Плавка и разливка медных сплавов

Категория:
Литейное производство


Плавка и разливка медных сплавов

Медные сплавы, к которым относятся оловянные и безоловянные бронзы и латуни, выплавляют в основном в электрических дуговых и индукционных печах и реже в пламенных, работающих на жидком топливе. При небольших объемах производства иногда используются тигельные печи.

Так как почти все элементы, входящие в состав медных сплавов, легко окисляются, процесс плавки ведется форсированно, при этом принимаются меры к защите сплавов с поверхности (защитными или покровными флюсами), а отдельные легкоокисляемые элементы применяются в виде лигатур.

1. Шихтовые материалы

Шихтовыми материалами для медных сплавов могут быть свежие (чистые) металлы, вторичные сплавы, оборотный сплав, а также различные лигатуры, поставляемые промышленностью или собственного приготовления.

Для раскисления сплавов применяют фосфористую медь в виде плиток массой около 12 кг по ГОСТ 4515—78, которые перед употреблением разбивают на мелкие куски.

Лигатуры — это сплавы двух или нескольких элементов, которые присаживают к сплавам. Применение их обусловлено тем, что отдельные тугоплавкие компоненты сплава имеют более высокую температуру плавления, чем допускаемый перегрев сплава. Температуры плавления лигатур и металла, к которому их присаживают, должны быть близкими, и в то же время лигатуры должны иметь высокое содержание тугоплавкого элемента.

2. Расчёт шихты

Для получения сплава возможны различные сочетания шихтовых материалов. Шихта может состоять из одних свежих металлов, из свежих металлов или вторичных сплавов с добавлением лигатур, из оборотного сплава с добавлением свежих металлов и лигатур, из одного оборотного сплава или из одних вторичных сплавов. Обычно применяют шихту, состоящую из 50—60% свежих металлов, 25—35% оборотного сплава и 10—12% покупного лома, или плавку ведут на вторичных сплавах.

При расчете шихты учитывают угар различных элементов сплава, величина которого зависит от характера элементов, чистоты шихты и типа плавильной печи.

Рассмотрим пример расчета шихты для выплавки бронзы марки БрОЗЦ7С5Н1.

При изготовлении сплавов для менее ответственных отливок с целью экономии чистых металлов могут применяться только вторичные сплавы — паспортные бронзы марки БрОЗЦ8С4Н1.

3. Технология плавки медных сплавов

Плавка в тигельных печах. Для плавки медных сплавов используются самые разнообразные тигельные печи. При небольших объемах плавки они обеспечивают высокое качество сплава, так как в них отсутствует непосредственный контакт сплава с продуктами горения, а поверхность зеркала металла очень мала. Для плавки применяют графитовые или корундовые тигли.

Рис. 1. Электрическая печь типа ДМК: 1 — футеровка; 2 — стальной кожух; 3— зубчатые ободы; 4 — шланги для подвода воды; 5 — графитизированные электроды; 6 — шестерни; 7 — водоохлаждаемые уплотнители; 8 — дверцы; 9 — сливной носок; 10 — электродвигатель; 11 — приводной механизм.

Плавка в электрических печах. Электрические печи для плавки медных сплавов подразделяются на дуговые и индукционные.

Плавка в электродуговых печах. Для плавки применяют электродуговые печи с косвенным нагревом, т. е. такие, У которых электрическая дуга образуется между двумя горизон-альными графитовыми электродами.

Печь ДМК (рис. 1) имеет вид барабана с загрузочным кном, отверстиями для электродов и желобом для слива сплава.

Кожух печи футеруется динасовым или шамотным кирпичом. На торцы кожуха насажены зубчатые ободы, сцепленные с зубчатыми колесами, которые дают возможность покачивать печь в процессе плавки, благодаря чему обеспечивается получение однородного по составу и равномерно нагретого сплава.

Плавка начинается с подготовительных работ: тщательной очистки печи от остатков предыдущей плавки, проверки исправности механизмов и подачи воды к водоохлаждаемым уплотнителям. После этого футеровку прогревают до температуры 700—800 °С, выводят из печи электроды и на дно ее насыпают несколько лопат сухого прокаленного древесного угля, затем загружают предварительно подогретые до 150—200 °С шихтовые материалы: сначала мелочь, литники, скрап и сверху — крупные куски. Шихта должна располагаться не ближе чем в 50 мм от электродов и не должна мешать их свободному перемещению вдоль печи. После установки электродов закрывают загрузочное окно и возбуждают электрическую дугу, что осуществляется сближением электродов и быстрым удалением одного из них на небольшое расстояние с помощью ручного штурвала механизма их перемещения.

Процесс расплавления шихты ведется интенсивно. По истечении 20—30 мин включают реверсивный механизм покачивания печи вначале на 25—30°, потом постепенно доводят покачивание до 90°, а после расплавления всей шихты —до 160°. Это позволяет избежать местного перегрева сплава и способствует лучшему перемешиванию его. Сплав раскисляют, присаживают легкоплавкие добавки, рафинируют, подогревают до требуемой температуры и выпускают из печи.

Плавка в индукционных печах. Для плавки медных -сплавов применяют индукционные печи со стальным сердечником и без сердечника.

Индукционная печь со стальным сердечником, схематический разрез которой показан на рис. 2, представляет собой трансформатор, первичной обмоткой которого служит медная катушка, насаженная на сердечник из пластин электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм. Вторичной обмоткой является кольцо Жидкого сплава, находящегося в плавильном канале. Переменный ток промышленной частоты, проходя через первичную обмотку, создает вокруг нее магнитный поток, замыкающийся через магнитны» стальной сердечник трансформатора, и индуктирует ток в сплаве, находящемся в кольцевых каналах. Заполняющий каналы сплав сообщается с ванной жидкого сплава и отдает ему тепло за чет циркуляции, создаваемой разностью температур сплава по высоте печи.

Рис. 2. Схема индукционной печи со стальным сердечником: 1 — камера; 2— футеровка; 3— тепловая изоляция; 4 — первичная обмотка; 5 — плавильный канал; 6 — магнитный сердечник.

Особенность плавки в индукционных печах заключается в том что жидкий сплав, заполняющий каналы, должен оставаться в печи и после выпуска плавки для образования замкнутой электрической цепи при последующей плавке. В связи с этим в индукционных печах затруднен переход к плавке нового сплава. В этом случае необходимо слить весь сплав из каналов и сделать одну-две промывные плавки сплава неответственного назначения.

После заполнения кольцевых каналов и «болота» (слой жидкого сплава толщиной 30—50 мм, находящийся над каналами) жидким сплавом и разогрева печи загружают предварительно подогретую шихту: сначала медь, а после ее расплавления — оборотный и вторичные сплавы. При расплавлении всей шихты производят раскисление, с поверхности удаляют шлак и вводят легко-окисляемые элементы. При сливе готового сплава необходимо оставить его в каналах и над ними слоем в 30—50 мм.

Плавка в индукционных тигельных печах. В последние годы для плавки сплавов на медной основе — бронз и латуней — стали применять индукционные тигельные печи типа ИЛТ. Угар металла в этих печах не превышает 0,5—1%.

4. Особенности плавки и разливки медных сплавов

При плавке медных сплавов в состав шихты обычно входит красная электролитическая медь, которую расплавляют и раскисляют фосфористой медью до загрузки в печь остальных составляющих шихты. Плавка меди должна происходить очень быстро под слоем хорошо просушенного и прокаленного древесного угля. Печь перед загрузкой меди надо хорошо разогреть. Качество раскисления можно проверить по технологической пробе: залитый и охлажденный брусок при загибе не должен давать трещин в месте изгиба.

Плавка оловянной бронзы.

В разогретую печь загружают часть вторичных и оборотного сплавов и покрывают слоем сухого древесного угля, который после расплавления шихты должен покрыть ровным слоем всю поверхность жидкого сплава. По мере расплавления первоначальной порции шихты в печь вводят частями или полностью остаток шихты, подогретой до температуры 150—200 °С. Из применяемых для под-шихтовки свежих металлов медь и никель загружают в печь одновременно с первой порцией шихты, а цинк, свинец и олово вводят непосредственно в ванну к концу плавки для уменьшения их угара.

После расплавления всей шихты и достижения требуемой температуры сплав раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2% от массы шихты и покрывают хорошо просушенным флюсом, состоящим из 60% кальцинированной соды, 33% плавикового шпата и 7% буры. Расход флюса составляет 2—3% от массы шихты. Затем сплав нагревают до температуры 1250—1300 °С и 20—30 мин выдерживают под флюсом, периодически перемешивая его. После этого счищают образовавшийся шлак и выпускают сплав в ковш для разливки в формы.

Плавка латуней. Рассмотрим технологию плавки кремнистой латуни марки ЛКС80-3-3.

При плавке шихты из свежих металлов сначала расплавляют медь и раскисляют ее фосфористой медью, затем вводят меднокрем-нистую лигатуру, цинк и свинец.

Если шихта содержит оборотный сплав этой же марки, то его загружают вместе с медью в том случае, когда масса свежих металлов не превышает 30—40% от массы всей шихты. При большом количестве свежих металлов оборотный сплав загружают после расплавления меди и введения остальных элементов. Учитывая склонность этого сплава к поглощению газов, плавку необходимо форсировать, сохраняя нейтральную или слегка окисленную атмосферу в печи. В качестве флюса можно применять битое стекло и буру.

Для дегазации сплав нагревают до температуры 1150—1160 °С и выдерживают при этой температуре 10—15 мин. Выделяющиеся при выдержке пары цинка механически увлекают за собой растворенные газы и удаляют их из жидкого сплава. Для компенсации повышенного угара цинка при выдержке сплава перед его заливкой в печь вводят дополнительное количество цинка.

После окончания выдержки сплав охлаждают до температуры 1050—1100 °С и проверяют (путем взятия пробы) содержание в нем газов. При избыточном количестве газов в сплаве происходит «рост» пробы в стаканчике. В этом случае производят «замораживание» сплава путем охлаждения его до температуры затвердевания и затем быстро нагревают до температуры разливки.

В конце плавки берут пробу для химического анализа, а также технологическую пробу, которая позволяет определить по излому качество сплава и содержание в нем газов; пробу сравнивают с эталонами.

Для получения высококачественных медных сплавов необходим тщательный контроль за соблюдением правил подготовки исходных материалов и проведения процесса плавки. Особое внимание надо уделять контролю температуры жидкого сплава как в процессе самой плавки, так и при выпуске его из печи и разливке.

Обычно для измерения температуры сплава применяют термопары погружения с защитными чехлами из жароупорной стали. Термопары в сочетании с аппаратурой автоматического действия могут самостоятельно регулировать температурный режим в печах или же путем световой или звуковой сигнализации привлекать внимание рабочего к нарушению температурного режима.

Ввиду того что медные сплавы имеют склонность к поглощению газов и окислению, при заливке форм необходимо поддерживать небольшую высоту струи, не прерывать ее и не допускать разбрызгивания сплава. Разливку производят через носок ручных и крановых ковшей, подобных тем, которые применяют при разливке чугуна.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум