Плавка и разливка сплавов цветных металлов
Белоусов Н.Н.
Машгиз, 1961 г.
ПЕЧИ ДЛЯ ПЛАВКИ СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Для плавки сплавов цветных металлов применяются печи разнообразных типов: как электрические, так и пламенные. Печи можно разделить на пять групп:
1) тигельные;
2) пламенные и электрические отражательные;
3) дуговые;
4) индукционные;
5) печи для вакуумной плавки.
Выбор типа печи зависит от масштабов и условий производства, назначения литых деталей, энергетических возможностей цеха и номенклатуры применяемых сплавов.
В настоящей главе приводятся основные характеристики печей, применяемых для плавки медных, алюминиевых и магниевых сплавов.
6. Тигельные печи
До сих пор на заводах применяются самые разнообразные тигельные печи, начиная от примитивных коксовых и нефтяных горен и кончая весьма совершенными газовыми и электрическими печами.
С точки зрения условий плавки металла все эти печи являются достаточно хорошими, так как в них отсутствует непосредственное соприкосновение металла с продуктами горения и поверхность зеркала металла очень мала. Однако применение нефтяных и особенно коксовых горен в современных масштабах недопустимо ввиду крайне низкого коэффициента их полезного действия и весьма неблагоприятных условий труда плавильщиков. Эти печи вызывают также значительную задымленность литейных цехов.
В литейных цехах, выплавляющих разнообразные цветные сплавы в небольших количествах, а также для приготовления лигатур, возможно применение тигельных печей, достаточно современных по конструкции и обеспечивающих нормальные условия труда.
Мазутные и газовые печи. Большое распространение имеют поворотные тигельные печи (фиг. 1). Эти печи отапливаются мазутом или газом и применяются для плавки медных и алюминиевых сплавов. В футерованный кирпичом железный кожух / вставляется литой чугунный пли графитовый тигель 2.
Графитовые тигли, применяемые обычно для плавки медных сплавов и тугоплавких лигатур, перед употреблением подвергаются медленной сушке .в течение 24—35 час. при постепенном подъеме температуры сначала до 200°, а потом до 400° и последующей прокалке при температурах 600—900°. Графитовые тигли при плавке в них алюминия выдерживают меньшее количество плавок, чем чугунные, но преимущество их состоит в том, что сплав в них не насыщается вредной примесью железа. Кроме того, в графитовом тигле можно нагревать сплав до более высокой температуры, чем в чугунном.
Чугунные тигли прочнее и дешевле графитовых. Для предотвращения насыщения алюминиевого сплава железом при плавке в чугунных тиглях внутренние стенки тигля покрывают защитной краской различных составов. Окраска чугунных тиглей должна производиться не реже одного раза в сутки. Перед началом работы внутреннюю поверхность тигля предварительно очищают от остатков металла и шлака, нагревают примерно до температуры 200° и с помощью пульверизатора или кисти тонким слоем наносят защитную краску, затем тигель медленно подогревается до 500—600°.
Тигельные печи со стационарным или выемным стальным тиглем, работающие на газе или мазуте, применяются также для ч плавки магниевых сплавов.
Печи со стационарным тиглем достигают большой емкости и применяются в литейных цехах массового производства мелких фасонных отливок (цехи литья в металлические формы и литья под давлением), а также при комбинированном (двухступенчатом) процессе приготовления магниевых сплавов. Основная особенность работы на печах этого типа —раздача приготовленного сплава небольшими (емкостью 2— 20 кГ) раздаточными ковшами путем вычерпывания сплава из стационарного тигля, стоящего в печи. Сплав заливают в формы также из этих ковшей.
Стационарные тигли — литые стальные. Дно тигля толще стенок, причем толщина стенок в направлении к верхней части тигля постепенно уменьшается (фиг. 2). Производительность печей со стационарным тиглем емкостью 150— 250 кГ составляет 60—120 кГ/час, а с тиглем емкостью 900 кГ — около 250 кГ/час.
Печи с выемными тиглями, преимущественно сварными, применяются главным образом в литейных цехах, изготовляющих крупные детали, .а также в цехах, выпускающих мелкие и средние по весу отливки при небольших масштабах производства.
Мазутные и газовые тигельные поворотные печи имеют все же малую производительность; расход топлива составляет 20—25% от веса расплавленного металла; обслуживание этих печей весьма затруднено.
Электрические печи. Электрические тигельные печи сопротивления являются весьма удобными агрегатами для плавки алюминиевых и магниевых сплавов при сравнительно небольших масштабах производства. Для алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили наклоняющиеся однотигельные печи типа CAT: CAT-0,15 и САТ-0,25 и двухтигельные печи ОКБ-230 и ОКБ-75.
Основные технические характеристики тигельных электрических печей приведены в табл. 7.
Тигельные электропечи САТ-0,15 и САТ-0,25 (фиг. 3) имеют сварной кожух 1 из листовой стали. Огнеупорная часть 2 футеровки печей -выполнена из фасонных шамотных кирпичей, а теплоизоляционная часть 3 — из кирпичей и асбестовых листов.
Нихромовые спиральные нагревательные элементы 4 размещены по боковой поверхности рабочей камеры на электрокорундовых полках, где они укреплены металлическими крючками. Нагревательные элементы питаются электроэнергией непосредственно от сети. В верхней части футеровки печи уложено литое опорное кольцо 5 из жароупорного чугуна, на которое сверху устанавливается литой тигель 6 также из жароупорного чугуна. В нижней части печи имеется желоб 7 для выпуска сплава при прогорании тигля.
Во избежание насыщения алюминиевых сплавов железом внутренняя поверхность тигля покрывается обмазками состава: 130 Г окиси цинка, 65 см3жидкого стекла, 25 Г асбеста молотого сеяного, 1 л воды или: 19% глины, 5% жидкого стекла, 76.% воды.
Наклон печей производится при помощи механизма с ручным приводом, состоящего из штурвала, конической зубчатой и червячной передач.
Температура в печах регулируется автоматическим самопишущим потенциометром посредством хромель-алюмелевой термопары, установленной в рабочем пространстве печи.
Электрическая печь сопротивления ОКБ-75 (фиг. 4) предназначена для плавки алюминия и алюминиевых сплавов и состоит из двух камер, в каждой из которых установлен тигель.
Нагревательные элементы 7 печи (питающиеся электроэнергией через два понижающих трансформатора) выполнены в виде спиралей из нихромовой проволоки 0 4,5 мм и уложены на выступах шамотных кирпичей по боковым стенкам камеры нагрева. Тигли 4, литые из жароупорного чугуна, закрываются съемными крышками 3 и 2 (большой и малой), выполненными из листовой стали и теплоизолированными диатомитовой засыпкой.
Вентиляционная установка / печи состоит из поворотного колпака, соединенного трубой с вентиляционной системой цеха. Кожух 5 печи футерован диатомитовым кирпичом 6.
Аналогичные конструкции электрических тигельных печей применяются при плавке магниевых сплавов в выемных тиглях.
Конструкция одной из таких печей представлена на фиг. 5. При работе на печи с выемным тиглем формы заливают непосредственно из плавильного тигля, который после приготовления сплава извлекают из печи и транспортируют на место заливки. Тигли изготовляют сварными из листовой стали.
Наиболее часто применяются выемные тигли емкостью 50—150 кГ, а при отливке крупных деталей емкость тигля достигает 250— 2000 кГ. Срок службы сварных стальных тиглей — 50— 70 плавок. Дно тигля штампованное, в верхней части приварен борт, которым он опирается на верхнюю часть печи. Тигель таким образом находится в подвешенном состоянии.
Перед очередным пуском в работу тигли подвергаются контролю путем простукивания и измерения толщины стенок и дна тигля. Если при этом на тигле появляются вмятины или толщина стенок и дна составляет менее 50% от первоначальной, тигель для дальнейшей эксплуатации не допускается. После окончания каждой плавки тигель тщательно очищается.