Pис. 2.3. Схема приготовления шихтовых материалов

На шихтовый двор исходные материалы подают в вагонах 7, откуда их перегружают в закрома 2. Из закромов шихта поступает на подго­товку. Стружку брикетируют, а тонкие стальные обрезки пакетируют на гидравлических прессах 3; флюсы проходят дробилки 4, кокс из промежуточного бункера 5 подается на просеивание через грохоты 6. Скрап проходит подготовку к плавке в дробилках и прессах 7. После подготовки эти материалы и доменные чугуны транспортными устрой­ствами (конвейерами, грейферами, магнитными шайбами) 8 подаются в суточные закрома 9, оборудованные питателями 10, для выдачи шихты в дозирующие устройства 11.

После взвешивания и дозировки исход­ные материалы попадают в бадью 12, которая скиповым подъемником или крановым устройством подается к загрузочному окну вагранки 13. В современных литейных цехах процессы загрузки вагранок, взвеши­вания и подачи шихты автоматизированы.

Дуговые печи находят широкое применение в литейных цехах для плавки легированных и модифицированных чугунов. Принцип работы дуговых электрических печей, применяемых в литейных цехах, такой же, как и печей, применяемых в металлургии стали.

Для плавки чугуна может быть использована шихта, содержащая до 60 % стальных отходов (скрап, отходы штамповки, стружка, вы­сечка и т. д.), с предварительной очисткой от эмульсий и масел. Науглероживание расплава производят электродным боем или малосер­нистым коксом, который усваивается на 85 %. В литейных цехах используют дуговые печи емкостью 3–80 т с диаметром наружного кожуха 3–6 м. Для экономии электроэнергии производят подогрев шихты.

В дуговых печах недостаточен эффект перемешивания металла, что затрудняет получение расплава, однородного по химическому составу во всей ванне. Для устранения этого недостатка применяют печи с электромагнитным перемешиванием расплава (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Дуговая печь с магнитным перемешивателем металла 1 – перемешивающий индуктор; 2 – расплав;

При использовании дуговых печей в качестве первичного плавиль­ного агрегата в дуплекс-процессе металл расплавляют на экономич­ном режиме печи, а затем переливают в дуговые доводочные печи большей емкости или в индукционные печи для доводки, перегрева или накапливания. Если дуговую печь используют в качестве вторич­ного плавильного агрегата в паре с вагранкой при производстве высокопрочного чугуна, то электропечь футеруют основными огнеупорами для снижения содержания фосфора и серы. Для уменьшения шума и загазованности плавильных участков крупные дуговые печи (50–80 т) помещают в герметичные звукоизоляционные укрытия, откуда про­изводят отсос газов.

Индукционные печи, используемые в литейных цехах, по конструк­ции могут быть тигельные н канальные. Тигельные печи работают на следующих частотах: промышленной (50–60 Гц), утроенной (150 Гц), средней (450 Гц) н высокой (1000–10 000 Гц). В печах, имеющих не­сколько частот, твердую шихту расплавляют на средней частоте, до­водка же металла эффективна при промышленной частоте (50 Гц). С понижением частоты тока проник­новение магнитных силовых линии в шихту увеличивается, а перемешива­ние расплава улучшается Плавка на низкой частоте эффективна при лег­ковесной шихте (высечки, стружка, обрезки, скрап), в момент науглероживания расплава электродным боем и коксом, при введении легирующих добавок и для предотвращения рас­слоения расплава по плотности

Индукционные печи могут рабо­тать на твердой завалке и на жидкой, например, при дуплекс-процессе для получения легированных чугунов их вначале выплавляют в вагранке или дуговой печи, а затем переливают в индукционные печи.

Индукционные печи промышленной частоты с емкостью тигля 3-20 т широко применяют в чугунолитейных цехах, так как вместо дорогостоящих доменных чушковых чугунов можно использовать стальной скрап и стружку с минимальным угаром кремния и марганца. Индукционные печи промышленной частоты в отличие от высокочастот­ных индукционных печей не требуют преобразователя частоты и не имеют неизбежных при этом потерь электроэнергии Индукционные печи большой емкости часто используют на режимах работы с "болотом", т.е. неполным сливом металла из тигля. При таком режиме работы в тигле всегда остается жидкий металл, в который добавляют твердую шихту, предварительно очищенную и прогретую газовыми горелками до температуры 600–800 °С. Время плавки сокращается, производительность печи благодаря таким приемам возрастает, и печь может работать непрерывно в режиме миксера, из которого можно постоянно выпускать расплавленный металл.

На рис. 2.5 показана схема индукционной тигельной печи с автоматической загрузкой шихты.

Из закромов, на­ходящихся на шихтовом дворе, все компоненты ших­ты питателями 1 подаются в бункер 2. В донной ча­сти бункера имеется до­зирующее устройство 3, при помощи которого ших­та равномерно подается во взвешивающее устройство 4, а затем системой конвейepoв 5 загружается че­рез крошку 6 в тигель пе­чи 7. Индуктор 8, охваты­вающий

тигель печи, получает питание от блока 9, от этого же блока - по каналу 10 подаются электрические сигналы на дозирующее устройство 3 и взвешивающее устройство 4. Автоматика управления дозатором и взвешивающим устройством получает сигналы от блока питания 9 в зависимости от количества и состояния шихты в тигле печи.

Индукционные канальные печи главным образом используют для выдержки и доводки расплавленного металла, выплавленного в ваг­ранке или электропечи, т. е. в дуплекс-процессе. Из первичного пла­вильного агрегата чугун в жидком состоянии заливается в канальную печь при помощи ковшей или через желоба с электромагнитными на­сосами. В канальной печи металл может быть дополнительно легиро­ван; он усредняется по химическому составу, отстаивается от газов, шлака и неметаллических включений. При производстве ковкого чугуна количество углерода и кремния в исходном металле снижают добавкой стальных отходов. Конструктивно эти печи отличаются от тигельных тем, что индукторов может быть не один, а несколько, и выполнены они в виде отдельных отъемных устройств, что значи­тельно облегчает обслуживание и ремонт печи.

Рис. 2.5 Индукционная тигельная печь с ав­томатической загрузкой шихты

На рис. 2.6 показаны схемы канальных индукционных печей, предназначенных для выдержки и доводки металла (а), а также для выдержки и дозировки (б). Внутри отъемного индуктора 1 имеется сердечник 2, выполняющий роль первичной обмотки, и канал 3, за­полняемый жидким металлом 4, выполняющим роль вторичной об­мотки. Канальные печи (рис. 2.6, б) допускают одновременное запол­нение их металлом из разливочного ковша 5 через верхнюю воронку 6 и выпуск металла через нижнюю (сифонную) летку 9 непосредственно в литейную форму 10 или раздаточные ковши. В крышке 8 печи имеется клапан 7, через который в печь подается сжатый воздух или инертный газ под давлением 1,5 атм, в результате чего жидкий сплав вытесняется в литейную форму 10.

Рис.2.6. Канальные индукционные печи

При этом отстоявшийся шлак и неметалличе­ские включения не попадают в форму. Металл в закрытой канальной печи может выдерживаться и сохраняться без окисления несколько смен с минимальными затратами электроэнергии.

В литейных цехах эксплуатируются канальные индукционные печи с полезной емкостью 5–60–100–270 т.

Литейные конструкционные сталивыплавляют в электрических трехфазных дуговых, индукционных тигельных и в регенеративных мартеновских печах. В зависимости от химического состава сталей футеровка печей может быть кислой и основной. Для экономного расходования электроэнергии и получения однородного расплава используют индукционные печи с регулируемой частотой на разных этапах плавки (50, 150 и 450 Гц) с емкостью тигля 0,5–20 т.

Для получения крупных отливок в сталелитейных цехах исполь­зуют мартеновские печи с емкостью ванны 25–200 т. По конструкции и принципу работы электрические и мартеновские печи сталелитей­ных цехов не отличаются от печей, используемых в металлургическом производстве стали. Для получения ответственных отли­вок с высокими механическими свойствами и высокой плотностью используют электрошлаковую, вакуумно-дуговую, индукционно-дуговую, плазменно-дуговую, электронно-луче-вую плавку металла.

Цветные сплавыв литейных цехах выплавляют главным образом в электрических печах: дуговых, канальных индукционных, сопро­тивления и реже в печах с газовым нагревом. Индукционные печи удобны тем, что в цехах создаются благоприятные санитарно-гигиенические условия труда.

Наиболее часто используют дуговые однофазные печи барабанного типа и индукционные канальные.

Индукционные тигельные печи применяют с регулируемой часто­той 50–450 Гц для экономичного ведения процесса плавки и тща­тельного перемешивания легированных цветных сплавов, содержа­щих, как правило, компоненты с различной плотностью. Емкость индукционных тигельных печей, как правило, 0,5–1,8 т, а канальных индукционных печей: для алюминиевых сплавов 0,2–15 т, для спла­вов на медной основе 0,3–42 т, для цинковых сплавов 0,6–2 т. Для цветных сплавов также применяют тигельные печи сопротивления или печи, обогреваемые газом.

Титановые сплавывыплавляют в вакууме или в среде аргона, так как они активно взаимодействуют с азотом и кислородом. Исполь­зуют вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом или индук­ционные вакуумные печи, где можно относительно просто совместить процесс плавки и заливки форм в одном плавильно-заливочном агре­гате. Находят применение такие методы плавки титановых сплавов, как лазерный и электронно-лучевой. Печи оснащают графитовыми или медными водоохлаждаемыми тиглями.

Магниевые сплавывыплавляют в тигельных, отражательных и индукционных печах промышленной частоты. Футеровка печей со­стоит из магнезита, тигли стальные. Тигельные печи могут быть со стационарными и выемньми тиглями для удобства рафинирования и модифицирования металла. Для изготовления крупных отливок используют дуплекс-процесс (отражательная печь – тигель, индук­ционная печь – тигель). Расплавленные магниевые сплавы активно соединяются с кисло­родом, азотом и водородом и склонны к возгоранию. Снижение коли­чества газов в металле достигается использованием в период плавки покровных флюсов (например, ВИ2), состоящих из 46–38 %MgCl₂;

32–40% КСl; 5% ВаСl₂и 3–5%CaF₂; основа–карналлит (MgCl₂-KCI). От насыщения газами магниевые сплавы с литием защи­щают флюсом, состоящим из 20 % фтористого и 80 % хлористого лития. Магниевые сплавы рафинируют и модифицируют для очистки от неметаллических включений и газов. Для очистки от неметалли­ческих включений расплав продувают газами, например аргоном. Для связывания растворенного водорода в расплав перед разливкой вводят 0,1 % Са. Добавки 0,001–0,002 %Beспособствуют образо­ванию на поверхности расплава плотной окисной пленки, которая предохраняет сплав от загорания перед рафинированием.

Состав флюсов для рафинирования таков, что плотность его больше, чем расплава. Флюс начинает опускаться, захватывая неметалличе­ские включения и осаждая их на дно тигля. После осаждения включе­ний на поверхность расплава засыпают новый флюс для модифициро­вания и предотвращения насыщения расплава газами.

Алюминиевыесплавы выплавляют в электрических тигельных и отражательных печах, в канальных индукционных печах и в горно­вых тиглях, отапливаемых жидким или газообразным топливом. Для защиты расплава от насыщения газами, рафинирования и моди­фицирования используют флюсы.

В качестве флюсов для алюминиевых сплавов с содержанием менее 1 % Mgиспользуют хлориды (45 %NaCl₂+ 55 % КСl); в со­став флюсов также вводят криолит (Nа₃А1F₆) до 25 % общего содер­жания всех компонентов.

Для сплавов с повышенным содержанием магния в качестве по­кровного флюса используют карналлит (MgCl₂-KCl) с добавками хло­ристого бария (BaCl₂) или фтористого кальция (CaF₂). Если по тех­нологическим причинам невозможно использовать покровный флюс, то алюминиевые сплавы легируют бериллием в количестве 0,03– 0,05 % от массы сплава для образования на поверхности расплава защитной окисной пленки.

Алюминиевые сплавы всегда рафинируют (для очистки от водо­рода, окислов и различного рода включений) продувкой аргоном, азотом или хлором, обработкой хлоридами (MnCl₂,ZnCl₂и др.), обра­боткой флюсами, выдержкой в вакууме.

Рафинирование флюсами ведут при температуре 730–750 °С. Флюс предварительно расплавляют и заливают в ковш. Алюминиевый сплав заливают в ковш на слой флюса. При прохождении алюминиевого расплава через слой флюса происходит его очистка от включений и газов. Для дегазации алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии выдерживают в вакууме или среде инертных газов при низком давле­нии в течение 15–20 мин.

Медные сплавывыплавляют главным образом в электрических однофазных дуговых (рис. 2.7) и индукционных печах и реже в пла­менных отражательных печах к тиглях, обогреваемых в горнах. Для футеровки печи ис­пользуют шамот, динас, кварц.

В процессе плавки мед­ных сплавов происходит интенсивное растворение кислорода и образование твердых, жидких и газо­образных окислов элемен­тов, входящих в состав сплава. Одновременно сплавы насыщаются и во­дородом. Для защиты от насыщения газами при плавке медных сплавов применяют древесный уголь и флюсы (бура, сода, фториды, стекло, хлористый барий, поваренная соль). При плавке алюминиевых бронз используют покров­ной флюс. состоящий из соды (Na₂C0₃) и криолита (Nа₂А1F₆), при плавке латуней в каче­стве флюса используютSiO₂. Медные сплавы обычно раскисляют фос­фором в количестве 0,01–0,03 % массы расплава, литием в количе­стве 0,01–0,02 % или фосфористой бронзой, содержащей 90 % Си и 10 % Р. Перед разливкой в литейные формы медные сплавы рафи­нируют хлористым марганцем (MnCl₂) введением его в расплав в коли­честве 0,03–0,1 % массы расплава или продувкой азотом в количестве 0.,25–0,5 м³на 1 т расплава. Для измельчения зерна в отливках из оловянных и алюминиевых бронз в расплав вводят ванадий, титан, бор, цирконий в количестве 0,15–0,2 % массы расплава.

Рис. 2.7. Однофазная дуговая электрическая печь: 1 – корпус печи; 2 – футеровка; 3 – крышка за­грузочного окна; 4 – электроды; 5 – приводное устройство для качания и поворачивания печи