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

должно превышать 3—4. Небольшая глубина ванны печи и большая поверхность зеркала металла приводит к по­ вышенному угару. При плавке крупногабаритной шихты угар составляет 6—7%, при плавке мелкой шихты 8— 10%, а при плавке стружки достигает 15—20%. Кроме такого недостатка, как повышенный угар, существенным недостатком отражательных печей следует считать труд­ ность получения чистого металла вследствие соприкосно­ вения расплава с продуктами сгорания топлива, причем максимальное газонасыщение наблюдается при работе на твердом и жидком, а минимальное — при работе на газообразном топливе. Однако современные методы очи­ стки (плавка под слоем флюса с последующим рафини­ рованием) металла дают возможность готовить в пла­ менных печах сплавы хорошего качества.

При необходимости модифицирования сплав из печи разливают в тигли, которые устанавливают в электриче­ ские или газовые печи. Конструкция печи разрабатыва­ ется с таким расчетом, чтобы обеспечить лучшую пере­ дачу тепла, т. е. чтобы продукты горения проходили как можно ближе к поверхности ванны. В печи во избежание подсоса воздуха через неплотности в дверцах поддержи­ вается избыточное давление; воздух для этой цели пода­ ется от компрессора под давлением 6—7 ат. Нагрев воз­ духа теплом отходящих продуктов горения с помощью рекуператоров повышает к.п.д. пламенных печей на 5— 10%.

В настоящее время в промышленности нашли приме­ нение отражательные стационарные подовые печи емко­ стью 2,75; 3,5; 7,12 и 30 т. Особенно хорошо зарекомендо­ вали себя газовые отражательные печи, так как в печах, отапливаемых мазутом, труднее обеспечить полноту сго­ рания топлива и нужную атмосферу.

В результате использования природного газа для •отопления печей и подогрева дутья, а также успехов, дос­ тигнутых в области приготовления и очистки сплавов, значительно увеличилось применение пламенных отра­ жательных печей. Применение таких печей особенно удобно и экономично при переплавке крупногабаритных отходов, стружки вторичных и предварительных сплавов, так как регулированием характера атмосферы печи воз­ можно очищать металл от нежелательных примесей за

103

счет окислительно-восстановительной реакции, протекаю­ щей при плавке.

В цехах фасонного литья применяют отражательные пламенные печн со специальным карманом, служащим плавильно-раздаточным приспособлением при литье в кокиль. Металл в таком кармане, отделенном от основ­ ной плавильной камеры печи, не покрыт модифицирую­ щими или рафинирующими солями, тогда как зеркало металла в печи ими покрыто. Поэтому при зачерпывании металла из кармана флюс не попадает в разливочный •ковш .и форму.

Для обеспечения хороших гигиенических условий труда литейщика раздаточный карман снабжен крыш­ кой, которая с помощью педального рычажного механиз­ ма открывается для взятия очередной порции сплава.

Электрические печн сопротивления получили широ­ кое распространение в промышленности, так как они имеют следующие преимущества перед пламенными пе­

8) возможность регулирования температуры и контроля

ных пластин сопротивление регулируется степенью плот­

ве криптона могут употребляться электродный бой или огарки электродов дуговых печей, измельченные до нуж­ ного размера. Температура рабочего пространства может достигать 1500—1600°С, до некоторой степени она может

104

регулироваться плотностью набивки и толщиной нагре­

ной атмосфере (воздух, кислород) при температуре в пе­ чи примерно до 1500°С. Нижний температурный предел рационального применения их равен 1450°С; при более низких температурах выгоднее применять карборундо­ вые или металлические нагреватели.

против окисления в газовой среде при высоких темпера­ турах; 3) достаточная прочность при комнатной и вы­ сокой температурах; 4) достаточная пластичность, обес­ печивающая возможность протяжки в проволоку и про­ катки в ленту; 5) высокое электросопротивление, позво­ ляющее применять нагреватели малой длины при доста­ точном поперечном сечении; 6) минимальный темпера­ турный коэффициент сопротивления для облегчения ре­

Для плавки алюминиевых сплавов чаще всего приме­ няются нихромовые нагреватели в виде ленты или прово­ лочной спирали. Применение в качестве нагревателей проволочной спирали менее выгодно, так как отдельные

чего пространства. Поэтому, если предельную темпера­ туру устанавливать по участкам спирали, обращенным в рабочее ппостранство, то противоположно расположен-

105

настоящее время являются индукционные печи, так как они имеют высокий тепловой и электрический к.п.д., весьма экономичны и наиболее удобны в обслуживании: К преимуществам индукционных печей следует отнести также их высокую производительность, достигающую 200—400 кг/ч (в зависимости от емкости печи), которая в 2—3 раза превышает производительность отражатель­ ных печей, пониженный угар металла (2—3%) и незна­ чительный расход тиглей благодаря^ тому, что наружная их поверхность в индукционных печах не находится под

107

действием раскаленных газов и не подвергается актив­ ному окислению.

Если принять стоимость плавки 1 т металла в индук­ ционных печах за 100%, то в электрических печах сопро­ тивления она составит около 250%, а в мазутных достиг­ нет 800%. Это объясняется неодинаковым к.п.д.: в индук­ ционных печах этот коэффициент равен 0,85; в электри­ ческих печах сопротивления 0,30, a s мазутных печах ОДО.

Индукционные печи для плавки алюминиевых спла­ вов можно подразделить на две основные группы: а) ин­ дукционные канальные с железным сердечником; б) ин­ дукционные тигельные (без сердечника, печи промыш­ ленной и высокой частоты).

Индукционные печи с железным сердечником отлича­ ются друг от друга лишь мощностью и некоторым конст­ руктивным решением отдельных узлов.

Высокая однородность выплавляемого сплава, а так­ же малый угар (0,6—,1%) способствовали широкому при­ менению этих печей для плавки алюминиевых сплавов.

Основной конструктивной особенностью этих печей является наличие канала, заполнение металлом которого для замыкания вторичного витка является обязательным условием работы печи. Это вынуждает оставлять после каждой плавки в канальной печи часть расплавленного металла, что практически исключает частую смену марок выплавляемых сплавов. Возникает необходимость и в применении специальной футеровки, так как из-за узко­ го, заполненного металлом канала, выполняющего роль вторичного витка, условия работы футеровки очень тя­ желы. Футеровка таких печей состоит из канальной части, называемой подовым камнем, и шахты печи. Особенно тяжелые условия работы канальной части, так как меж­ ду каналом и шахтой печи энергично циркулирует столб перегретого жидкого металла под действием электроди­ намических тепловых сил. Это заставляет тщательно под­ ходить к выбору футеровочных и связующих материалов, а также технологии изготовления футеровки.

Чем меньше материал* для футеровки содержит крем­ незема (Si02 ), активно взаимодействующего с алюмини­ ем, тем меньше зарастает канал печи окислами алюминия'и дольше работает печь. Иногда футеровку подового камня печи выполняют графитовыми пластинами (бой графитовых тиглей и пустотелых электродов). Однако

108

ются канальные индукционные печи емкостью от 300 кг до 40 т. В СКВ ВНИИЭТО разработаны индукционные печи со съемными индукционными единицами, позволя­ ющими устранить один из главных недостатков каналь­

Индукционной единицей называют узел, состоящий из индуктора, магнитопровода, подового камня и плавильных каналов, смонтированный в разъемном металлическом кожухе. Индукционные единицы могут быть однофазны­ ми или трехфазными, с прямыми или круглыми каналами квадратного, прямоугольного или овального сечения. Не­ которые конструкции выполняют с объемными индукци­ онными единицами, которые при выходе из строя заме­ няют новыми, заранее подготовленными, без остановки печи. В табл. 38 приведена техническая характеристика индукционных канальных печей ИАК.

Т а б л и ц а 38

Характеристика печей ИАК

Следовательно, канальные индукционные печи име­ ют следующие недостатки: 1) трудность перехода с од­ ного сплава на другой; 2) сложность длительной оста­ новки печи; 3) трудность подбора огнеупорных материа­ лов для футеровки и набивки подового камня. В значи­ тельной мере эти недостатки устраняются, если печь оп-

109

весе себестоимости полуфабрикатов из алюминиевых сплавов составляет 76%. В табл. 39 приведены сравни­ тельные показатели работы печей при плавке алюминие­ вых сплавов.

В современном машиностроении для изготовления де­ талей широко применяют многокомпонентные сплавы, содержащие труднорастворимые добавки. Приготовление таких сплавов связано со значительными трудностями, так как легирующие добавки медленно растворяются и плохо смешиваются с основным металлом. Для интенси­ фикации процесса растворения применяют перегрев жид­ кого металла, а для перемешивания — различные меха­ нические мешалки либо электромагнитные устройства типа статоров и катушек индуктивности. Однако повыше­ ние температуры приводит к насыщению металла газами и увеличению угара, а механические мешалки не обеспе­ чивают необходимой однородности химического состава сплава по объему в связи с несовершенством создавае­ мых ими гидродинамических потоков, и, кроме того, при перемешивании металл засоряется материалом мешалок. Статоры и катушки индуктивности обеспечивают бескон-

110

тактную циркуляцию металла, но емкости должны быть оборудованы обогревателями для компенсациии тепло­ вых потерь.

В Институте проблем литья АН УССР разработана оригинальная магнитодинамическая установка, обеспе­ чивающая индукционный нагрев металла п перемешива­ ние его в этой же емкости с помощью электромагнитных сил. Установка (рис. 37) состоит из ванны 1, сообщаю­ щейся с тремя каналами 2, трансформаторов 3 с обмот­ ками возбуждения 4, расположенными в окнах каналов, и электромагнита 5 с обмотками возбуждения 4', в 'зазо­ ре которого расположено место пересечения каналов.

При включении обмоток трансформаторов в жидком ме­

Дополнительное -включение обмоток электромагнита при­ водит к возникновению электромагнитной силы, приво­ дящей металл в движение. Величина этой силы зависит от напряжения, подаваемого на обмотки индуктора или электромагнита. Регулируя скорость истечения, металла

111

Исследование кинетики выравнивания химического состава сплава в процессе электромагнитного перемеши­ вания позволило определить режимы, при которых в кратчайшее время достигается высокая однородность сплава.

рекомендованных по старой технологии ЮОО, 1200°С, что позволило снизить угар элементов.

112