Литейные печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Печи для плавки медных сплавов

В современном литейном производстве для плавки медных сплавов наибольшее распространение получили электрические печи. Индукционные тигельные печи характеризуются большим расходом электроэнергии на плавку, чем канальные, но упрощают переход на другой состав металла и простой в нерабочие смены.

Однофазные дуговые печи (рис. 1) с независимой дугой используются для плавки бронз, не содержащих цинка. Применение таких печей для плавки латуней и бронз, легированных цинком, недопустимо. Это объясняется тем, что в зоне горения дуги может происходить интенсивное испарение цинка (его /ш = 907 °С), пары которого опасны для здоровья персонала цеха. Вакуумные печи также не применяются для плавки латуней в связи с неизбежным испарением цинка.

Рис.1

Футеровка печи в значительной степени определяет величину угара элементов. Медные сплавы легированы элементами, образующими как основные, так и кислые оксиды. Поэтому для уменьшения угара легирующих элементов в наибольшей степени подходят нейтральные огнеупоры -- высокоглиноземистые и хромитовые; полукислые -- шамотные и тигли -- графитошамотные и графитокарборундовые. На КамАЗе для плавки медных сплавов использовались индукционные тигельные печи с высокоглиноземистой футеровкой емкостью 1,4 т и 11 печей серии ИСТ-04, а также канальные печи емкостью от 2 до 4,5 т.

2. Особенности плавки и литья медных сплавов

Для плавки медных сплавов применяют дуговые, индукционные и отражательные пламенные печи. Минимальные потери цветных металлов при высокой производительности достигаются в процессе плавки в индукционных канальных и тигельных печах, которые широко используют при плавке латуней и алюминиевых бронз (рис. 2).

Рис. 2. Индукционная плавильная печь канального типа: 1 -- верхняя часть печи, 2 -- нижняя часть печи, 3 -- магнитная система печи, 4 -- первичная обмотка трансформатора, 5 -- канал с жидким металлом, 6 -- защитный водоохлаждаемый экран, 7 -- механизм подъема крышки

В настоящее время в практике изготовления ИТП используют следующие методы:

1. Набивку по шаблону непосредственно в печи, когда сваренный из листовой стали шаблон по форме внутренней поверхности тигля устанавливают на подине точно на оси печи, порошкообразные огнеупорные массы засыпают в зазор между индуктором и шаблоном, и послойно трамбуют пневматической или электрической трамбовкой.

2. Изготовление футеровки внепечным методом: тигли прессуют, трамбуют или формуют в специальных разборных пресс-формах, затем тигли устанавливают в индуктор печи и засыпают боковое пространство порошкообразным огнеупорным материалом, что предупреждает прорыв жидкого металла к индуктору через сквозные трещины, которые могут образоваться в предварительно обожженных тиглях. Смену футеровки при таком методе можно осуществить быстрее, что сокращает время простоя печи.

3. Выполнение футеровки из фасонных огнеупорных изделий. Толщина изделий (кольца, блоки, секционные шпунтовые изделия, стандартные кирпичи клиновидной формы) должна быть такой, чтобы при кладке не образовалось пространство (кольцевой зазор) размером 25--30 мм между наружной стенкой кладки и витками индуктора для создания буферного слоя из порошкообразных материалов.

4. Прослойную наварку футеровки путем торкретирования или плазменным напылением контактных рабочих слоев на изготовленную любым методом футеровку. Метод напыления позволяет выполнить химически чистую и высокоогнеупорную контактную поверхность футеровки, в соответствии с требованиями к выплавляемым сплавам.

Для ИТП применяют кислую, основную и нейтральную футеровку, состав которых очень разнообразен. Это позволяет для данного технологического процесса плавки подобрать соответствующие футеровочные материалы, рецептуру огнеупорных масс и технологию изготовления в соответствии с ранее перечисленными требованиями. Кислую футеровку изготовляют из кремнезёмистых огнеупорных материалов (кварцевого песка, кварцита, молотого динасового кирпича) с содержанием окиси кремния не менее 93--98 %. В качестве связующего (упрочняющего) материала применяют сульфитно-целлюлозный экстракт, а в качестве минерализатора добавляют 1--1,5 % раствор борной кислоты. Зерновой состав огнеупорной массы: 5 % зёрен 3--2 мм, 50 % зёрен 2--0,5 мм, 45 % зёрен < 0,5 мм. Кислая футеровка выдерживает 80-100 плавок. Основную футеровку изготовляют из магнезитовых огнеупоров в предварительно спечённом или сплавленном состоянии, то есть обладающих наибольшим постоянством объёма. Для уменьшения усадки при высоких температурах (1500--1600 °C) и обеспечения некоторого роста при средних (1150--1400 °C), что предотвращает образование усадочных трещин, применяют такие минерализаторы, как храновая руда, кварцевых песок или кварциты. В качестве связующих используют глину (до 3 % от массы магнезита) с увлажнением её водным раствором жидкого стекла или патоки (до 12 %). Лучшей огнеупорной массой по зерновому составу считают: 50 % зёрен 6--0,5 мм, 15 % зёрен 0,5--0,18 мм, 35 % зёрен < 0,18 мм. Данные о продолжительности службы основной футеровки крайне противоречивые и колеблются для тиглей разной ёмкости. Следует отметить, что стойкость основной футеровки ниже стойкости кислой, причём существует ещё и недостаток: образование трещин. Нейтральная футеровка характеризуется большим содержанием амфотерных окислов (Al₂O₃, ZnO₂, Cr₂O₃). Она во многих случаях обладает более высокими огнеупорными характеристиками, чем кислая или основная, и даёт возможность выплавлять в ИТП жаропрочные сплавы и тугоплавкие металлы. В настоящее время нейтральную футеровку изготовляют из магнезитохромитовых^[1] огнеупоров, электрокорунда, двуокиси циркония и циркона (ортосиликат циркония ZrSiO₄). Возможно также изготовление тиглей нейтрального состава из некоторых тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов, сульфидов), которые могут быть перспективными для плавки небольших количеств химически чистых тугоплавких металлов в вакууме и в восстановительных или нейтральных средах. Плавку в тиглях большой ёмкости, которая бы оправдала применение таких дорогостоящих футеровочных материалов, пока не применяют.

Крышка печи, служащая для уменьшения тепловых потерь излучением, выполняется из конструкционной стали^[2] и футеруется изнутри. Открывание крышки осуществляется вручную или с помощью системы рычагов (на малых печах), либо с помощью специального привода (гидро- или электромеханического).

Подина печи, служащая основанием, на которое устанавливают тигель, обычно выполняется из шамотных кирпичей или блоков (для больших печей) или из асбоцементных^[3] плит, уложенных одна на другую (для малых печей небольшой ёмкости).

3. Индуктор печи

Индуктор является основным элементом печи, предназначенным для создания электромагнитного поля, индуцирующего ток в загрузке. Кроме своего основного назначения, он также должен выполнять функцию важного конструктивного элемента, воспринимающего механическую и тепловую нагрузку со стороны плавильного тигля и во многом определяющего надёжность работы печи в целом. На индуктор действуют значительные радиальные электродинамические усилия:

· витки подвержены вибрациям, которые могут привести к разрушению изоляции индуктора;

· распределяющая в процессе нагрева футеровка тигля создаёт значительные осевые усилия, стремящиеся сместить витки индуктора в осевом направлении;

· механические изгибающие усилия, возникающие при наклоне печи могут также привести к деформации витков индуктора.

Кроме того, охлаждение индуктора должно обеспечивать отвод тепла, вызываемого электрическими потерями, а электрическая изоляция витков индуктора должна исключать возможность электрического пробоя, приводящего к прожогу трубки индуктора и к возникновению аварийной ситуации. Таким образом, индуктор ИТП должен обеспечивать:

· В общем случае -- для индукционной печи любого типа:

o минимальные электрические потери,

o требуемый расход охлаждающей воды,

o необходимую механическую прочность и достаточную жёсткость,

o надёжную электроизоляцию витков.

· В случае обработки тугоплавких металлов

o Концентрацию электромагнитного поля в малом объёме

Эти требования удовлетворяются в ИТП следующим образом. Обычно индуктор представляет собой цилиндрическую однослойную катушку (соленоид), витки которой уложены в виде спирали (спиральный индуктор) с постоянным углом наклона, определяемым шагом набивки, или катушку, все витки которой располагаются в горизонтальных плоскостях, а переходы между соседними витками осуществляются короткими наклонными участками, -- такой индуктор называют индуктором с транспозицией витков. Достоинство -- простота набивки (на барабан, укладывая виток к витку), однако торцевые плоскости витков индуктора при этом не горизонтальны, что затрудняет осевую стяжку индуктора. Изготовление индуктора с транспозицией сложнее, т. к. требуются специальные приспособления для выполнения транспозиции, однако торцы индуктора при этом оказываются лежащими в горизонтальных плоскостях, что облегчает стяжку витков индуктора с помощью торцевых плит, натяжных колец и др. Ввиду больших токовых нагрузок индуктор ИТП практически всегда выполняют с водяным охлаждением. Для обеспечения минимальных электрических потерь в индукторе необходимо соблюдение следующих условий:

· материал индуктора должен обладать малым удельным сопротивлением;

· материал индуктора должен быть немагнитным;

· толщина индуктирующего витка, обращенная к расплаву должна быть не менее 1,57?.

Эти условия могут быть удовлетворены, если индуктор выполнен из полой медной трубки круглого, прямоугольного равностенного, разностенного или специального сечений. При этом равностенные трубки используются, как правило, для печей повышенной частоты, а разностенные -- промышленной частоты. Электроизоляция индуктора должна иметь высокую диэлектрическую прочность, быть пыле- и влагонепроницаемой, противостоять вибрациям и повышенным температурам (?200--300 °C), быть ремонтоспособной. На практике применяется несколько способов выполнения межвитковой изоляции:

1. воздушная -- промежуток между соседними витками достаточно большой (10--20 мм), чтобы исключить возможность возникновения пробоя. Воздушная изоляция выполняется при сравнительно невысоком напряжении на индукторе, в тех случаях, когда имеется возможность жестко закрепить каждый виток в отдельности (на печах малой емкости);

2. обмоточная -- на предварительно подготовленную поверхность витков наносится слой изоляционного лака, затем витки обматываются лентой с высокой диэлектрической непроницаемостью (например, стекломикалентой). Лента обычно наматывается «в полуперекрышку». Такая изоляция широко применяется;

3. прокладочная изоляция -- в зазоры между витками закладываются прокладки, выполненные, например, из стеклотекстолита. Индуктирующий провод предварительно покрывают изоляционным лаком, а прокладки приклеивают к виткам специальным клеем на эпоксидной основе. Этот вид изоляции используют в печах большой ёмкости;

4. напыленная изоляция -- на индуктирующий провод, то есть на его предварительно подготовленную поверхность (дробеструйная очистка и обезжиривание) газопламенным или плазменным способом наносится тонкий слой окиси алюминия Al₂O₃ или двуокиси циркония ZrO₂, обладающих высокими диэлектрическими свойствами и хорошо сцепляющихся с медным индуктором. Сверху на этот слой обычно наносится слой лака. Этот вид изоляции широко используется в настоящее время;

5. монолитная изоляция с применением полиэфирного композитного состава находит ограниченное применение из-за сложности выполнения ремонта индуктора при местных повреждениях трубки или самой изоляции.

Для обеспечения жесткости и механической прочности индуктора применяются следующие способы крепления его витков:

· с помощью шпилек, выполняемых обычно из латуни, и припаянных или приваренных к наружной стороне индуктора; каждый его виток крепится к вертикальным изоляционным стойкам, выполненным из текстолита, асбоцемента или твердых пород дерева;

· с помощью верхнего и нижнего прижимных колец или фланцев все витки индуктора вместе стягиваются в осевом направлении продольными стяжками, а радиальная фиксация витков осуществляется вертикальными рейками, выполненными из изолирующего материала или пакетами магнитопроводов;

· необходимая жёсткость может быть также обеспечена заливкой его в компаунд.

Система водяного охлаждения индуктора предназначена для отвода активной мощности, теряемой в индукторе (Ри) и мощности тепловых потерь теплопроводностью от расплавленного металла через футеровку тигля (Рт. п.). Условия надёжности работы системы:

1. механических примесей в охлаждающей воде должно быть не более 80 г/м? и величина карбонатной (временной) жёсткости должна быть 7 г-экв/м?;

2. температура отходящей (нагретой) воды должна быть такой, чтобы предотвратить образование накипи, обычно её принимают равной 35--40 °C, что соответствует температуре стенки индуктора 40--50 °C;

3. температура индуктора не должна быть ниже температуры окружающего воздуха, так как иначе на индукторе будет конденсироваться влага из воздуха, что приведёт к пробою между витками;

4. необходимый напор при входе в индуктор по условиям заводских водопроводных магистралей следует ограничить до 200 кПа. Если по расчёту этот напор превышает предел, то систему водоохлаждения приходится разбивать на секции и все секции охлаждения индуктора присоединять к охлаждающей магистрали параллельно;

5. скорость течения охлаждающей воды должна быть определённой: не менее 0,5 м/с для создания турбулентного движения воды, предотвращающего осаждение на стенках трубки индуктора механических примесей и выпадающих из воды солей (вследствие уменьшения их растворимости при нагреве воды), и не более 1,5 м/с, чтобы не увеличить потери давления сверх допустимого значения.

4. Каркас индукционной тигельной печи

Каркас (кожух) печи служит конструктивной основой для крепления всех основных элементов печи. При этом к нему предъявляются два основных требования: обеспечение максимальной жёсткости всей конструкции печи в целом и минимальное поглощение мощности элементами каркаса, так как они находятся в магнитном поле рассеяния индуктора. В настоящее время в тигельных печах применяют следующие основные схемы каркаса:

1. Каркас, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, рёбра которого выполнены из немагнитного материала (например, из дюралюминиевого уголка или немагнитной стали), а грани закрыты асбоцементным листом. С такими каркасами изготавливают печи малой ёмкости (менее 0,5 т) и лабораторные печи. С целью уменьшения нагрева металлических уголков каркаса, отдельные его металлические элементы изолируют друг от друга изоляционными прокладками для исключения в раме каркаса кольцевых токов. Индуктор в таком каркасе обычно прикрепляют к нижней и верхней асбоцементным плитам.

2. Металлический каркас обычно цилиндрической формы, выполненный в виде сплошной обмотки из толстого стального листа с вырезами («окнами») для доступа к индуктору или в виде «беличьей клетки», образованной вертикальными металлическими стойками, приваренными к верхней и нижней опорным стойкам. Между стойками имеется доступ к индуктору. Такие каркасы применяются в основном в печах средней и большой емкости.

5. Магнитопроводы и экраны индукционной тигельной печи

На практике применяются три способа уменьшения потерь в каркасе печи от полей рассеяния:

1. удаление металлических элементов каркаса на достаточное расстояние от индуктора с устранением замкнутых контуров тока в каркасе;

2. применение пакетов магнитопроводов, устанавливаемых между индуктором и каркасом, выполненных из листовой электротехнической стали толщиной 0,2; 0,35 или 0,5 мм;

3. применение магнитных экранов в виде сравнительно тонких медных или алюминиевых листов, располагающихся непосредственно у внутренней поверхности кожуха.

Поскольку металлический корпус образует замкнутый контур вокруг индуктора, то применение экранов в этом случае оказывается неизбежным. Как правило, в промышленных печах используют магнитные экраны (магнитопроводы). Магнитопроводы, кроме своего основного назначения (проведение внешнего магнитного потока внутри каркаса), выполняют функцию конструктивного элемента, обеспечивающего жесткость индуктора и печи в целом. Это достигается благодаря тому, что фиксацию и радиальную стяжку индуктора осуществляют пакетами магнитопроводов, прижимаемых к индуктору специальными нажимными болтами, смонтированными в корпус печи. Усилие нажатия может регулироваться. Фиксация индуктора в осевом направлении может осуществляться с помощью кронштейнов, приваренных к боковым щекам магнитопроводов (к верхним скобам) и шпилек, притягивающих пакеты магнитопроводов к днищу печи. Благодаря такому конструктивному решению, все усилия, возникающие при работе печи, и воспринимаемые индуктором, передаются через магнитопроводы на корпус и днище, что позволяет разгрузить футеровку и повысить её стойкость и надежность печи в целом.

6. Контактное устройство индукционной тигельной печи

Электрооборудование включает в себя:

· печь,

· комплект измерительных приборов с трансформаторами,

· генератор повышенной или высокой частоты,

· коммутационную и защитную аппаратуру,

· конденсаторную батарею, ёмкость которой можно менять.

Электрооборудование и измерительные приборы в случае повышенной и высокой частоты должно иметь специальное исполнение, допускающее использование специальной аппаратуры в зоне повышенных частот.

Переключатель S позволяет изменять в процессе плавки коэффициент связи индуктора и садки. Такое изменение необходимо в связи с тем, что активное сопротивление шихты различно в различные моменты процесса. Контакторы К1, К2, К3 позволяют изменять в процессе плавки ёмкость компенсирующей конденсаторной батареи и поддерживать cos.=1 в цепи индуктора. Это приходится делать, потому что во время плавки также изменяется и индуктивное сопротивление садки, так как изменяется магнитная проницаемость, величины вихревых токов и т. д.

7. Механизм наклона индукционной тигельной печи

Механизм наклона печи предназначен для слива металла и является одним из важных узлов конструкции любой тигельной плавильной печи. Для уменьшения длины струи металла и для того, чтобы не перемещать разливочный ковш в соответствии с перемещением носка печи (как, например, при эксплуатации дуговых сталеплавильных печей), ось наклона ИТП помещают вблизи носка. Для наклона печей малой ёмкости (60 и 160 кг) используют тельфер печного пролёта, предназначенный для загрузки шихты в тигель. Для наклона печи крюк тельфера сцепляют с серьгой, укреплённой на каркасе печи. При вращении барабана тельфера крюк поворачивает печь на требуемый угол (порядка 95--100°). Основной частью гидравлического механизма наклона печи являются рабочие цилиндры одностороннего действия, установленные по одному с каждой стороны печи. Плунжеры цилиндров, шарнирно связанные с корпусом печи, давлением рабочей жидкости (обычно масла) перемещаются вверх и наклоняют печь. Цилиндры устанавливают на шарнирах, позволяющих цилиндрам в процессе наклона печи поворачиваться в соответствии с дугой, описываемой головкой плунжера. Печь опускается под действием собственного веса, когда в цилиндрах снимают давление рабочей жидкости. Если печь должна наклоняться в обе стороны (когда она выполняет роль обогреваемого копильника-миксера), гидравлический механизм наклона снабжён двумя парами рабочих цилиндров, каждая из которых наклоняет печь в одну сторону, причём осью поворота печи служат цапфы плунжеров второй пары цилиндров. Гидравлический механизм наклона прост по конструкции, обеспечивает плавный поворот, но для его работы необходимо иметь гидравлическую напорную установку. Недостатком этого механизма наклона следует также считать необходимость довольно значительного пространства под печью для установки гидравлических (рабочих) цилиндров, что в некоторых случаях исключает его применение.

8. Механизм подъёма и поворота свода

Обычно применяют простые рычажные или кулачковые механизмы подъёма, позволяющие легко приподнимать крышку на 1--2 см, после чего её отводят в сторону поворотом кронштейна, на котором она висит. Можно поднимать крышку небольшим гидравлическим цилиндром. Наиболее часто таким образом поднимают герметичные крышки вакуумных индукционных печей.

9. Плавка в шахтных и отражательных печах

Отражательные печи являются наиболее крупными плавильными агрегатами цветной металлургии и широко применяются при производстве меди, никеля и олова. В отражательных печах осуществляют плавление концентратов, в том числе обогащенных медных руд. Конечным продуктом плавки в этом случае является штейн с содержанием меди от 30 до 40% (в редких случаях до 80%), состоящий из сульфидов FeS и Cu2S (80-- 90%) и шлаков, содержащих в основном окислы SiO>2; AI2O3 и СаО. Штейн, полученный при плавке концентратов, содержит меди 10--35% и является полупродуктом при производстве рафинированной и товарной меди с содержанием Си не менее 99%.

Практически в процессе переработки медных концентратов происходит разделение сульфидных составляющих (образующих штейн) от пустой породы (в виде окислов), переходящей в шлак. Содержание меди в штейне увеличивается в основном за счет перехода железа из штейна в шлак по реакции

СиОг+ +FeS = Cu2S (вштейн)+РеО (в шлак).

Источниками тепла в отражательных печах являются каменноугольная пыль, природный газ или мазут, сжигаемые с помощью 4--6 горелок или форсунок, которые устанавливают в торцевой стене рабочего пространства печи. Продукты горения и газы, образующиеся в результате химических реакций в печи, поступают через отводящий боров в котел-утилизатор и далее в дымовую трубу.

Продукты горения в рабочем пространстве печи нагревают шихту, шлаки и огнеупорную кладку свода и стен печи. Шихта и шлаки в отражательных печах, как и в других плавильных ванных печах, в больших количествах получают тепло от нагретой огнеупорной кладки свода и верхней части стен.

Характерной особенностью отражательных печей является плавление шихты у боковых стен рабочего пространства. Загружаемая через отверстие в главном своде шихта располагается в виде плавающих в расплаве откосов, опирающихся с одной стороны на боковые стены рабочего пространства печи.

Из руд медь извлекают двумя способами: пирометаллургическим и гидрометаллургическим. Преимущественное распространение получил пирометаллургический способ. Он включает в себя следующие стадии производства: обжиг концентрата, плавку на штейн, получение черновой меди, рафинирование. Обжиг проводят в многоподовых печах или в печах кипящего слоя в окислительной среде при температуре до 850 °С. В процессе обжига из концентрата удаляют значительную часть серы и других примесей. Образуется обожженная шихта (огарок) и газ S02, который используют для производства серной кислоты. Следующим процессом является плавка обожженной шихты на штейн в шахтных или пламенных печах (рис. 26) при температуре до 1550°С. Наибольшее применение имеют пламенные печи. В них поддерживается слабоокислительная или нейтральная атмосфера, чтобы сернистое железо FeS не окислялось печными газами. Если требуется одновременно большое количество металла, например, для получения крупной отливки или необходима высокая производительность литейной, для плавки используют отражательные печи. Такие печи применяются в заготовительных литейных цехах, производящих слитки, и литейных цехах, выпускающих крупное фасонное литье. Емкость отражательных печей составляет от 0,2--5 т (фасоннолитейные цехи легких сплавов) до 50--100 т (заготовительные цехи). По способу обогрева отражательные печи бывают пламенные и электрические.

Пламенные печи обогреваются топливом (мазутом, газом), при этом металл нагревается от непосредственного соприкосновения с пламенем или отходящими газами, а также за счет тепла, испускаемого нагретой футеровкой. Поскольку нагрев металла в отражательных печах происходит только сверху, ванну печи делают неглубокой, но с большой поверхностью, что дает возможность плавить быстро и с небольшим расходом топлива. Однако большая поверхность способствует повышенному окислению и газонасыщению металла вследствие непосредственного соприкосновения продуктов горения с расплавом.

Плавка с применением флюсов и последующее рафинирование металла позволяет, однако, готовить в пламенных печах металл хорошего качества. В цехах цветного литья встречаются пламенные печи трех разновидностей: стационарные, наклоняющиеся и барабанные качающиеся. Отражательная стационарная печь (рис. 3) отапливается при помощи форсунок, расположенных обычно со стороны боковой стенки.

Рис. 3 Схема отражательной печи для плавки алюминиевых сплавов 1 -- летка и желоб; 2 -- яма для ковша; 3 -- дымоход; 4 -- горелки; 5 -- металлический каркас; 6 -- огнеупорная кладка; 7 -- завалочное окно

печь плавка литье

Количество форсунок зависит от габаритов печи. Применяют форсунки высокого давления, в которые воздух подается от компрессора под давлением 490,3-- 628,4 кН/м² (5--6 aтмосфер). Продукты сгорания отводятся с помощью отверстий, расположенных над ванной металла немного ниже ряда форсунок. Продукты горения в рабочем пространстве печи имеют вращательное движение, что характерно для большинства отражательных печей, отапливаемых мазутом и газом (генераторным или природным).

Газовые отражательные печи хорошо зарекомендовали себя в литейных цехах, так как имеют ряд преимуществ перед печами, отапливаемыми мазутом, в которых обеспечить полноту сгорания топлива и нужную печную атмосферу труднее. Кроме того, большинство мазутов содержит в своем составе влагу -- основной источник водорода в печи, для удаления которой требуется дополнительная очистка. Поэтому в свое время для плавки легких сплавов пламенные мазутные печи заменили электрическими отражательными печами.

Проведенная в последние годы работа по переводу отражательных печей на отопление природным газом, широкое применение подогрева дутья, а в отдельных случаях и кислорода, снова повысило удельный вес пламенных печей в литейных цехах цветных сплавов.

Что же касается опасности сильного газонасыщения металла от контакта с продуктами сгорания в отражательных печах (основной недостаток плавильных агрегатов), то в настоящее время разработана технология плавки различных сплавов с применением флюсов. По этой технологии можно получать металл достаточно высокого качества, почти не уступающий металлу, приготовленному в электропечах. Металл, приготовленный в электрических печах при плавке на воздухе, содержащем пары воды, также нуждается и в дегазации и в рафинировании от неметаллических включений.

В настоящее время газовые отражательные печи применяют даже для плавки магниевых сплавов, что в недалеком прошлом считалось неприемлемым из-за энергичной окисляемости магния и его склонности к воспламенению. Применение покровных флюсов и печей с форкамерами позволяет в этом случае получать вполне качественный металл.

Пламенные отражательные печи особенно удобны и экономичны при переплаве отходов в производстве вторичных сплавов, так как в них можно быстро переплавлять разногабаритную шихту. Регулирование атмосферы печи позволяет производить очистку металла от нежелательных примесей в результате окислительно-восстановительной плавки, что практически невозможно при плавке в электропечах с открытыми нагревательными элементами.

Отражательные пламенные печи широко применяются в заготовительном литье, где они строятся в паре с подогреваемым миксером (рис. 4). Миксер мало отличается от печи. Печь и миксер снабжены специальными карманами. Готовый сплав из кармана печи сифоном переливается в карман миксера.

Рис. 4 Схема плавильно-литейного агрегата для плавки и литья слитков методом непрерывного литья 1 -- печь; 2 -- сифон для перелива металла; 3 -- миксер; 4 -- кристаллизатор; 5 -- литейная машина; 6 -- привод литейной машины

Непосредственную разливку готового металла осуществляют из миксера. Это позволяет вести плавку независимо от разливки, что приводит к повышению производительности плавильных печей и обеспечивает непрерывность плавки.

Сифонный перелив исключает применение ковшей, сокращает время перелива расплава из печи в миксер, уменьшает окисление сплава при переливе, обеспечивает безопасные методы труда.

Современные печные устройства в заготовительных цехах снабжены системой автоматического регулирования горения топлива в печи и миксере (регулируется температура печи, соотношение между расходом топлива и воздуха, давление в печи, а также подогрев топлива--мазута). В результате снижается расход топлива, улучшается качество горения и облегчаются условия труда обслуживающего персонала.

В фасоннолитейных цехах легких сплавов встречаются отражательные печи с карманом, которые используют в качестве плавильно-раздаточных агрегатов при литье в кокиль. Металл в раздаточном кармане, отделенном от плавильной камеры печи, свободен от модифицирующих солей или другого покровного флюса что создает удобства при разливке сплава. При зачерпывании металла флюс не попадает в разливочный ковш. Раздаточный карман обычно снабжен крышкой, которая имеет небольшое отверстие для зачерпывания порции металла ручным ковшом, что обеспечивает хорошие гигиенические условия труда литейщиков.

Загрузка шихты в отражательные печи большой и средней емкости производится через окна в боковых стенках печей с помощью завалочных машин шаржирного типа. При переплавке мелкой шихты и стружки применяют механизированную загрузку печи через отверстия, проделанные в своде или на верхних уровнях боковых стенок, с помощью скиповых подъемников или транспортеров.

Отражательные наклоняющиеся печи в отличие от стационарных печей можно наклонять при выпуске и загрузке металла с помощью специальных приводных механизмов.

Из других пламенных печей в небольших литейных цехах находят применение барабанные качающиеся печи, отапливаемые мазутом или газом с форкамерой или без нее. В фасоннолитейных цехах медных сплавов применяются обычно печи без форкамеры (рис. 5).

Рис. 5 Схема барабанной качающей печи пламенного типа 1 -- рекуператор; 2 -- телескопическая втулка; 3 -- печь; 4 -- смотровое окно; 5 -- горелка

Принцип работы барабанных качающихся печей такой же, как и у отражательных печей, но при покачивании печи в процессе работы металл может нагреваться от раскаленной футеровки стенок печи. Наиболее удобны барабанные печи, работающие на газовом топливе. Несмотря на непосредственный контакт продуктов горения с расплавом, в этих печах можно получать металл довольно высокого качества в результате интенсификации плавки (применение горелок высокого давления), окислительной атмосферы в печи, которая уменьшает опасность насыщения металла водородом, и применения покровных флюсов.

Практика последних лет показывает, что при плавке медных сплавов такие газовые печи барабанного типа с успехом конкурируют с дуговыми электропечами типа ДМК. Газовые печи более экономичны, легки в обслуживании, кроме того, дают меньше шума при работе, чем электродуговые печи. В зависимости от состава сплава отражательные печи футеруют кислыми, основными или нейтральными огнеупорами.

Отражательные печи для плавки сплавов меди, никеля, магния футеруют основными огнеупорами, а для плавки алюминиевых сплавов -- нейтральными.

Однако основные огнеупоры (магнезитовый кирпич и др.) имеют большой коэффициент термического расширения, поэтому при резких колебаниях температуры в печи в футеровке получаются трещины. В этом отношении более удобна набивная или наварная футеровка из смеси мелкогранулированного огнеупорного материала со связующим. Если поддерживать определенную температуру во время остановки печи, то такая футеровка может служить довольно долго (до 6--8 месяцев).

На практике основным огнеупорным материалом выкладывают часть печи, непосредственно контактирующую с металлом и шлаком (ванна печи), свод делают почти всегда из динаса, а стенки -- из шамота. Ванны печей небольших емкостей, предназначенные для плавки меди и медных сплавов, можно выкладывать из шамота, так как закись меди является довольно слабым основанием и опасность взаимодействия с материалом футеровки сравнительно небольшая.

При плавке алюминиевых и особенно магниевых сплавов не рекомендуется применять различные виды огнеупоров, содержащие кремнезем (кремнекислые, полукислые и глиноземистые).

Кремнезем в шамоте в той или иной мере подвергается воздействию алюминиевого расплава, причем восстановленный из футеровки кремний растворяется в жидком металле, а образующаяся окись алюминия нарастает на поверхности футеровки. Так, например, шамотный кирпич, имевший типичный состав 62,3% SiO₂, 32,7% Al₂O₃, остальное Fe₂O₃, TiO₃ и др., после длительной работы содержал 71,8% Al₂O₃, 21% Al, 5,2% Si, 1,0% Fe и 0,4% Ti. Поэтому рекомендуется применять сорта шамота, которые содержат наибольшее количество глинозема. Жидкий магний также способен реагировать с кремнеземом футеровки, что приводит к восстановлению кремния и загрязнению им металла, а реакция магния с Al₂O₃ приводит к образованию шпинели MgO * Al₂O₃, также загрязняющей сплав в форме неметаллических включений. В этом случае наиболее подходящим материалом для футеровки будет магнезит.

Рис. 6. Схема пламенной печи для плавки медных руд и концентратов

1 -- под печи; 2 -- воронки для загрузки руды; 3 -- бункер с рудой; 4 -- шихта на поду печи; 5 -- отверстие для выпуска готового продукта

Продуктами плавки являются штейн и шлак. Штейн, имеющий большую, чем шлак, плотность, собирается на поду печи, а шлак образует верхний жидкий слой. Шлак выпускают по мере накопления через окно, расположенное в хвостовой части печи, а штейн -- через отверстия (обычно два), расположенные в боковой стенке печи. Штейны содержат 16...60% Си, 15...50% Fe и 23...28% S. Черновую медь получают из жидкого штейна, продувая его воздухом, в горизонтальных цилиндрических конвертерах с боковым дутьем или в вертикальных конвертерах. Впервые продувку штейна в конвертере осуществил в 1886 г. русский инженер В.А. Семенников. В процессе продувки, которая длится от 16 до 24 ч, выгорает сера. Черновая медь содержит до 2% различных примесей, и ее в дальнейшем рафинируют (очищают). Применяются два вида рафинирования: огневое и электрическое. Огневому рафинированию подвергают медь, содержащую незначительное количество благородных металлов. Рафинированная огневым способом медь содержит 99... ¦99,7% Си. Ее выпускают из печи и разливают в слитки для прокатки или в анодные пластины для электрического рафинирования. Электрическим рафинированием получают медь высокой чистоты (не менее 99,9% Си) и извлекают находящееся в ней золото и серебро.

Размещено на Allbest.ru