6. Плавка цветных сплавов.
6.1. Классификация процессов плавки и их общая характеристика.
Все цветные сплавы по условиям их плавки подразделяют на три группы: I – алюминиевые, магниевые и цинковые; II – медные и никелевые; III – на основе титана и тугоплавких металлов.
Алюминиевые и магниевые сплавы имеют температурный интервал плавления от 600 до 800°С, цинковые сплавы еще более легкоплавкие (температура плавления цинка равна 419°С). В то же время все эти сплавы обладают повышенным сродством к кислороду. Эти две характерные черты определяют технологию плавки алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов.
Медь, никель, а также кобальт относятся к металлам, малоактивным по отношению к кислороду. Они могут быть раскислены железом. По температуре плавления эти металлы и их сплавы располагаются в среднем интервале между легкоплавкими и тугоплавкими металлами (1000…1600°С).
Титан и тугоплавкие металлы кроме высокой температуры плавления имеют, как правило, и высокую активность по отношению к другим фазам, участвующим в процессе плавки.
В соответствии с указанными особенностями каждой из групп сплавов выбирают те или иные методы плавки.
Для плавки алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов применяют (рис. 6.1) как монопроцессы в топливных и электрических печах, так и полипроцессы. Полипроцессы применяют в крупносерийном и массовом производстве отливок. В этом случае плавку ведут в топливной печи (обычно это стационарная пламенная печь ПлС), а операции по доводке и рафинированию осуществляют в раздаточных печах (обычно это тигельные печи сопротивления – ПСТ). При этом кроме дуплекс-процесса возможен также триплекс-процесс VIII (рис. 6.1): плавку ведут в ПлС, затем сливают в печь ожидания (тоже ПлС), а уже потом различают по раздаточным печам. При небольших объемах производства предпочтительнее бесконтактные методы плавки; более того, даже топливные процессы реализуются бесконтактным методом (рис. 6.1 а). Для магниевых сплавов использование бесконтактной плавки необходимо, так как магний очень активный металл, легко окисляется, и меры по ограничению контакта с воздухом приходится применять даже при разливке.
Рис. 6.1. Классификация процессов плавки и технологические схемы печей для плавки алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов:
а – тигельная топливная печь ТП; б – стационарная пламенная печь ПлС; в – шахтно-пламенная печь ШП; г – ванная электропечь сопротивления ПСВ; д – тигельная электропечь сопротивления ПСТ; е – индукционная тигельная печь ИТП; ж – индукционная канальная печь ИКП; дуплекс-процессы: I – ПлС – ПлС, II – ПЛС – ПСВ, III – ПЛС–ПСТ, IV – ПЛС – ИТП, V – ПЛС – ИКП, VI – ИТП – ПСТ, VII – ПСВ – ПСТ; триплекс-процесс VIII – ПлС – ПлС – ПСТ.
До последнего времени для плавки цветных сплавов применяли только периодические процессы. Однако энергетически выгоднее осуществлять непрерывный процесс. В связи с этим при плавке цветных сплавов начали использовать шахтно-пламенные печи (рис. 6.1 в).
Для плавки медных и никелевых сплавов применяют в основном монопроцессы. Их осуществляют в топливных печах (ПлС, ПлВ). Для плавки бронзы применяют дуговые печи с независимой дугой (рис. 6.2 е), для плавки никелевых сплавов, содержащих легкоокисляемые элементы, используют индукционные вакуумные печи. Плавку латуней производят в ИТП, ИКЛ (рис. 6.2 в и 6.2 г),
Для плавки титановых сплавов и тугоплавких металлов применяют исключительно переплавные процессы: вакуумно-дуговой, электронно-лучевой и плазменно-дуговой (рис. 6.3).