Можно ли плавить алюминий в индукционной печи
Обновлено: 06.07.2024
Можно ли плавить алюминий в индукционной печи
Индукционная плавка металла.Ред.
Достоинства индукционных плавильных печей:
1.Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;
2.Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;
3.Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;
4.Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;
5.Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;
6.Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;
7.Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздуха.
К недостаткам тигельных печей относятся относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки.
Шлак в ИТП разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже, а также сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких температурах расплава и наличие теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).
Однако преимущества ИТП перед другими плавильными агрегатами значительны, и они нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности.
В зависимости от того, идёт ли процесс плавки на воздухе или в защитной атмосфере, различают печи: открытые (плавка на воздухе), вакуумные (плавка в вакууме), компрессорные (плавка под избыточным давлением). По организации процесса во времени: периодического действия полунепрерывного действия непрерывного действия По конструкции плавильного тигля: с керамическим (футерованным) тиглем, с проводящим металлическим тиглем, с проводящим графитовым тиглем, с холодным (водоохлаждаемым) металлическим тиглем. Футеровка тигельной печи состоит из плавильного тигля со сливным носком, так называемым «воротником», подины, крышки и слоя тепловой изоляции. Плавильный тигель является одним из самых ответственных узлов печи, в значительной степени определяющим её эксплуатационную надежность.
- материал тигля должен быть «прозрачен» для электромагнитного поля, нагревающего металл. В противном случае нагреваться будет не расплавляемый металл, а тигль;
- огнеупорные материалы должны обладать высокой теплостойкостью и огнеупорностью, а также химической стойкостью по отношению к расплавленному металлу и шлаку при рабочих температурах;
- материал тигля должен сохранять изоляционные свойства (то есть иметь минимальную электропроводность) во всем диапазоне температур (1600—1700 °C) для черных металлов);
- тигель должен иметь минимальную толщину стенки для получения высокого значения электрического коэффициента полезного действия;
- тигель должен быть механически прочным в условиях воздействия высоких температур, большого металлостатического воздействия, значительных механических усилий, возникающих при наклонах печи, ударных нагрузках, возникающих при загрузке и осаждении шихты и чистке тигля;
- материал тигля должен иметь малый коэффициент линейного (объемного) расширения для исключения возникновения трещин в тигле в условиях высокого значения градиента температур в стенке (до 30 тыс. °C/м) и для снижения термических напряжений в тигле;
- технология конструкции и изготовления футеровки и тепловой изоляции печи должны обеспечивать условия для осуществления в течение всей кампании печи неспекшегося (буферного) наружного слоя, прилегающего к индуктору, и исключающего образование сквозных трещин и проникновение расплава к виткам индуктора.
Смену футеровки при таком методе можно осуществить быстрее, что сокращает время простоя печи.
3.Выполнение футеровки из фасонных огнеупорных изделий.
Толщина изделий (кольца, блоки, секционные шпунтовые изделия, стандартные кирпичи клиновидной формы) должна быть такой, чтобы при кладке не образовалось пространство (кольцевой зазор) размером 25—30 мм между наружной стенкой кладки и витками индуктора для создания буферного слоя из порошкообразных материалов.
4.Прослойную наварку футеровки путем торкретирования или плазменным напылением контактных рабочих слоев на изготовленную любым методом футеровку.
Метод напыления позволяет выполнить химически чистую и высокоогнеупорную контактную поверхность футеровки, в соответствии с требованиями к выплавляемым сплавам.
Для ИТП применяют кислую, основную и нейтральную футеровку, состав которых очень разнообразен.
Это позволяет для данного технологического процесса плавки подобрать соответствующие футеровочные материалы, рецептуру огнеупорных масс и технологию изготовления в соответствии с ранее перечисленными требованиями.
Кислую футеровку изготовляют из кремнезёмистых огнеупорных материалов (кварцевого песка, кварцита, молотого динасового кирпича) с содержанием окиси кремния не менее 93—98 % (кварц - химическая формула: SiO2 (диоксид кремния)).
В качестве связующего (упрочняющего) материала применяют сульфитно-целлюлозный экстракт, а в качестве минерализатора добавляют 1—1,5 % раствор борной кислоты.
Зерновой состав огнеупорной массы: 5 % зёрен 3—2 мм, 50 % зёрен 2—0,5 мм, 45 % зёрен < 0,5 мм.
Кислая футеровка выдерживает 80-100 плавок.
Основную футеровку изготовляют из магнезитовых (магнезит — распространённый минерал, карбонат магния MgCO3) огнеупоров в предварительно спечённом или сплавленном состоянии, то есть обладающих наибольшим постоянством объёма.
Для уменьшения усадки при высоких температурах (1500—1600 °C) и обеспечения некоторого роста при средних (1150—1400 °C), что предотвращает образование усадочных трещин, применяют такие минерализаторы, как храновая руда, кварцевых песок или кварциты.
В качестве связующих используют глину (до 3 % от массы магнезита) с увлажнением её водным раствором жидкого стекла или патоки (до 12 %).
Лучшей огнеупорной массой по зерновому составу считают: 50 % зёрен 6—0,5 мм, 15 % зёрен 0,5—0,18 мм, 35 % зёрен < 0,18 мм.
Данные о продолжительности службы основной футеровки крайне противоречивые и колеблются для тиглей разной ёмкости.
Следует отметить, что стойкость основной футеровки ниже стойкости кислой, причём существует ещё и недостаток: образование трещин.
Нейтральная футеровка характеризуется большим содержанием амфотерных окислов (Al2O3, ZnO2, Cr2O3).
Она во многих случаях обладает более высокими огнеупорными характеристиками, чем кислая или основная, и даёт возможность выплавлять в ИТП жаропрочные сплавы и тугоплавкие металлы.
В настоящее время нейтральную футеровку изготовляют из магнезитохромитовых огнеупоров, электрокорунда, двуокиси циркония и циркона (ортосиликат циркония ZrSiO4).
Возможно также изготовление тиглей нейтрального состава из некоторых тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов, сульфидов), которые могут быть перспективными для плавки небольших количеств химически чистых тугоплавких металлов в вакууме и в восстановительных или нейтральных средах.
Плавку в тиглях большой ёмкости, которая бы оправдала применение таких дорогостоящих футеровочных материалов, пока не применяют.
Крышка печи, служащая для уменьшения тепловых потерь излучением, выполняется из конструкционной стали и футеруется изнутри.
Открывание крышки осуществляется вручную или с помощью системы рычагов (на малых печах), либо с помощью специального привода (гидро- или электромеханического).
Подина печи, служащая основанием, на которое устанавливают тигель, обычно выполняется из шамотных кирпичей или блоков (для больших печей) или из асбоцементных плит, уложенных одна на другую (для малых печей небольшой ёмкости).
Выплавка стали в индукционных печах.
Выплавку стали в индукционных печах применяют в черной металлургии значительно реже, чем в дуговых, и используют обычно печи без железного сердечника, состоящие из индуктора в виде катушки (из медной трубки, охлаждаемой водой), которая служит первичной обмоткой, окружающей огнеупорный тигель, куда загружают плавящийся металл.
При пропускании тока через индуктор в металле, находящемся в тигле, индуктируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла.
Шихтовые материалы загружают сверху.
Для выпуска плавки печи наклоняют в сторону сливного желоба.
Так как в индукционных печах теплота возникает в металле, шлак в них нагревается только через металл
Вместимость современных индукционных печей достигает в отдельных случаях 15 т.
Плавку проводят методом переплава, используя отходы соответствующих легированных сталей или чистый по сере и фосфору углеродистый скрап и ферросплавы.
В конце периода плавления на металл загружают флюс, необходимый для образования шлакового покрова.
В кислых печах в качестве флюса используют бой стекла и другие материалы, богатые SiO2.
В основных печах применяют известь и плавиковый шпат.
Шлаковый покров защищает металл от окисления и насыщения газами атмосферы, уменьшает потери тепла.
Крупные печи могут работать на переменном токе с промышленной частотой 50 периодов; для более мелких необходимы генераторы, работающие на частоте 500—2500 периодов в секунду.
Выплавка стали из чугуна в индукционных печах распространения не получила, так как окисление и рафинирование с помощью шлака в них почти невозможно.
Эти печи с успехом используют для переплавки чистых легированных сталей, так как высокая температура, возможность работы в вакууме и отсутствие науглероживания металла электродами дают возможность получить в них стали с малым содержанием углерода и различные сложные сплавы, к которым предъявляются повышенные требования.
Расплавление.
После окончания завалки тигель плотно закрывают керамической крышкой и включают ток.
В течение первых 5—10 мин до прекращения толчков тока генератор работает на малой мощности.
Затем расплавление проводится на максимальной мощности генератора.
Наивысшая температура металла достигается в нижней части тигля, где тепловые потери имеют минимальную величину.
В процессе расплавления нужно обеспечить свободное опускание верхних кусков шихты в зону высоких температур.
Если образуются «мосты» или зависания, шихту необходимо осадить.
Когда задерживается опускание шихты, нижний слой металла перегревается и вскипает, что приводит к разрушению футеровки.
После окончания расплавления на поверхность жидкого металла заваливают шлаковую смесь, состоящую из боя стекла для кислого тигля и извести с 20% плавикового шпата для основного тигля.
Шлаковый покров предохраняет металл от угара легирующих примесей и насыщения его газами.
Для поддержания сплошного шлакового покрова в тигель по мере надобности забрасывают дополнительные порции шлакообразующей смеси.
После окончания расплавления берут пробу для экспресс-анализа металла.
После расплавления печь наклоняется, через носок скачивается шлак и наводится новый.
В кислых тиглях иногда вместо стекла для наводки шлака используют смесь, состоящую из песка, молотого полевого шпата и извести.
Состав такого шлака следующий: 41,0% Si02; 6,0% А1203; 7,0% СаО.
Для наводки основного шлака применяют смесь из известняка, плавикового шпата, молотого кокса, ферросилиция и порошка алюминия.
Состав шлака: 40% СаО; 25% Si02; 35% А1203.
Процесс можно вести без окисления и с окислением.
Состав металла корректируют обычно присадкой ферросплавов.
Ферромарганец дают в два приема: основную часть — в завалку и для корректировки состава — на оголенную поверхность металла за 10 мин до выпуска.
Угар ферромарганца равен 25—30>%.
Ферросилиций, практически не угорающий в кислой печи, вводится в печь за 10 мин до выпуска.
Алюминий дается в ковш.
Перед сливом металла в ковш его выдерживают в печи без тока в течение 8—10 мин.
Для более энергичного окисления примесей поверхность ванны, покрытой шлаком из извести и плавикового шпата, обдувают воздухом либо вводят в шлак железную руду, окалину или железную руду и шлакообразующие, которые загружают в печь вместе с шихтой.
Для этой же цели можно использовать кислород.
Во всех случаях процесс окисления примесей протекает очень быстро и сопровождается бурным кипением металла, что приводит к сильному и быстрому разрушению футеровки тигля.
В некоторых случаях скорость окисления углерода достигает 3% в час, что в пять раз больше скорости окисления его в электродуговой печи.
Содержание фосфора снижается за 15 мин с 0,13 до 0,02% при содержании в шлаке 51% СаО и 13% Si02.
Одновременно с дефосфорацией происходит десульфурация металла.
Существенным недостатком процесса с окислением является слабая стойкость футеровки тигля.
По мере освоения новых методов изготовления основных тиглей плавка стали в индукционной печи найдет более широкое применение.
В настоящее же время плавка стали в кислом тигле обычно ведется без окисления.
Существенным в совершенствовании выплавки стали в индукционных печах является продувка ее порошкообразными материалами в струе кислорода, воздуха и инертных газов.
Применение этого метода дает возможность нейтрализовать основной недостаток индукционных печей — сложность рафинирования металла (десульфурации и дефосфорации).
Расход электроэнергии в зависимости от емкости печи (90— 5400 кг) равен 2430-100—3040-106 дж/т (675—850 квт-ч/т).
Продолжительность плавки для этой же группы печей равна 40 мин — 2 ч 30 мин при мощности генератора 1750 квт.
Выход годной жидкой стали равен 95%.
Производительность печи промышленной частоты емкостью 1 т составляет 400 кг/ч, емкостью 1 т— 2500 кг/ч.
Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твердость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения (теоретически до 2,14%).
Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).
Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне.
Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.
Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод.
Образующийся оксид железа при высоких температурах отдает свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.
Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.
1.Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.
Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.
Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора.
Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит CaO.
Фосфорный ангидрид P2O5 образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 x P2O5.
Оксид кальция CaO – более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает P2O5 и переводит его в шлак:
2P + 5FeO + 4CaO = (CaO)4 x P2O5 + 5Fe
Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке FeO.
Для повышения содержания FeO в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак.
По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается.
Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками CaO.
2.Второй этап – кипение металлической ванны.
Начинается по мере прогрева до более высоких температур.
При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:
FeO + C = CO + Fe – Q
Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.
При реакции оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода CO выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны».
При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам CO, а также газы, проникающие в пузырьки CO.
Все это способствует повышению качества металла.
Следовательно, этот этап – основной в процессе выплавки стали.
Также создаются условия для удаления серы.
Сера в стали находится в виде сульфида (FeS), который растворяется также в основном шлаке.
Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа FeS растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция CaO:
FeS + CaO = CaS + FeO
Образующееся соединение CaS растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.
3.Третий этап – раскисление стали.
Заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.
При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород – вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.
Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.
Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.
В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: MnO, SiO2, Al2O5, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.
Диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака.
Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака.
Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке.
Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак.
Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество.
В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:
1.спокойные – спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.
2.кипящие – кипящая сталь раскислена в печи неполностью.
Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода:
FeO + C = Fe + CO.
Образующийся оксид углерода CO выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение.
Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.
3.полуспокойные – полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей.
Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично – в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.
Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав.
Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (Ni, Co, Mo, Cu), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки.
Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al, Cr, V, Ti), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.
Материал изложен с учетом чтения лекций студентам Южно-Уральского государственного университета.
ЮУрГУ - центр образовательной, научной, культурной и спортивной жизни Челябинска и региона. В вузе обучается более 50 тысяч студентов, работает свыше 6 тысяч сотрудников. Среди профессорско-преподавательского состава более 350 профессоров и 1500 доцентов. В университете работают 5 академиков и 9 членов-корреспондентов Российской академии наук, 2 академика и 4 членов-корреспондентов других государственных академий, более 150 академиков различных общественных и иностранных академий. 162 преподавателя вуза имеют почетные государственные звания.
Технологические особенности плавки цветных металлов и сплавов в электропечах
Алюминий и его сплавы применяются практически во всех отраслях промышленности, а также при производстве предметов домашнего обихода.
При комнатной температуре алюминий покрывается тонкой пленкой окиси (А12 O 3 ), которая надежно предохраняет его от дальнейшего окисления. Скорость окисления алюминия с повышением температуры резко возрастает. Поэтому при плавке алюминия и его сплавов в плавильных печах поверхности расплавляемых кусков и зеркало ванны быстро покрываются слоем окиси.
Температура плавления окиси алюминия (2050° С) примерно в три раза выше температуры плавления металлического алюминия (660°С), а плотность окиси (3,9 г/см 3 ) примерно в 1,5 раза больше плотности жидкого алюминия (2,7 г/см 3 ).
Поэтому окись алюминия находится в ванне печи во взвешенном состоянии. Наличие окислов и карбидов резко ухудшает литейные свойства сплавов, а также снижает их антикоррозионные качества. Отливки, получаемые под давлением, часто имеют тонкие стенки, а окислы и карбиды закупоривают проходы и прекращают доступ жидкого сплава в узкие полости формы, вызывая литейный брак.
Металлические примеси в сплаве главным образом влияют на механические свойства изделий.
В настоящее время плавка алюминия проводится преимущественно в пламенных отражательных печах, работающих на углеродистом топливе, и в электрических печах. Естественно, качественные и экономические показатели при этом получаются не одинаковые.
При плавке алюминия в отражательных пламенных печах и в камерных электропечах сопротивления нагрев отдельных кусков садки начинается в зоне наиболее высоких температур, т. е. сверху. При этом поверхность садки быстро окисляется и поглощает значительное количество газов.
В тигельных индукционных электропечах для плавки алюминия при отсутствии «болота» (слоя жидкого металла, оставленного в тигле от предыдущей плавки) быстрому нагреву подвергается слой садки, расположенный возле внутренних боковых стенок тигля. Таким образом, в начальный период плавки, когда отдельные куски шихты еще не покрыты жидким металлом, они свободно соприкасаются с воздухом и подвергаются окислению, но в значительно меньшей степени, чем в пламенных отражательных или в камерных электропечах сопротивления.
Индукционные канальные электропечи со стальным сердечником при плавке алюминия и его сплавов имеют ряд ценных преимуществ, основные из которых перечислены ниже.
В канальной индукционной электропечи расплавление кусков алюминия происходит в зоне максимальных температур под слоем жидкого металла, поверхность которого закрыта пленкой окиси алюминия.
Зона максимальных температур в канальных электропечах находится в узком канале и в прилегающих к нему участках шихты.
Температура металла па поверхности шахты всегда имеет минимальное значение, в результате чего готовые отливки, получаемые из канальных электропечей, содержат меньшее количество окислов, чем отливки, полученные в печах других типов. Этим же преимуществом обладают тигельные индукционные электропечи, в которых по технологическим требованиям в тигле после каждой плавки оставляют часть жидкого металла 20—35% от емкости тигля печи.
Жидкий алюминий и его сплавы обладают способностью поглощать газы и особенно водород. В пламенных печах большое количество водорода находится в топочных газах. Кроме того, в плавильные печи всех типов он может быть занесен сырой шихтой.
Вода при высокой температуре и при наличии жидкого алюминия распадается на кислород и водород. кислород вступает во взаимодействие с алюминием по реакции
3Н2О + 2Аl → Аl2 O 3 + 3Н2
Выделившийся при этом водород поглощается сплавом, влияние энергоносителя и конструкции плавильной печи на степень насыщения алюминиевых сплавов водородом показано ниже:
( Объем водорода на 100 г металла см 3 )
Газовый горн (плавка без флюса) ………. 2,5
Газовый горн (плавка под флюсом) ……… 1,05
Отражательная печь на газообразном топливе. 2,5—3
Отражательная печь на мазуте ……. 3—4
Электропечь сопротивления …….. 1 ,05
Электропечь канальная индукционная . 0,13
Электромиксер. 0,12
Жидкий алюминий хорошо растворяет многие металлы и, в частности железо, образуя хрупкие соединения FeAl 2 и Fe 2 Al 7 , снижающие качество отливок.
Влияние времени выдержки жидкого алюминия в металлическом тигле на насыщение его железом показано ниже:
Время выдержки, Содержание железа,
Плавка алюминия в канальных электропечах не лишена технологических недостатков. Образовавшаяся на поверхности жидкого металла пленка окиси, не смоченная жидким металлом, в результате сил поверхностного натяжения и сцепления пленки с футеровкой шахты, плотно закрывает зеркало ванны.
Однако если целостность пленки нарушить, то оголенные участки жидкого металла быстро окислятся, а изломанные куски пленки начнут оседать на дно ванны. При интенсивной циркуляции жидкого металла в печи куски окиси затягиваются в каналы и, оседая на его стенках, уменьшают его рабочее сечение. В практике это явление называется зарастанием канала.
Полностью избавиться от зарастания каналов в индукционных канальных печах практически невозможно, так как нарушение поверхностной пленки окиси может быть вызвано причинами, не зависящими от конструкции печи (отдельных ее узлов) и от технологических режимов.
Необходимо отметить, что очистка каналов связана с большими технологическими трудностями. Работа по очистке каналов чрезвычайно сложная и тяжелая, она влечет за собой вынужденные простои и уменьшение производительности печи, сокращение срока службы футеровки и загрязнение металла окислами.
Нормальная Работа канальной электропечи возможна только при условии, что в ней всегда будет оставаться некоторое количество (до 35% от полной емкости печи) жидкого металла.
В тех случаях, когда по технологическим требованиям необходимо изменить химический состав расплавляемого сплава, печь должна быть полностью освобождена от ранее выплавляемого сплава и залита жидким сплавом нужного химического состава. Это в значительной степени ограничивает производственные возможности электропечи и снижает ее экономические показатели.
Наиболее экономически эффективно эксплуатируются канальные электропечи при круглосуточной работе, выплавляя однородные сплавы, замена которых не требует полного освобождения электропечи от жидкого металла.
Тигельные электропечи для плавки алюминия этих недостатков практически не имеют, но они имеют худший к. п. д. и коэффициент мощности.
Плавка магния
Магний принадлежит к группе легких металлов. В чистом виде он очень активен. Металлический магний в виде порошка или тонкой ленты быстро окисляется горит) па воздухе даже при комнатной температуре. : машиностроении магний используется в специальных сплавах.
Обычно магний и его сплавы выплавляются в тигельных или отражательных печах под слоем флюса, так ак обнаженный жидкий металл мгновенно воспламеняется.
Тигельные печи предпочтительнее, чем отражательные, потому что в них топочные газы не могут соприкасаться с флюсами, находящимися на поверхности жидкого магния. Для плавки магния и его сплавов в тигель ных печах рекомендуются стальные тигли, так как они не вступают в химические соединения ни с магнием ни с его флюсами. Графитовые тигли обогащают металл углеродом, а набивные из огнеупорных материалов вступают в химические соединения с флюсами.
Из сказанного следует, что тепловая энергия, необходимая для расплавления и особенно для перегрева жидкого металла, должна передаваться металлу с максимально возможной скоростью, и металл в тигле должен находиться в спокойном состоянии.
Полностью удовлетворяют этим условиям только тигельные индукционные печи промышленной частоты. Электрическая энергия в тигельных индукционных печах превращается в тепловую, главным образом в стальном тигле. Поэтому установки с тигельными индукционными печами имеют очень высокий к. п. д., до 85%, в то время как к. п. д. тигельных электропечей сопротивления колеблется в пределах 40—70%, а у тигельных мазутных печей он не превышает 10%.
Скорость нагрева садки в тигельных индукционных печах теоретически может быть очень большой, поэтому эти печи имеют большую производительность. Так, че-тырсхтонаня индукционная тигельная печь типа ИГТ-7 отечественного производства может при круглосуточной работе выдать до 60 т магниевого сплава.
В настоящее время для плавки магниевых сплавов изготавливают тигельные индукционные печи промышленной частоты емкостью до 16 г.
Плавка магния и его сплавов в тигельных печах сопротивления и в индукционных канальных электропечах в настоящее время почти не осуществляется, так как печи сопротивления имеют очень небольшую Скорость нагрева, а в канальных электропечах быстрее зарастают узкие каналы.
Плавка цинка
Цинк и его сплавы широко применяются как защитные покровы других легкоокисляющихся металлов и для изготовления архитектурных сооружений. Характерной особенностью цинка является его низкая температура кипения 916° С. Испарение цинка начинается при более низких температурах. Индукционные электропечи со стальным сердечником и с закрытыми каналами являются наилучшими печами для плавки цинка, так как только в канальных индукционных электропечах температура жидкого металла достигает своего максимального значения внутри печи (в узких каналах), где и происходит Испарение цинка. Но пары цинка, выходя из каналов, попадают в зону более низких температур, где происходит их конденсация. Этим и объясняется тот факт, что при плавке цинка и его сплавов в канальных индукционных электропечах выход металла составляет примерно 98,5%, тогда как в пламенных отражательных печах он не всегда достигает 94%.
Другой особенностью цинка является то, что его пары имеют значительное давление, благодаря чему они проникают в поры некоторых футеровочных материалов, где вступают в химическое взаимодействие с металлами, находящимися в футеровке, и разрушают ее. В настоящее время имеются массы для футеровок, лишенных названного выше недостатка. Примером такого состава является масса, содержащая 53% обожженной глины, 35% синей гончарной глины и 12% каолина.
В качестве связующего вещества может быть использован сульфидный щелок.
Пары цинка, кроме того, ядовиты, поэтому печная установка должна иметь хорошую вытяжную вентиляцию.
Наиболее желательными компонентами в цинковых сплавах являются мышьяк, сурьма и железо. Первые два понижают антикоррозионную стойкость, а железо при высоких температурах образует с цинком хрупкое химическое соединение, которое, опускаясь на дно печи, попадает в каналы и засоряет их. Поэтому при плавке цинковых сплавов температуру жидкого металла повышать выше технологически установленной не рекомендуется.
В настоящее время отечественная промышленность серийно иготовляет канальные индукционные электропечи для переплава катодного цинка емкостью 25 и 40 т.
Плавка меди
Медь представляет собой тягучий мягкий металл красного цвета, с высокими электро- и теплопроводностью. В технике медь получила широкое распространение как в чистом виде, так и в виде сплавов. На медной основе получают многие сплавы с ценными физическими свойствами, из которых основными являются латунь, бронза, томпак и др.
Основным потребителем как первичной, так и вторичной меди является электротехническая промышленность. Вся производимая отечественной промышленностью медь распределяется примерно так:
на изготовление токопроводящих деталей 50%; на производство сплавов на медной основе —40%; все прочие производства — 10%.
Для получения сплавов на медной основе наибольшее распространение получили индукционные канальные электропечи. В этих печах производятся сплавы, температура разливки которых не превышает 1300— 1400° С, так как физические свойства футеровки ограничивают возможность плавки сплавов, требующих более высоких температур. Для плавки специальных сплавов, имеющих температуру разлива выше 1400° С, используются тигельные индукционные электропечи промышленной и повышенной частоты, а также дуговые печи косвенного нагрева и барабанные электропечи сопротивления. Недостатком дуговых электропечей является несколько повышенный угар металла, вызываемый местным перегревом в зоне электрической дуги. Поэтому дуговые электропечи имеют ограниченное применение.
Для плавки меди и ее сплавов также применяются электропечи сопротивления барабанного типа. Эти электропечи могут быть использованы для плавки других сплавов цветных металлов с температурой плавления до 1500° С.
Плавка никеля
Никель отличается высокой антикоррозионной стойкостью и пластичностью при механической обработке. В технике он применяется как в чистом виде, так и в сплавах. Практически в настоящее время применяются никелевые сплавы высокого омического сопротивления. Кроме того, никель расходуется на антикоррозионные и художественные покрытия различных деталей.
Плавку никеля и его сплавов проводят в тигельных и канальных электропечах. При этом особое внимание следует обращать на качество футеровки, так как температура плавления никеля равна 1452° С, а разливка его осуществляется при 1550° С. Канальные электропечи, предназначенные для плавки никеля, должны иметь увеличенное сечение каналов, что объясняется большим удельным электрическим сопротивлением жидкого никеля. Жидкий никель очень интенсивно поглощает газы. Поэтому для получения качественных сплавов никеля с хромом с наименьшим количество углерода рекомендуется плавки проводить в вакуумных тигельных индукционных электропечах.
Однако до настоящего времени большинство сплавов на основе никеля типа Х15Н60, Х20Н80, ЭИ437, применяемых для нагревательных элементов электропечей сопротивления, выплавляется в обычных электродуговых печах с графитовыми электродами.
Плавка титана
Титан — металл химически активный и тугоплавкий. Он плавится при 1667° С. С повышением температуры титана его химическая активность резко возрастает. Особенную активность он проявляет после перехода в жидкое состояние.
Жидкий титан хорошо взаимодействует с кислыми, основными и нейтральными огнеупорными материалами, применяемыми в настоящее время в металлургии. Поэтому титан и его сплавы в печах с обычной футеровкой практически получать невозможно. В открытых печах плавить титан нельзя, так как, находясь в жидком состоянии, он быстро окисляется и может полностью сгореть. Даже в вакууме при температуре, близкой к 2000° С, он хорошо взаимодействует с алюминием и углеродом, образуя карбиды титана, которые способствуют понижению пластичности и ухудшению обрабатываемости в холодном состоянии.
В настоящее время жидкий титан для получения фасонных отливок выплавляют только в вакуумных дуговых печах гарниссажного типа с расходуемым электродом.
Чипгуру
Плавка алюминия нестандартными методами в домашних условиях
Всё об искусстве изготовления отливок.
- Перейти на страницу:
Автор темы
Плавка алюминия нестандартными методами в домашних условиях
Все давно привыкли мучить муфельные печи для плавки алюминия, а также собирать печки, работающие на газе, отработке или угле. В последнее время народ еще и самодельные индукционные печи делает. Чаще всего из индукционной китайской плиты. Даже мне, несмотря на то что с электроникой на ты, переделка индукционной плитки не очень нравится тем, что с индуктором и тиглем можно поиметь еще тот геморрой, спалив попутно несколько раз силовой транзистор.
Есть альтернатива в виде микроволновой печи и карбидкремниевого греющего слоя, заключенного между тиглем и теплоизоляцией из легковесного шамота. В принципе на Ютубе и разных технических ресурсах обсуждался весь конструктив. Некоторые делают сам тигель из карбида кремния в смеси с бетонитовой глиной. Чем этот способ хорош? Да тем, что греется практически сам металл и энергия не расходуется на прогрев муфеля, и теплоизоляция тигля на порядок лучше чем у тигля индукционной печи+ отсутствует контакт с продуктами горения как в случае топливной печи. В данном случае при малых размерах тигля и хорошей теплоизоляции удается расплавить и латунь с медью.
Есть еще одна альтернативная печка, которая сильно дубовая как сварочный трансформатор - кольцевая индукционная печь. Принцип прост до безобразия: на мощном трансформаторе(намек на сварочный понятен, хотя лучше Ш-образный) вместо вторичной обмотки из огнеупора сделан виток с полостью для металла и основной камерой-тиглем на внешней части этого витка, замыкающей его. Перед работой в ней остается не сливаемое болото, которое и образует короткозамкнутый виток. В тигель догружается лом или слитки которые требуется расплавить. При включении трансформатора через короткозамкнутый виток пойдет ток в несколько тысяч Ампер при напряжении в 1-2 Вольта. Сами понимаете что это сродни контактной сварке по параметрам, но длится на доли секунд, а все время пока включено. В данном случае все тепло выделяется именно в алюминиевом короткозамкнутом витке, а не в тигле или муфеле, и таким образом контакт расплавляемого металла с источником тепла самый наилучший, за исключением левитационной индукционной плавки. Такой печке по зубам в принципе все, но только теплоизоляция и футеровка нужны разные. В таких печах с хорошими габаритами поддерживают температуру расплава чугуна и заодно перемешивают его, пока необходимое количество не наберется с нескольких плавок из вагранок. Чуть не забыл сказать что между кольцевым каналом и магнитопроводом трансформатора оставляют зазор продуваемый воздухом. Без него магнитопровод быстро нагреется и трансформатору настанет пец.
Итого первый способ малозатратный, требующий несколько кирпичей из легковесного шамота ШЛ-0,4, грамм 100-200 порошка карбида кремния, чуть глины и жидкого стекла. Правда максимум что можно расплавить в таком случае - примерно 0,4-0,5 кг алюминия или грамм 150 меди. Второй способ требует наличия транса, легковесного шамота раза в 3-4 больше, фантазии насчет того чем внутри обмазку сделать и как все это крепить, а также немного расчетов, но зато позволяет в зависимости от мощности трансформатора от однофазной сети плавить до нескольких килограмм алюминия сравнительно быстро без шума и без периодического перематывания нихрома. Первый способ в стадии поиска где купить легковесный шамот кроме Кэмпа, а для второго не стал пока курочить трансформатор, любезно предоставленный alex.573.
Индукционная Печь Для Плавки Алюминия
ну используют снабберы лет сто. а отчегож у тебя схемка спарки косых мостов без них? думаешь не пригодиться?
Лекарь разфьюжил полтора десятка 162USB из китая без проблем . Атмег8 , 2313 , атмега 128. Главное чёбы у оператора мозги не из жопы росли !
Верное решение. А вот тут я свами не совсем согласен. 1 Я знал о низком качестве Айоми и Кенигера. Первую брал для бани,. До сих пор играет в бане с сателитами ЛЖ. Мне там качество звука не актуально. А вот Кентигера брал для спальни послушать музычку в ночной тишине, но не ожидал такого откровенно пахабного качества. Можно было собрать такой же усь из китайской комплектухи значительно дешевле и качественнее. 2. Часто приходиться приобретать диагностическое оборудование. Что интересно с вуду одинаковых два прибора имеют разные ценники, примерно 1,5тр и 15тр. Отличаются они версией и ревизией плат , цветом плат, количеством плат. Так вот, купив "дорогой" прибор, еще не факт что он полноценно заработает. Причин море, начиная от пахабной пайки и неотмытых плат, до кострации плат (нехватка микросхем и радиоэлементов), контрафактных и перемаркированных микросхем, бу реле и прочего. И наоборот, можно за дешево купить прибор старой ревизии у проверенного продавца и она заработает. Даже если так, все равно вскрываю блоки проверяю пропай, качество радиоэлементом и устраняю дефекты. На наших профильных форумах в закрытых разделах есть практически вся информация о наших приборах со схемами, прошивками, софтом и рекомендациями по их ремонту и доработке. Там же есть ссылки на проверенных продаванов.
Заметил следующее, ключ пытается перегореть если я мультиметром замеряю силу тока на входе, сила тока на выходе около 4А, на входе от сопротивления шунта мультиметра падает напряжение, сперва там ток пляшет около 7А, но через несколько секунд начинает лавинообразно возрастать до 15-20А и выше. Если питание не отключить, то быстро выйдет из строя ключ. Если по входу шунта нет, то такого эффекта не наблюдается. Какие мысли? Я полагаю, что дело оказалось не в индуктивности, а в недостаточном питании микросхемы для генерации шим.
это голословно или можешь выложить какие нибудь пруфы - ну типа расчёты или , на худой конец, осциллограммы с и без жирных плёнок
Читайте также: