6.2.1. Плавка чистой меди

Плавку чистой меди обычно проводят в заготовительных цехах. Для производства отливок чистая медь применяется редко, но иногда такая необходимость возникает в литейном цехе. В этом случае используют плавильные агрегаты, которые применяются в цехе для плавки других медных сплавов. Обычно это индукционные плавильные установки с графитошамотными тиглями. Футеровка печи может быть выполнена из молотого кварцита с бурой в качестве связующего.

При плавке меди промышленной чистоты марок М0, М1, М2 в качестве шихты можно использовать катодную медь соответствующих марок и отходы. Разделанные на куски катоды и отходы загружают в тигель, на дно которого загружена часть древесного угля и сверху вновь засыпают древесным углем. После расплавления поверхность металла должна быть постоянно закрыта слоем угля толщиной 150 – 200 мм. Уголь предохраняет расплав от окисления и одновременно служит раскислителем. Плавку меди ведут с максимально возможной скоростью. Дополнительное раскисление фосфорной медью можно не проводить, так как остаточный фосфор отрицательно сказывается на свойствах меди.

Расплав перегревают до температуры не выше 1200 °С и быстро разливают по формам или в изложницы.

6.2.2. Плавка оловянных бронз

Качество расплава зависит от состояния шихтовых материалов и условий плавки, т. е взаимодействия металла с атмосферой, футеровкой печи и с защитными покровами. Продолжительность плавки должна быть минимальной, чтобы снизить угар дефицитных металлов.

В литейных цехах для плавки бронз выбирают индукционные тигельные печи. Тигли могут быть графитошамотные или граффито- корундовые. Более высокая стойкость достигается при плавке в печах с набивной футеровкой.

Оловянные бронзы можно выплавлять из чистых металлов либо из вторичных чушковых сплавов. Из экономических соображений чистые металлы используют только для отливок ответственного назначения. Примеси, которые всегда присутствуют во вторичных сплавах, существенно снижают технологические свойства оловянных бронз.

При плавке из чистых металлов расплавляют медь под покровом древесного угля и подогревают до 1150 -1200 °С. Медь раскисляют фосфором. Расчетное количество фосфора зависит от содержания кислорода. При плавке в тигельных индукционных печах содержание кислорода не превышает 0,01 – 0,04 %. Одна часть фосфора связывает 1,8 частей кислорода, поэтому для раскисления необходимо ввести 0,005 – 0,02 % фосфора. Максимальное насыщение кислородом (0,04 – 0,1 %) происходит в пламенных печах. В этом случае необходимо ввести 0,02 – 0,05 % фосфора. Указанные концентрации фосфора рекомендуется увеличить на 20 – 30 %. Фосфор вводят в виде медно- фосфорных лигатур МФ9, МФ10 или МФ13 (см. табл.1.). Цифра в маркировке указывает среднее содержание фосфора. Таким образом, количество вводимой лигатуры примерно в 10 раз больше расчетного количества фосфора. Лигатуру подогревают до 500 – 700 °С, кусочками (лигатура хрупкая и легко раскалывается на части) вводят расплав и перемешивают графитовыми мешалками до полного растворения.

В раскисленную медь вводят цинк, затем олово и отходы. Последним в расплав вводят свинец и нагревают до 1100 – 1200 °С, рафинируют хлористым цинком или продувкой азотом и разливают по формам.

Плавка оловянных бронз из шихты на основе чушковой бронзы ведется быстрее. В тигель можно загрузить всю шихту (чушки и отходы) одновременно. При плавке бронзы происходит повышенный угар цинка. Это учтено в химическом составе чушковых бронз. Содержание цинка в них на 1 % больше, чем в одноименных стандартных литейных бронзах, поэтому дополнительная подшихтовка цинком при плавке не требуется. После полного расплавления расплав перегревают до 1100 – 1200 °С, и вводят медно-фосфорную лигатуру в количестве 0,2 – 0,4 %. Это облегчает удаление твердых оксидов цинка, так как образуются жидкие продукты раскисления – фосфаты 3ZnО·P₂O₅. Фосфор оказывает благотворное влияние на жидкотекучесть бронз, но избыток фосфора может привести к нежелательным последствиям при литье в сырые песчаные формы. При взаимодействии расплава с формой выделяется водород, который может вызвать пористость отливок. При литье толстостенных отливок (20 – 40 мм) содержание фосфора не должно превышать 0,01 – 0,02 %. Для тонкостенных отливок допускается 0,02 – 0,04 % фосфора.

Кроме покровов из древесного угля для оловянных бронз можно использовать и покровы из древесного угля с добавками буры (0,1 – 0,2 %) или других флюсов. Защитные свойства таких комбинированных покровов лучше, чем у древесного угля. Используют и жидкие покровные солевые флюсы № 1 – 4 (см. табл. 15). Флюсы загружают вместе с шихтой и, при необходимости, добавляют на зеркало расплава.

Как указывалось ранее, дегазацию расплава осуществляют путем продувки осушенным азотом. Время продувки составляет от 3 до 10 мин в зависимости от емкости печи. Расход азота составляет 0,6 – 0,8 л/(мин кг). При плавке небольшого количества бронзы дегазацию удобнее проводить хлористыми солями. Чаще используют хлористый цинк, так как цинк входит в состав бронзы. Навеску соли в количестве 0,1 – 0,5 % от массы металла вводят в расплав при помощи колокольчика или утяжеленных таблеток.

Преимуществом индукционных печей является и то обстоятельство, что благодаря интенсивному перемешиванию расплава предотвращается гравитационная ликвация свинца, который входит в состав большинства оловянных бронз.

Следует учитывать, что наиболее вредной примесью для оловянных бронз является алюминий. Если в цехе ограниченное количество плавильных печей и приходится выплавлять оловянную бронзу в том тигле, в котором ранее выплавляли алюминиевую бронзу или латунь, то необходимо провести промывочную плавку чистой меди. Расплав разливают в изложницы, маркируют и используют в качестве шихты для плавки медных сплавов, содержащих алюминий. Так же поступают и при необходимости плавить алюминиевую бронзу после оловянной.