книги из ГПНТБ / Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов

или иного вида топлива или электроэнергии и т. п. Кро­ ме того, выбор типа печи определяется специфическими свойствами сплава и особенностями его приготовления.

В цехах фасонного литья применяют печи сравнитель­ но небольших емкостей — от 50 кг до 10 г. Конструкция таких печей разнообразна и определяется специфически­ ми условиями производства. Необходимо, однако, чтобы в производстве было небольшое число универсальных, стандартизованных печей, поддающихся автоматизации

иудобных в работе.

Сучетом специфики производимого литья плавиль­ ные печи должны обеспечивать: 1) необходимую произ­ водительность; 2) возможность плавки сплавов различ­ ных марок без загрязнения их примесями; 3) минималь­

при рафинировании и модифицировании сплавов; 6)эко­ номный расход топлива, огнеупорных материалов и т. д.; 7) легкость проведения ремонта и простоту обслужива­ ния; 8) бесшумную работу и санитарно-гигиенические условия труда; 9) возможность измерения температуры

впроцессе плавки.

Внастоящее время для плавки алюминиевых сплавов применяются разнообразные печи. Так, в цехах с малым масштабом производства применяются газовые, мазут­ ные и электрические тигельные печи или отражательные печи небольшой емкости. В цехах массового производст­ ва применяют газовые, мазутные пли электрические от­ ражательные и индукционные печи большой емкости.

Подробное описание конструкШтй печей различного типа приведено в работах [18, 48], поэтому здесь дано лишь краткое описание топливных и электрических пе­ чей сопротивления и более подробно сказано о конструк­ циях индукционных печей и особенностях" плавки в них, так как эти печи получили в последнее время значитель­ ное распространение. Классификация плавильных печей дана на рис. 33.

Принципиальное различие этих групп по данной клас­ сификации можно свести к нескольким геометрическим характеристикам:

94

5К

^S § і

ID СП

Hue поверхности нагрева к объему металла; 3) отноше­ ние поверхности охлаждения к объему металла; 4) нап­ равление передачи тепла металлу от источника нагрева. Кроме того, все плавильные печи можно разделить на стационарные и подвижные (переносные, качающиеся, наклоняющиеся). В дальнейшем характеристика .печейи условия работы на них будут рассматриваться в соответ­ ствии с видом энергии, необходимой для расплавления и нагрева металла.

На скорость газонасыщения в той или иной печи наи­ более существенное влияние оказывают следующие ос­ новные факторы: а) конвекционные потоки, возникаю­ щие в ванне за счет электромагнитного или теплового, воздействия на расплав; б) площадь поверхности зерка­ ла ванны, приходящаяся на единицу массы сплава; в) химический состав газовой атмосферы печи; г) интенсив­ ность перемешивания сплава плавильным инструментом.

Поверхность расплавленного металла представляет собой как бы «ворота», через которые газы проникают

сплава, удельной площадью ванны и обозначить ее че­ рез К, выраженную в дм2/кг, то

где S—площадь поверхности ванны, дм2; Q — масса плавки, кг.

Чем больше этот коэффициент у плавильной печи, тем хуже условия для защиты сплава от проникновения в него газов.

Конвекционные потоки, возникающие в ванне за счет электромагнитного или теплового воздействия, постоян­ но подводят снизу к поверхности ванны свежие слои ме-

1 Работа проведена П. П. Прудовским и П. И. Ваниным.

96

талла, имеющие меньшую насыщенность газами, и увле­ кают вниз поверхностные слои расплава, сильно насы­ щенные газами. Благодаря этому даже в печи, имеющей небольшое отношение площади ванны к ее массе, может происходить очень быстрое насыщение расплава газами.

/200

Наличие паров воды в атмосфере печи особенно рез­ ко сказывается на увеличении количества растворенно­ го водорода в расплаве: чем больше печная атмосфера содержит паров воды, тем больше сплав насыщен водо­ родом. Многократное перемешивание жидкого сплава плавильным инструментом также приводит к сильному увеличению газонасыщенности расплава за счет газов (особенно паров воды), адсорбированных на поверхности инструмента и вносимых с ним в жидкий металл. Кроме того, погружаемый в ванну инструмент на какое-то вре­ мя разрушает окисную пленку, защищающую сплав от проникновения в него газов. Газы атмосферы получают

возможность более свободно проникать в расплав, уси­ ленно в него диффундируют, растворяясь или образуя неметаллические включения.

Если условно примем, что мощности всех рассматри­ ваемых нами печей обеспечивают проведение плавок в одно и то же время, то уровень газонасыщенности в ос­ новном будет характеризовать только скорость процесса газонасыщения, свойственную данной печи. При таком положении самой лучшей печью будет такая, у которой: а) наименьший коэффициент К; б) в атмосфере содер­ жится минимальное количество паров воды; в) отсутст­ вует перемешивание расплава.

газонасыщения должны быть при плавке в раздаточных печах. В электротигельной печи и в тигельном горне они •будут значительно меньше, чем в газовой тигельной; не должно быть особенно большой разницы в скоростях га­ зонасыщения металла при плавке в индукционной печи и в печи САН-0,5.

Т а б л и ц а 35 Показатели плавильных печей различного типа,

98

Совершенно ясно также .видна разница в скоростях га­ зонасыщения расплава, находящегося в двух электричес­ ких печах: в печи САН-0,5 газонасыщение происходит примерно на 20% быстрее, чем в индукционной печи; у первой коэффициент К составляет 0,308, а у второй — только 0,096.

В зависимости от физических особенностей типовые плавильные печи по склонности к газонасыщению в них алюминиевого сплава можно по'ставить в последователь­ ности, указанной на рис. 35.

Анализируя данные табл. 36, необходимо отметить не только уменьшение скоростей газонасыщения расплава по мере его выстаивания в плавильных печах, но и нео­ динаковые величины этого уменьшения для печей различ­ ного типа. Сказанное более четко видно на рис. 36, где изображены зависимости уменьшения скоростей газона­ сыщения от времени выстаивания расплава.

Таким образом, время, в течение которого достигает­ ся равновесное состояние и прекращение газонасыщения в газовых печах, превышает соответствующее время для электрических печей. Поэтому склонность алюминиевого расплава в печах данного типа к большему газонасыще­ нию объясняется не только более высоким уровнем ско­ ростей газонасыщения, но и 'большим промежутком вре­ мени, в течение которого процесс газонасыщения не за­ тухает. Здесь явно сказывается влияние печных атмос­ фер, которые в газовых печах сильнее насыщены пара­ ми воды и газами, растворяющимися в жидком алюми­ нии.

Влияние различного газового состава печных атмо­ сфер на скорость газонасыщения объясняется еще и тем, что кривые скорости газонасыщения двух печей совер­ шенно одинаковой конфигурации, но с различными источ­ никами тепла (газовая и электрическая тигельные), идут примерно параллельно, но кривая газовой печи находит­ ся на более высоком уровне.

Кривые, характеризующие группу электрических пе­ чей, показывают большее их стремление к равновесному состоянию и прекращению процесса газонасыщения по сравнению с газовыми печами. Это особенно относится к индукционной печи, что предположительно можно свя­ зать с вихревым эффектом, перемешивающим жидкую ванну. Отсутствие такого эффекта в электротигельной

100

в таких печах осуществляется за счет теплопроводности стенок тигля.

При плавке алюминиевых сплавов в этих печах сле­ дует обращать особое внимание на атмосферу, темпера­ туру и давление в рабочем пространстве печи. Различа­

эти показатели можно по виду пламени и яркости рабо­ чего пространства печи. Коксовый горн, в особенности самодувный, трудно поддается регулированию, поэтому применяется он для сплавов, которым не вредит перемен­ ная атмосфера, а также присутствие серы и ее соедине­ ний.

. Кроме того, применение коксовых горнов ограничи­ вается вследствие повышенной газонасыщенности спла­ вов и задымленное™ цеха, больших теплопотерь и низ­ кого к.п.д. (0,07—0,1).

Несмотря на ряд недостатков, присущих этим печам, они находят еще довольно широкое распространение, ко­ торое объясняется простотой и дешевизной изготовления таких печей, возможностью использования любого типа топлива, плавки в них разнообразных сплавов и лигатур и несложностью перехода от технологии одного сплава к технологии другого. Обычно плавка в таких печах про­ изводится в графитовом тигле.

Стационарные тигельные печи применяют для тех же целей, что и коксовые горны; преимущества и недостатки таких печей те же, что и коксовых горнов. Расход топли­ ва на плавку в этих печах очень высокий, а к.п.д. состав­ ляет не более 0,1. Особенно велики потери тепла с отхо-

101

дящими газами, однако производительность таких пе­ чей все же выше, чем коксовых горнов.

Для плавки в поворотных тигельных печах требуется больший перегрев, чем в стационарных, так как при пе­ реливании в разливочные ковши металл охлаждается. Конструкция поворотных печей обеспечивает большую маневренность перехода при плавке различных сплавов. Рафинирование и модифицирование сплавов в таких пе­ чах не сложно, а угар составляет 0,5—1,0%; печи деше­ вы, просты в изготовлении и эксплуатации. Недостатка­ ми таких печей следует считать невысокую, хотя и боль­ шую, чем стационарных печей, производительность и по­ вышенный расход топлива (15—20% от массы расп­ лава) .

Для плавки алюминиевых сплавов применяются гра­ фитовые и чугунные тигли. Основное преимущество при­ менения графитовых тиглей заключается в отсутствии насыщения сплавов вредной примесью железа. Однако небольшой объем, высокая стоимость и непродолжитель­ ный срок службы ограничивают масштабы применения гоафитовых тиглей. Наибольшее распространение нашли литые чугунные тигли емкостью 125, 225 и 300 кг, про­ должительность плавки в которых составляет соответст­ венно 50, 60 и 80 мин. Такие тигли выдерживают 50—70 плавок.

Для предотвращения насыщения сплавов железом тигли алитируют и покрывают изнутри огнеупорными обмазками. Для увеличения толщины футеровки иногда огнеупорную обмазку наносят на приваренную к внут­ ренней поверхности тигля металлическую сетку, а затем эту обмазку сушат, красят и прокаливают.

образного) и передающегося прямым излучением пламе­ ни и отражением от разогретого свода печи.

Скорость нагрева и интенсивность взаимодействия ме­ талла с атмосферой печи определяется профилем ванны. При необходимости медленного нагрева и минимального взаимодействия между металлами и атмосферой печи отношение поверхности зеркала ванны к ее глубине не

102