Печі для плавки алюмінієвих сплавів

Размещено на http://www.allbest.ru/

8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Печі для плавки алюмінієвих сплавів

Вступ

Широке вживання алюмінію і його сплавів в промисловому виробництві обумовлене його високими ливарними і технологічними характеристиками. На особливо відповідальних ділянках ливарного виробництва (у авіаційній промисловості, автомобілебудуванні і так далі) до цього металу і його сплавів пред'являються дуже високі вимоги по газонасиченості, неметалічним включення, хімічному складу, однорідності розливного металу. Саме на таких ділянках виникає необхідність вживання агрегату високоефективного, передового виробництва, що забезпечує показники, - це індукційно канальні роздавальні печі для передержки алюмінію його сплавів. Алюмінієві сплави плавлять в таких печах, як поворотні печі тиглів з металевим тиглем; електричні печі тиглів опору стаціонарних і поворотних (для приготування до 0,25 т сплаву); камерні печі опору стаціонарних і поворотних ємкістю до 1,5 т; індукційних двоканальних печах з металевим сердечником.

Індукційні роздавальні печі для передержки алюмінію і його сплавів забезпечують тривалу роботу без заміни футерування, донне продування розплаву інертними газами, механічне очищення розплаву від неметалічних включення спеціальними багаторазовими пенокерамічними фільтрами.

Метою контрольної роботи є визначення та характеристика печей для відливок алюмінієвих сплавів, їх значення та механізми роботи.

1. Печі для плавки алюмінієвих сплавів

алюміній сплав промисловий виробництво

Перші згадки про «легкий сріблястий метал» можна зустріти у Плінія старшого, і належать вони до подій майже двох тисячолітньої давності.

У XVI столітті талановитий німецький лікар і природознавець Парацельс Філіп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, досліджуючи різні речовини і мінерали, в тому числі галун, встановив, що вони «є сіль деякої квасцовой землі », до складу якої входить окис невідомого металу, згодом названа глиноземом.

Квасци, що зацікавили Парацельса, були відомі з давніх часів. Засвідченням грецького історика Геродота, що жив в V столітті до н. е., древні народи застосовували при фарбуванні тканин для закріплення їх кольору мінеральну породу, яку вони називали «алюм», тобто «свяжущая». Цією породою і були галун. У 1754 році німецький хімік Маргграф зумів виділити «квасцовую землю», проякій 200 років до цього писав Парацельс. Минуло ще кілька десятків років, перш ніж англієць Деві спробував отримати метал, який переховується в галун. У 1807 році йому вдалося електролізом лугів відкрити натрій і калій, але розкласти за допомогою електричного струму глинозем він так і не зумів. Зате він дав назву металу - алюміній.

Першим, кому вдалося отримати металевий алюміній, був датський вчений Ерстед. У 1825 році в одному з хімічних журналів він опублікував свою статтю, в якій писав, що в результаті проведених ним дослідів утворився «Шматок металу, з кольором і блиском, трохи схожим на олово».

Однак журнал цей був не дуже відомий, і повідомлення Ерстеда залишилося майже непоміченим в науковому світі. Та й сам учений не надавав своєму відкриттю великого значення.  Незабаром, досліди Ерстеда продовжив інший учений - Велер, який наприкінці 1827року нарешті опублікував свої методи отримання металу. Ще 18 років у нього пішло на модернізацію свого методу. У 1855 році на Паризькій виставці був показаний алюміній, отриманий за технологією французького хіміка Сент-Клер Девіль, але метал розроблений за його технології залишався досить дорогим. Проте він все ж таки побудував перший алюмінієвий завод. У 1865 році відомий російський учений М. М. Бекетов запропонував цікавийспосіб, який швидко знайшов застосування на алюмінієвих заводах Франції, а в1886 році, незалежно один від одного американський студент Хол і французький інженер Еру розробили електролітичний спосіб виробництва цього металу, без якого немислимо отримання металу і сьогодні. Приблизно в цей час алюміній з дорогоцінного, поступово стає промисловим металом. Це сталося якраз у час, тому що починалорозвиватися машинобудування і ось-ось мала була з'явиться авіація -індустрія, немислима без цього металу.

У алюмінія в той час був лише один недолік - міцність. Але на початку 20 століття німецький хімік Вільм запатентував сплав, згодом названий дюраль дюралюмінію і мав міцності у два рази більшу ніж усамого алюмінію. Незабаром з'явилися перші літаки, зроблені з цьогосплаву, і надалі алюміній твердо став «крилатим металом». Плавка алюмінієвих сплавів представляє ряд труднощів. Мала щільність алюмінієвих сплавів сприяє утворенню газових раковин і пористості, оскільки гази легко проникають в металеве середовище і насичують її. Алюміній легко окислюється. Очищати розплав від шлаку і оксидів важко. Шлак і оксиди залишаються в розплаві в дрібнороздрібленом вигляді в зваженому стані, що в значній мірі впливає на якість сплаву. Вживання флюсів (хлористого цинку, кріоліту) або модифікаторів також не дозволяє очистити розплав повністю, оскільки утруднено відділення їх від розплаву. При приготуванні алюмінієвих сплавів особливо важливе значення мають чистота вихідних матеріалів і точність складу шихти. Незрідка нікчемні кількості шкідливих домішок значно погіршують механічні властивості сплавів. Все це викликає необхідність особливо ретельного сортування відходів. Без переплавки можна користуватися ними лише в тому випадку, якщо відомий їх хімічний склад.

Лом невідомого походження або погано відсортований і переплавки (вторинні сплави), що містять багато оксидів і шкідливих домішок, слід переплавляти в чушки. Під час переплавки очищають розплав від домішок і виробляють хімічний аналіз. Плавку і заливку алюмінію виробляють при строгому дотриманні температурного режиму і постійному і точному контролі нагріву сплаву. Навіть незначний перегрів і зайва витримка сплаву при високій температурі ведуть до надмірного насичення його газами і оксидами і появи усадкових раковин. Для видалення оксидів і шлаків необхідно застосовувати флюси, що діють як хімічно, так і механічно. Після очищення розплаву від оксидів не слід його перемішувати. Розливання треба виробляти обережно, коротким струменем. Алюмінієві сплави плавлять в стаціонарних, поворотних і таких, що нахиляються печах тиглів і полум'яних, електропечах опору і індукційних печах. Плавка алюмінієвих сплавів в електричних печах опору полягає в наступному. Шихтові матеріали, що є підігрітими чушками первинного і вторинного сплаву, відходами власного виробництва і відповідними лігатурами, завантажуються в камери, футеровані шамотною цеглиною. У камерах у фасонному вогнеупорі розташовані електроспіралі, по яких проходить електричний струм, що нагріває їх. Розплав з камер стікає в збірку. У збірці розплав рафінують хлористим цинком, ретельно перемішують, видаляють з поверхні печу і шлак, а потім досаджують добавки. Перед розливанням в ковши розплав ще раз перемішують, знімають з дзеркала розплаву шлак, заміряють температуру занурюючою термопарою і заливають зразки для контролю хімічного аналізу і механічних якостей. Сплави-силуміни перед випуском в ківш піддають модифікуванню солями металевого натрію для здобуття дрібнозернистої структури. В окремих випадках сплави для дегазації продувають хлором при температурі 680--720°. При нахилі печі за допомогою механізму повороту і роликів розплав виливається через жолоб в розливні ковши. Ємкість печей опору 0,3--3,0 т, число плавок в добу 4-5. Для здобуття алюмінієвих сплавів використовують чушковий алюміній, машинний лом, відходи ливарного виробництва і різні лігатури (наприклад, 90% Аl і 10% Мn, температура плавлення 770 -- 830°). До складу металевої шихти вводять 40 -- 60% оборотних металів (лому, браку, ливників, випоровши, прибутків і т. д.) і 60 -- 40% чистих металів. Для оберігання металу від окислення застосовують флюси різного складу, наприклад 50% Nacl + 50% СаСl2; або 50% Nacl + 35% Kcl + 15% Na3alf6.

Всі ці флюси є легкоплавкими (температура плавлення в межах 500 -- 600). Для здобуття щільного металу з дрібнішою будовою в нього додають модифікатори. Для алюмінієвих сплавів як модифікатор застосовують чистий натрій і його солі: 67% NAF + 33% Nacl, або 25% NAF + 62,5% Nacl + 12,5%

Алюмінієві сплави плавлять в наступних печах:

- поворотних печах тиглів з металевим тиглем (мал. 1, а);

- у електричних печах тиглів опору стаціонарних і поворотних (для приготування до 0,25 т сплаву);- камерних печах опору стаціонарних і поворотних (мал. 1, б)) ємкістю до 1,5 т;

індукційних двоканальних печах з металевим сердечником.

Рис. 1. Плавильні печі для плавки алюмінієвих сплавів:

а -- тигельный горн; б -- электропечь сопротивления:1 -- загрузочное окно; 2 -- ванна для расплавления металла; 3--сопротивление

Процес плавки алюмінієвих сплавів представляє ряд труднощів унаслідок їх сильного окислення і насичення газами при нагріванні зверху 800°. Існує декілька способів плавки, що забезпечують здобуття якісних відливань; плавка під шаром флюсу, газове рафінування, рафінування солями, вживання виморожування і модифікування. Плавка алюмінієвих сплавів під шаром флюсів проходіт в такій послідовності; шихтовиє матеріали щільно укладають в тигель або пекти і зверху засипають флюсами; завантажують і розплавляють метал по частинах: спочатку розплавляють приблизно третину шихти, потім залишок шихтового матеріалу підігрівають до 100 -- 120° для видалення вологи з поверхні і занурюють в розплавлений метал під шар флюсів.

При газовому рафінуванні плавку проводять в такій послідовності: завантажують і розплавляють третину шихти, додають лігатури (Al + Сu, Al + Si і ін.) і залишок шихти. Після розплавлення сплав перемішують, нагрівають до 660 -- 680° і рафінують хлором. Рафінування здійснюють продуванням через сплав хлору протягом 5 -- 15 мин. При цьому хлор вступає в хімічну взаємодію з алюмінієм і іншими елементами. Газоподібні продукти АlСl3, що утворюються, НСl і частина Сl2 віддаляються з металу, приєднуючи до себе Аl2o3, SiО2 і гази. Після газового рафінування метал набуває високих механічних властивостей. Для газового рафінування можна застосовувати азот.

Перелік посилань

1. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Редакционная коллегия И.В. Горынин и др. Москва «Металлургия», 1978.

2. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., «Литейное производство цветных и редких металов»

3. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков « Производство отливок из сплавов цветных металов М.; Металургия, 1986 г.

4. www.ukrbascompany.at.ua

Размещено на Allbest.ru