронно - лучевые.

Печи сопротивления применяются для плавки свинцовых, оловянных, цинковых, магниевых и алюминиевых сплавов.

В индукционных плавильных печах нагревают электропроводящие материалы, помещая их в переменное электромагнитное поле. По конструктивному исполнению индукционные печи подразделяют на тигельные и канальные.

Электродуговые печи по принципу передачи тепла подразделяют на печи косвенного и непосредственного нагрева.



Рис.4. Схемы Электрических плавильных печей сопротивления и индукционных:

а - тигельная; б - отражательная; в - индукционная тигельная; г - индукционная - канальная.

В печах косвенного нагрева теплота передается излучением непосредственно от дуг футеровки (ри.5,а). В печах непосредственного нагрева - от дуги (рис. 5, в и г).

В основу электронно - лучевого переплава (ЭЛП) металлов положен принцип преобразования электрической энергии в тепловую вследствие бомбардировки поверхности металла потоком свободных электронов. Для осуществления ЭЛП необходимо иметь герметичную камеру, в котором создается вакуум , поток свободных электронов и ускоряющее электрическое поле. Имеются различные технологические схемы ЭЛП (рис. 5,д, е, и).

Среди разнообразных схем, предлагаемых для плавки металла с помощью плазмы, наиболее перспективным является переплав в плазменно - дуговых печах (ПДП), которые могут работать на постоянном и переменном токе. ПДП в основном применят двух типов: для переплава с кристаллизацией металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе (рис. 5, и)



Рис.5. Схемы специальных конструкций электрических плавильных печей:

а - электродуговой косвенного действия; б и в - электродуговых для плавки соответственно в гарнисажном тигле и водоохлаждаемом кристаллизаторе; г - электрошлаковой печи; д и е - электронно-лучевой для плавки соответственно в водоохлаждаемом кристаллизаторе и тигле; ж, з, и - плазменные для плавки соответственно в огнеупорной камере, водоохлаждаемом кристаллизаторе и тигле.

3. Пламенные печи

В тигельных плавильных печах предусматривают графитовые, графито - шамотные, литые, чугунные или сварные стальные тигли, в которых расплавляют шихтовые материалы и доводят сплавы до заданного химического состава.

Стационарные и поворотные тигельные печи применяют для плавки, выдержки и подогрева оловянных, свинцовых, цинковых, магниевых, алюминиевых и медных сплавов.

Преимущества тигельных печей:

- простота конструкции, надежность в эксплуатации.

- хорошая маневренность при переходе от плавки сплава одного химического состава к сплаву с другим составом.

- удобство проведения различных технологических операций (легирования, рафинирования, дегазации, модифицирования).

- отсутствие контакта с продуктами сжигания топлива, что обеспечивает минимальный угар компонентов сплава и снижает возможность перехода вредных газообразных примесей в металл.

- возможность применения для разливки металла отдельными порциями дозаторов, манипуляторов, роботов.

Недостатки тигельных печей:

- малая вместимость (100 - 500 кг.), невысокая производительность, повышенный расход топлива.

- неудобство в разливки металла, в случае необходимости вынимать тигель из печи или производить разбор разливочной ложкой( небольшим ковшом), что не только удлиняет продолжительность разливки, но и ухудшает качество металла ( особенно последних порций),а следовательно и отливок.

В качестве топлива применяют, как правило газ, реже - мазут. Для сжигания газа применяют горелки низкого давления.

Для плавки магниевых сплавов применяют стальные тигли; для плавки оловянных, свинцовых, алюминиевых сплавов - чугунные; для плавки медных и алюминиевых сплавов - графитошамотные.

Недостатком металлических тиглей является растворение железа во время плавки и перехода его в состав сплава, что ухудшает качество сплава. С целью предотвращения этого процесса внутреннюю поверхность тиглей и плавильного инструмента окрашивают или обмазывают специальными составами.

Для пламенных отражательных печей характерны повышенная вместительность (до 12 - 15т.) и производительность, возможность использования крупногабаритной шихты при механизированной загрузке, простота обслуживания.

Эти печи применяют для плавки алюминиевых, реже магниевых и медных сплавов в цехах фасонного литья с большим годовым выпуском и в цехах заготовительного производства.

4. Электрические печи

Печи сопротивления.

Тигельные электропечи сопротивления используют для плавки алюминиевых сплавов, масса получаемого сплава до 250 кг. Эти печи применяют как плавильно-раздаточные для поддержания температуры расплава перед заливкой в кокиль или другие формы, рафинирования и модифицирования сплавов.

Электропечи САТ (рис.6) предназначены для рабочей температуры до 800⁰С; работают на промышленной частоте 50 Гц; средний удельный расход электроэнергии 0,45 - 0,60 кВт ^. ч/кг; КПД печи 0,50 - 0,55.

В камерных электропечах сопротивления САК применяют металлические и карборундовые нагреватели; в электропечах - миксерах САКМ - проволочные нихромовые. Эти печи работают на токе частотой 50 Гц, обеспечивая температуру 750 - 800⁰С; расход электроэнергии 0,60 - 0,65 кВт^. ч/кг.



Рис.6. Электропечь сопротивления САТ 0,16-И2

1-Нагреватели; 2 и 6 -термопары; 3-тигель; 4 - футеровка; 5 - кожух; 7 -крышка.

В отражательных печах сопротивления нагрев шихтовых материалов и ванны расплавленного металла осуществляется нагревательными элементами, расположенными у свода печей. После готовности металл сливают, наклоняя печь.

Наибольшее применение в производстве слитков из цветных металлов получили индукционные печи с железным сердечником.

Индукционные печи бывают:

- однофазные (для сплавов на медной основе), емкостью 600кг., мощность до 200квт., производительность до 20т/сутки. Рис.7

- двухфазные, мощностью до 370квт., производительность до 30т/сутки.

- трехфазные, мощностью до 900квт, производительность свыше 60т\сутки. Рис.8

- сдвоенные трехфазные.

Число фаз определяется мощностью или объемом печи.



Рис.7 Однофазная одноканальная печь для плавки сплавов на медной основе емкостью до 600кг.

1 - рабочая камера; 2 - канал; 3 - сердечник.

Преимущества индукционных печей:

- электрическая энергия передается непосредственно в нагреваемый металл, что значительно увеличивает скорость нагрева по сравнению с печами косвенного действия, в которых нагревается только поверхность материала;

- достигаемая температура металла лимитируется только огнеупорностью футеровкой печи;

- упрощается конструкция печей;

- возникающие в расплаве электродинамические усилия вызывают циркуляцию металла в тигле, что ускорят процесс плавки и способствует получению металла со стабильными свойствами;

- высокая производительность труда, хорошие санитарно - гигиенические и экологические условия производства.

По принципу действия индукционные печи подразделяют на две группы:

- печи с замкнутым магнитопроводом (канальные печи с закрытым и открытым каналом, в которой роль вторичной катушки играет короткозамкнутый канал, заполненный жидким металлом).



Рис.8 Трехфазная индукционная печь для плавки цветных металлов.

1-токоподвод; 2-установка вентилятора; 3- рабочая площадка; 4- крышка; 5-концевые выключатели; 6-плунжер.

- без замкнутого магнитопровода (тигельные печи - открытые и вакуумные)

Индукционные плавильные канальные печи для плавки цветных металлов и сплавов работают на частоте 50 Гц; тигельные - на частоте 50 -1000 Гц. Такие печи применяют для плавки цинка, алюминия, меди и сплавов на их основе.

Для непрерывной работы целесообразно использовать - канальные печи, а для периодической работы и при изменении химического состава сплава - тигельные.

Индукционные канальные печи. В соответствии с ГОСТ 10487 - 75 индукционные канальные печи (ИКП) используют для плавки: алюминия и его сплавов (печи ИАК); меди и её сплавов - латуней ИЛК. На (рис.9) показана индукционная канальная печь емкостью 600кг для плавки латуней.



Рис. 9 Индукционная канальная печь ИЛК -0,6

1 - загрузочное окно; 2- ванна; 3 - индукционная единица; 4 - канал; 5 - индуктор; 6 - магнитопровод; 7 - воздушное охлаждение футеровки канала; 8 -токоподвод к индуктору; 9 - ось поворота печи; 10 - сливной носок.

Для повышения стойкости футеровки при эксплуатации ИКП не рекомендуется использовать загрязненные шихтовые материалы, стружку, сплавы на медной основе в состав которых входят свинец и олово. При перерывах в работе печи в канале должен быть остаток металла для создания замкнутой вторичной цепи.

Индукционные тигельные печи для плавки цветных сплавов на основе алюминия, магния, меди и никеля независимо от химического состава выплавляемого сплава имеют одинаковые конструкционные узлы и отличаются, в основном, производительностью и мощностью электрооборудования.

На (рис. 10) приведена индукционная тигельная печь для плавки алюминиевых сплавов емкостью 2,5 т. Набивной тигель печи расположен внутри индуктора, который выполнен из медной трубки, имеет электрическую изоляцию витков друг от друга и охлаждается водой. Для уменьшения тепловых потерь тигель закрывается футерованной крышкой. Печи для плавки алюминиевых сплавов питаются током промышленной или повышенной (500 период/с) частоты

Рис.10 Индукционная тигельная печь ИАТ -2,5

1-каркас; 2- тигель; 3- индуктор; 4-ось поворота печи; 5-сливной носок; 6-крышка; 7-токоподвод к индуктору

Электропечи работают по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемый индуктор, а вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой - находящийся в тигле металл.

Электропечь, снабженную комплектом оборудования, необходимым для её работы, называют индукционной установкой или комплексом. Индуктор печи представляет собой многовитковую водоохлаждаемую катушку, выполненную из прямоугольной медной трубки.

Для защиты металлоконструкций от полей рассеяния снаружи индуктора предусматривают магнитопроводы, набранные из листов трансформаторной стали.

На всех печах и особенно на печах вместимостью, больше 1 тонны, для уменьшения потерь теплоты излучением во время плавки тигель закрывают футерованной крышкой.

Тигли для плавки алюминиевых сплавов изготавливают набивкой и спеканием шамотно - кварцитовой массы (основа AL₂O₃ и SIO₂₎ или из жаростойкого бетона (тонкомолотый магнезит, шамотный заполнитель и жидкое стекло).

Для плавки магниевых сплавов применяют печи со стальными сварными или литыми тиглями и крышками специальной конструкции. В печи с такой крышкой можно вести плавку в нейтральной защитной среде.

Печи для плавки медных сплавов футеруют высокоглиноземистой или кварцитовой массой.

Замену тиглей проводят при износе стенок в любом месте на 30% во избежание выхода из строя индуктора и выброса металла из печи. Состояние тиглей контролируют визуально.

Стойкость тигля зависит от способа загрузки, периодичности чистки и проведения мелкого ремонта, а также от соблюдения технологии изготовления тигля и плавки металла.

Индукционные вакуумные плавильные электропечи. Соответствующий ГОСТ устанавливает следующие типы и номинальные вместимости (т) электропечей: ИМВ (для плавки меди и её сплавов); ИАВ (для плавки алюминия и его сплавов).

По способу нагрева печи подразделяют: по воздействию на металл - на печи прямого и косвенного; по характеру работы - на периодического и полунепрерывного действия.

В индукционных вакуумных печах прямого нагрева токи индуктируются непосредственно в шихтовый материал, а в печах косвенного нагрева - во вспомогательном нагревателе (муфеле), который устанавливают между индуктором и шихтовыми материалами.

В индукционных вакуумных печах периодического действия расплавление металла и дегазацию проводят под вакуумом; разливку - либо под вакуумом, либо в среде нейтрального газа; завалку шихты, установку и удаление изложниц (форм), зачистку и подготовку тигля при открытой плавильной камере.

Емкость поворотных печей для плавки цветных металлов с разливкой в изложницу (форму) не превышает 100 - 200 кг. Печи снабжены маломощными откачными системами из-за сложности сопряжения поворотного кожуха печи с вакуумной системой.

Печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха представляют собой стационарную вакуумную камеру, внутри которой вмонтирован индуктор. Вместимость печей достигает нескольких тонн.

Недостаток печей - вынужденный простой при необходимости откачки печей во время охлаждения отливок и перед началом плавки.

В печах полунепрерывного действия рабочий цикл происходит без нарушения вакуума в плавильной камере. Печи полунепрерывного действия состоят из тигля, наклоняющегося внутри неподвижного кожуха, плавильной камеры, камеры для загрузки шихты и форм. Количество плавок зависит от стойкости тигля. Применяются печи для получения электродов и фасонных отливок методом точного литья по выплавляемым моделям. В печах предусмотрены устройства для ввода присадок, взятия проб металла, пробивки “мостов”, чистки тигля, измерения температуры без нарушения вакуума в плавильной камере. Для подогрева шихты, форм или изложниц соответствующие камеры оснащены нагревателями.

В поворотных печах полунепрерывного действия металл сливают через промежуточный желоб поворотом плавильной камеры. Камеры для заливки металла сменные, что позволяет производить заливку металла в изложницы методом непрерывного литья, в стационарные формы - методом точного литья, методом центробежного литья.

Недостатком индукционных вакуумных печей полунепрерывного действия является наличие промежуточного желоба, который служит источником дополнительных загрязнений разливаемого металла.

Футеровка индукционных вакуумных печей должна удовлетворять следующим требованиям: обладать упругостью пара составляющих при рабочих температурах, минимальным газовыделением, не образовывать летучих, легко диссоциирующих соединений.

При плавке меди в вакуумных печах для набивки тиглей применяют: 99% белого электрокорунда и 1% буры; в верхней слой футеровки тигля добавляют 4% жидкого стекла.

Для получения меди высокой чистоты, тигли изготавливают набивкой из малозольного графита ГМЗ - МТ.

Тигли для плавки алюминиевых сплавов изготавливают набивкой из жаростойкого бетона с массовыми долями компонентов, %: тонкостенного магнезита 28,8; шамотной крошки фракции 0,15 - 0,5 мм 25,0; шамотной крошки фракции 5 - 10 мм 30,0; кремнефтористого натрия 1,2; жидкого стекла плотностью 1,36 - 1,38 г/см³ 15,0. Обжигают бетон при 800 - 900 ⁰С.

Тигли для плавки сплавов на никелевой основе изготавливают из смеси, содержащей, % (масс. доля): магнезитового порошка 60 - 70; электрокорунда или глинозема 30 - 40 ; диоксида циркония 5 и оксида титана 2. Смесь плавят в дуговых печах, после охлаждения размалывают и разделяют на фракции с размером зерен 1 - 5 мм и менее 1мм, затем смешивают в пропорции 50:50 и вводят, % (масс. доля): борной кислоты 0,7 - 1,2; воды 3 - 4 . Для плавки верхнего слоя тигля в массу добавляют жидкое стекло; прокалку, проводят при 1400 ⁰С.

Для плавки цветных сплавов широко применяют вставные графитовые тигли. Зазор между тиглем и индуктором заполняют теплоизоляционным порошком, уплотняемым трамбовкой.

Применение готовых тиглей сокращает ремонтные простои, однако эти тигли недостаточно прочны.

Дуговые печи. По способу нагрева различают следующие дуговые электропечи: прямого нагрева, косвенного, смешанного, плазменного и оптического.

В печах прямого нагрева - дуга горит между электродом и нагреваемым теплом; в печах косвенного нагрева - между электродами (тепло к нагреваемому телу передается излучением от дуги и футеровки, нагреваемой дугой).

В печах смешанного нагрева дуга горит между электродом и нагреваемым телом, но значительное количество тепловой энергии выделяются в нагреваемом теле с большим электрическим сопротивлением.

При плазменном нагреве основное количество теплоты выделяется в столбе плазменной дуги.

Особым видом нагрева является оптический дуговой нагрев, когда теплота от дуги, горящей между электродами, передаётся к нагреваемому веществу с помощью оптических систем.

При производстве отливок из цветных металлов и сплавов дуговые электропечи применяют для плавки и выдержки (в качестве миксеров) металла.

Дуговые однофазные печи (ДМК) косвенного нагрева применяют для плавки меди и ее сплавов (бронз, латуней). Расплавление и перегрев металла в печах проводят независимой дугой, питающейся однофазовым трансформатором, переменным током от специального трансформатора.

Продолжительность расплавления 30 - 60 мин.; угар металла 6 - 7 %.

Печь состоит из стального цилиндрического кожуха, футерованного шамотным кирпичом. В торцовых стенках имеются отверстия для вода графитовых электродов, между которыми зажигается дуга. Для перемешивания металла и выравнивания температуры печь в процессе плавки непрерывно покачивается.

Плазменные печи. Плазменно-дуговые и плазменно-индукционные печи применяют для получения слитков и отливок из медных и никелевых сплавов.

В плазменно-дуговых печах низкотемпературная плазма является независимым источником тепла, что позволяет проводить плавку из компактной шихты. Плазменно-индукционные печи дополнительно оборудуют плазменной приставкой.

5. Особенности плавки цветных металлов и сплавов

Общие положения

По характеру взаимодействия с кислородом цветные металлы и сплавы подразделяют на три группы. К первой относятся металлы, заметно не растворяющие кислород (алюминий, магний, цинк и их сплавы). Пленки оксидов этих металлов резко понижают пластические свойства отливок. Поэтому необходимо предотвращать попадание плен в металл при заливке и стремится к минимальному перемешиванию поверхности зеркала металла.

Ко второй группе относятся металлы, образующие с кислородом область жидких растворов (медь, никель, титан, хром, серебро и сплавы на их основе). Плавка этих металлов и сплавов требует специальной защиты зеркала металла от кислорода и специальных технологических приемов для его удаления.

Третью группу составляют металлы, не взаимодействующие с кислородом и не требующие защиты от него (золото и платина).

Легколетучие компоненты, как правило, вводят в сплав в последнюю очередь, а сплав готовят в закрытых печах или под слоем покровного флюса. Не допускается также взаимодействие сплава с футеровкой плавильной печи. Магниевые сплавы способны восстанавливать кремний из оксидов; такой же процесс характерен для алюминиевых сплавов. Медь, и олово не восстанавливают кремний из SiO₂, однако при получении медных сплавов, содержащих хром, титан или цирконий, необходимо использовать магнезитовую футеровку из-за способности этих металлов восстанавливать кремний. Помимо химических реакций восстановления возможны и другие реакции, например, растворение графитовых тиглей, «металлизация» футеровки, образование легкоплавких соединений и т.д.

Алюминиевые сплавы.

В зависимости от видов сырья, масштабов и специфики производства для плавки алюминиевых сплавов применяют в основном тигельные, отражательные и индукционные печи. Универсальными являются пламенные отражательные печи, в которых можно плавить практически любое сырьё: свежий чушковый металл, крупнокусковой лом и стружку. Наиболее распространены двухкамерные печи, состоящие из плавильной камеры и копильника и обогреваемые газообразным топливом. Емкость печей от 10 до 50 тонн, а иногда и более Рациональным огнеупорным материалом для их футеровки является магнезит. Широко применяют также шамот как наиболее доступный и дешевый материал.

Алюминиевые сплавы легко окисляются при расплавлении, насыщаются водородом и другими неметаллическими включениями.

Основные окислители - кислород и пары воды. В зависимости от температуры, парциального давления кислорода и паров воды, а также кинетических условий взаимодействия при окислении образуется оксид алюминия (AL ₂O₃) и субоксиды (AL₂ O и ALO).

Порядок загрузки шихтовых материалов: чушковый алюминий, крупногабаритные отходы литейных и механических цехов (литники, некачественные отливки, брикетизированная стружка и т.п.), переплав, лигатуры (чистые металлы). Компонент шихты вводят в жидкий металл при температуре, ⁰С: 730 (не выше) - стружку и мелкий лом;740 - 750 медь; 700 -740 кремний; 700 - 740 лигатуры. Цинк загружают перед магнием к концу плавки. Температуру нагрева литейных алюминиевых сплавов не должна превышать 800 - 830⁰С.

Обязательной операцией является рафинирование от неметаллических включений и растворенного водорода.

Основным источником водорода являются пары воды, оксидные пленки на шихтовых материалах, легирующие элементы и лигатуры. Максимальная скорость плавки и минимальная длительность выдержки расплава в печи перед разливкой способствуют повышению его чистоты.

Уменьшение компактности и увеличение удельной поверхности шихтовых материалов оказывают существенное влияние на степень загрязнения алюминиевых сплавов неметаллическими включениями и водородом.

Магниевые сплавы.

При плавки необходимо защищать эти сплавы от окисления и насыщения водородом, так как это приводит образованию микропористости в оливках.

Плавку литейных магниевых сплавов ведут следующими способами: в стационарных и выемных тиглях и дуплекс - процессом (отражательная печь - тигель или индукционная печь - тигель). Технология приготовления сплава этими способами одинаковы, различие состоит лишь в технологии заливки и составов применяемых флюсов.

Шихтовые материалы не должны содержать продуктов коррозии, масла, эмульсии и прочих загрязнений. Отходы (литники, прибыли, бракованные отливки) очищают на дробеструйной установке или переплавляют.

При плавке магниевых сплавов соблюдают следующий порядок загрузки шихтовых материалов: магний (отходы и возврат), лигатуры, алюминий, цинк и кадмий. Добавки церия, кальция и бериллия вводят перед самой разливкой. При переплаве возврата кальций выгорает полностью, что следует учитывать при расчете шихты. После присадки легирующих элементов сплав перемешивают 5 - 7 мин. и отбирают пробы для определения химического состава.

При плавке в стационарных ( стальных) тиглях их нагревают до 400 - 500 ⁰С, после чего загружают флюс ВИ2, в количестве 10 % от массы шихты. В расплавленный флюс небольшими порциями загружают нагретые до 120 - 150 ⁰С шихтовые материалы. Сплав нагревают до 700 - 720 ⁰С, проводят рафинирование и модифицирование. Сплав выстаивается 10 - 15мин., из него отбирают пробы и ручными ковшами проводят разливку.

Выплавка сплавов дуплекс - процессом в отражательных печах ведется под слоем флюса. Из печей сплав переливают в выемные тигли, в которых проводят рафинирование и модифицирование.

При плавке в индукционных печах на дно тигля загружают часть мелкой шихты, а затем компактно - крупные куски. Промежутки между кусками заполняют мелочью, сверху засыпают флюс. После расплавления и перегрева расплав переливают в выемные тигли.

Образующаяся на поверхности расплава пористая пленка оксида магния не предохраняет его от окисления и загорания. Легирующие компоненты (иттрий, церий, лантан, неодим и литий) усиливают окисление. Алюминий, медь, серебро, индий, никель, свинец, сурьма, олово и цинк понижают температуру воспламенения магния. Для замедления окисления струи металла при получении фасонных отливок применяют сернистый газ(SO₂), углекислоту ( СО₂).

Магниевые сплавы не рекомендуется перегревать выше 750⁰С, так как в этом случае образуются включения нерастворимого нитрида магния (Mg₃N₂), снижающие коррозионную стойкость и пластические свойства отливок из магниевых сплавов.

Магниевые сплавы при температуре плавки поглощают водород (до 30 см³ каждые 100г.) Для предотвращения взаимодействия магния с печными газами плавку ведут под флюсами или среде защитных газов.

При приготовлении магниевых сплавов необходимо следить за состоянием поверхности жидкого металла. Если металл начинает гореть, его необходимо засыпать порошкообразным флюсом.

Медные сплавы.

Медные сплавы плавят в пламенных, дуговых и индукционных печах. Плавка большинства медных сплавов на воздухе сопровождается окислением элементов шихты и растворением водорода. Окислением сплавов, содержащих алюминий, кремний, бериллий, происходит с образованием плотной оксидной пленки на поверхности расплава, которая оказывает влияние на механические свойства отливок. Медные сплавы при затвердевании склонны к образованию газовой пористости (за исключением латуни), особенно характерной для сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации, в частности для оловянных бронз.

Для защиты от окисления плавку медных сплавов ведут под слоем древесного угля или флюса.

Шихту следует загружать в печь, нагретую до 600 - 700⁰С. Сначала загружают медь по частям или полностью. Если в состав шихты входит никель, его загружают вместе с медью. Расплав перегревают до 1200⁰С и раскисляют фосфористой медью (0,3 - 1 % массы меди). После перемешивания сплава счищают шлаки, в несколько приемов загружают отходы и чушки переплава из стружки, подогретые до 100 - 150⁰С.

При температуре расплава 1160 - 1200⁰С вводят цинк, олово и свинец.

В нагретую до700⁰С печь загружают медь и железо. Поверхность расплава должна быть покрыта древесным углем или флюсом, содержащим, % (масс. доля): битого стекла 90; полевого шпата 10.

После расплавления шихты при температуре 1200⁰С расплав раскисляют фосфористой медью (0,1 - 0,2%). Затем вводят лигатуры: медь - марганец и т.д. Последней добавляют медно - алюминиевую лигатуру.

Если в состав шихты входят чистый никель, марганец и железо, то сначала вводят железо и марганец, а затем никель.

При плавке латуней в качестве шихтового материала применяют чушки, возврат, переплав стружки и лигатуры.

После подогрева печи в неё загружают чушки и расплавляют их. Сгущают шлак и загружают возврат и переплав; по необходимости подшихтовывают лигатурами.

Никелевые сплавы.

Плавку никеля ведут в индукционных канальных и тигельных печах, реже дуговых, для вакуумной техники - в вакуумных индукционных тигельных печах. Футеровка печей основная или нейтральная. При плавке в индукционных канальных печах с железным сердечником промышленной частоты под набивают огнеупорной массой следующего состава, % (масс. доля): плавленого магнезита 98,буры или борной кислоты 2. Высокочастотные печи футеруют массой состава, % (масс. доля): магнезита 90, жидкого стекла 8 и воды 12.

Плавку ведут под слоем флюса, состоящего из стекла (бутылочный бой), плавикового шпата, извести, молотого магнезита со стеклом и других компонентов: расход флюса составляет 5 - 10 % от массы шихты, толщина слоя флюса, покрывающего зеркало ванны, 10 - 15 мм.

Не допускается использовать в качестве флюса древесный уголь и гипс. Шихтовыми материалами для плавки чистого никеля являются катодный никель Н0 и Н1, гранулы никеля и крупные никелевые отходы собственного производства в количестве, не превышающем 50% от массы шихта.

Очистку никеля от кислорода и серы проводят при температуре расплава 1500 - 1600 ⁰С с применением комплексного раскислителя, содержащего углерод, который загружают в печь вместе с шихтой в виде графитового боя или лигатуры Ni - C: содержание углерода 1.5 - 2 % (масс. доля). Расход комплексного раскислителя составляет 0,18 - 0.225 от массы расплава (углерода 0,05 - 0,1%, кремния 0,07 - 0,15%, марганца 0,05 - 0,02%, магния 0,05 - 0,1%). Избыточное количество углерода придает никелю хрупкость. Для раскисления никеля используют также силикокальций, содержащий 23% Са; силикокальций вводят в таком количестве, чтобы в никеле содержалось 0,05 - 0,1% (масс. доля) Са.

Перед разливкой расплава по формам (1600⁰С) флюс сгущают, засыпая на поверхность расплава молотый магнезит в количестве 0,2% от массы шихты во избежание попадания флюса в полость формы.

Очистку никелевых сплавов от растворенных газов проводят наведением окислительного шлака (MnO₂ + CuO + Na₂CO₂ + SiO₂) или продувкой расплава инертными газами (аргоном или гелием).

Для повышения уровня эксплуатационных свойств никелевых жаропрочных сплавов их модифицируют присадками бора (0,01 - 0,03%) и циркония (0,03 - 0,1%).

При плавке никелевых жаропрочных сплавов в дуговых электропечах после загрузки никеля и кусковых отходов под электроды вводят шлакующуюся смесь (известь с плавиковым шпатом 1:1) в количестве 3 - 5 % от массы шихты. После расплавления добавляют лигатуры и чистые металлы (Mo, Nb, и др.). После отбора проб на химический анализ расплав рафинируют и раскисляют. Для раскисления используют: смесь извести с алюминиевым порошком (1:1) в количестве 3 - 4 кг на тонну расплава, марганец (9,25%), алюминий (0,3 - 0,5%) и титана (0,01 - 0,15%). Модификацию проводят цирконием и бором.

При плавке никелевых сплавов в индукционных печах используют шлакообразующую смесь, содержащую, % (масс. доля): извести 70; плавикового шпата 30; расход смеси 3 - 4 % (масс. доля). Раскисления проводят порошком алюминия (2 кг/т) или марганцем и титаном.

При производстве фасонных отливок из никеля и медноникелевых сплавов применяют вакуумные индукционные тигельные печи непрерывного и периодического действия.

Заключение

Значение цветной металлургии. Практически нет ни одной стройки народного хозяйства, где ни использовались бы цветные металлы. Крупными потребителями алюминия, магния, титана и никеля является авиационная промышленность; алюминий и титан применяют в судостроении; медь и алюминий - основные материалы в электротехнике. Расширяется применение алюминия в строительстве, а магния в машиностроении. Велико значение олова, сурьмы, свинца в производстве припоев, аккумуляторных и других специальных сплавов.

Цветная металлургия поставляет народному хозяйству не только металлы и сплавы, трубы и прокат, но и другую важную продукцию: серную кислоту и элементарную серу, соду и минеральные удобрения, стройматериалы и др.

Список литературы

1. А.А. Неуструев «Основы металлургического производства» 1984г.

2. А.И. Басов, Ф.П. Ельцев Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия,1981г.

3. А.В. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин, Литейное производство цветных и редких металлов. М.: Металлургия,1982г.

4. И.А. Маслов, Литье цветных металлов и сплавов. М.: Металлургиздат,1951г.