4. Приготування сталевих розплавів

Плавка сталі. У ливарних цехах плавка сталі найчастіше ведеться в дугових електричних печах (мал. 3.2.), ємність яких звичайно складає 3—10 т. джерелом тепла в таких печах служить електрична дуга, яка виникає між шихтовими матеріалами, який завантажуються, або розплавом і трьома графітовими електродами при пропущенні через них електричного струму. Тривалість плавки на твердій завалці (чавун, сталевий брухт) складає 1,5—4 годин, а на рідкій (розплавлений чавун) —1—2 години.

Для плавки сталі також використовують індукційні електропечі високої частоти (мал.­ 3.3.). Плавка виконується у вогнетривкому тиглі, навколо якого змонтована обмотка у виді мідної трубки, по якій проходить струм високої частоти. Усередині мідної трубки циркулює вода для охолодження. Струм високої частоти збуджує в шихтових матеріалах могутні вихрові струми, під впливом яких вони розплавляються. Створені більш економічні і зручні в експлуатації індукційні печі, які працюють на струмах промислової частоти, моделі ИЧТ ємністю від 1 до 10 т з перегрівом розплаву до 1000° С.

Металургійна обробка сталевого розплаву складається з процесів розкислення сталі і її модифікування.

Розкислення. Отримана в печі сталь містить значну кількість розчиненого у виді закису заліза (Fе0) кисню, що знижує ударну в'язкість сталі, додає їй червоноламкість і холодноламкість. Для звільнення сталі від кисню її розкисляють на заключному етапі плавки в печі або в розливальному ковші речовинами, називаними розкислювачами. У ливарних цехах у якості розкислювачів найчастіше використовують кремній або марганець, які вводять у розплав у виді феросплавів.

Модифікування. Отримана в печі сталь після заливання в ливарну форму і затвердіння дає метал, який має крупнозернисту будову. Щоб подрібнити зерно сталі і підвищити її механічні властивості, отриманий в печі сталевий розплав обробляють бором, церієм і іншими модифікаторами.

5. Приготування розплавів кольорових металів

Плавка і металургійна обробка мідних сплавів. Для плавки бронз і латуней застосовують дугові однофазні електропечі типу ДМК (мал. 3.4.) ємністю 1 т. Шихта розплавляється теплом електричної дуги, яка виникає між двома горизонтально розташованими графітовими електродами. Завантажують шихту і випускають розплав через передбачене в барабані і постачене жолобом робоче вікно. Як шихтові матеріали використовують чушкові бронзи і латунь визначених марок, зворот власного виробництва (ливники, шлюб, зливши), чисті кольорові метали, а також лігатури (сплави декількох чистих металів). Тривалість плавки в печі ДМК складає 2—3 год.

З огляду на можливість забруднення мідних розплавів під час плавки твердими дисперсними окислами Аl₂Оз, їхня металургійна обробка зводиться головним чином до рафінування.

Рафінування роблять хлористим марганцем (0,03—0,1% на 1 т розплаву) або продувкою азотом (0,25—0,5 м³ на 1 т розплаву).

Плавка і металургійна обробка алюмінієвих сплавів. У сучасних умовах плавку алюмінієвих сплавів найчастіше ведуть у канальній і тигельній індукційній електропечах промислової частоти моделей ИА (ємністю 0,5—5 т) і ИАТ (ємністю 0,4 до 4 т), а також в електропечах опору моделей САК (стаціонарні) і САН (хитні). У печах опору (рис.3.5.) плавка шихти відбувається за рахунок теплового випромінювання розпечених спіралей при пропущенні по них електричного струму.

У якості вихідних шихтових матеріалів при плавці використовують чушковий алюміній різних марок, зворот власного виробництва, а також добавки у виді чистих металів або лігатур.

Алюмінієві сплави мають велику схильність до окислювання і насичення газами, що веде до утворення у відливках газової пористості і неметалічних включень. Тому металургійна обробка алюмінієвих розплавів полягає в дегазації і рафінуванні. Дегазацію ведуть шляхом продувки розплаву, який знаходиться в ковші, (при температурі 630-700° С) парами хлору з балона під тиском. Рафінування для звільнення від твердих окислів і забруднень проводять обробкою алюмінієвого розплаву протягом 10—12 хв хлористими солями цинку, марганцю або алюмінію, які вводять у кількості 0,15— 0,2% від маси розплаву. Крім дегазації і рафінування, які дозволяють підвищити щільність металу відливок, алюмінієві розплави — силуміни для здрібнювання зерна піддають модифікуванню, вводячи в розплав 0,1 % (від маси розплаву) металевого натрію 2—2,5% чи суміші хлористих і фтористих солей натрію і калію.

П лавка і металургійна обробка магнієвих сплавів. Магнієві сплави схильні до окислювання, що утрудняє їхню плавку. Для запобігання від окислювання і загоряння плавку магнієвих сплавів ведуть у вакуумі, у середовищі інертних газів і з застосуванням покривних флюсів.

Плавку магнієвих сплавів ведуть у єлектрогорнах (Мал.3.6.) і інших печах. При цьому використовують тиглі, футеровані магнезитом, або литі сталеві.

Металургійна обробка магнієвих розплавів складається з модифікування, рафінування і дегазації. Модифікування проводять для підвищення протикорозійної стійкості (сплав МЛ5) і підвищення міцності сплавів при високих температурах шляхом обробки магнієвого розплаву кальцієм і гексахлоретаном, а також введенням у нього невеликих кількостей цирконію і торія. Рафінування ведуть, застосовуючи покривні флюси, які мають велику щільність, чим щільність магнієвих сплавів. Будучи насипані на дзеркало розплаву, флюси поступово осаджуються на дно ванни розплаву і захоплюють за собою неметалічні включення. Дегазацію магнієвих сплавів здійснюють продувкою хлором, азотом чи сумішшю хлору з четирихлорним вуглецем.

Плавка і заливання у форму титанових сплавів. Висока температура плавлення в сполученні з високою хімічною активністю титанових сплавів викликає необхідність застосування для їхньої плавки спеціальних печей, які дозволяють плавити і розливати отриманий розплав в атмосфері нейтральних газів (аргон і ін.) чи у вакуумі. Тому у фасонно-ливарних цехах плавку і готування титанових розплавів ведуть в електродугових гарниссажних печах з е лектродом, який витрачається, (мал. 3.7.). Електродом, який витрачається, служить злиток першого переплаву, отриманий у вакуумній дуговій печі з пресованого електрода, або кована штанга, отримана зі злитка великої маси. Під гарниссажем розуміється постійно підтримуваний твердий шар титанового сплаву на стінках графітового тигля, який перешкоджає безпосередньому контакту тигля з розплавленим титаном. Це дає можливість уникнути засмічення розплаву домішками вуглецю. Вакуум у печі створюється за допомогою форвакуумного насоса, а її герметичність — гумовими ущільнювачами.

Перед плавкою відкривають кришку печі, у тигель встановлюють електрод, а перед зливальним носком тигля кріплять форму. Потім піч герметизують і вакуумують. Після досягнення необхідного розрідження в печі електрод приварюють до титанового наконечника електродотримача. Потім електрод піднімається, між ним і тиглем запалюється дуга, завдяки чому виробляється попередній підігрів тигля й електрода на зниженому електричному режимі. Після того як на дні тигля з'явиться розплав, силу струму збільшують. При цьому електрод, який витрачається, розплавляється. Як тільки тигель наповниться рідким металом, піч повертають на 90^о для переливу титанового розплаву у форму. Разом з тиглем відливка охолоджується, після чого її витягають з печі. Середня стійкість графітових тиглів близько 30 плавок. Для спостереження за процесами плавки і заливання форми в корпусі печі передбачені оглядові вікна.